Теоретический материал - Вечерняя (сменная

Теоретический материал для групп экстерната и сессионников.
Оглавление.
УРОК 1. Информатика.
УРОК 2. Информация.
УРОК 3. История вычислительной техники.
УРОК 4. Магистрально-модульный принцип построения ПК.
УРОК 5. Программное обеспечение.
УРОК 6. Операционная система.
УРОК 7. Файл. Характеристики. Структура.
УРОК 8. Сети.
УРОК 9. Алгебра логики. Теория множеств.
УРОК 10. Алгебра логики. Элементарные высказывания.
УРОК 1. Информатика.
Термин информатика возник в 60-х гг. во Франции для названия области, занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью электронных вычислительных машин. Французский
термин informatigue (информатика) образован путем слияния слов information (информация) и
automatigue (автоматика) и означает "информационная автоматика или автоматизированная переработка
информации". В англоязычных странах этому термину соответствует синоним computer science (наука о
компьютерной технике).
Informatigue = information + automatigue. – автоматизированная информация.
Выделение информатики как самостоятельной области человеческой деятельности в первую очередь связано с развитием компьютерной техники. Причем основная заслуга в этом принадлежит микропроцессорной технике, появление которой в середине 70-х гг. послужило началом второй электронной
революции. С этого времени элементной базой вычислительной машины становятся интегральные схемы и микропроцессоры, а область, связанная с созданием и использованием компьютеров, получила
мощный импульс в своем развитии. Термин "информатика" приобретает новое дыхание и используется
не только для отображения достижений компьютерной техники, но и связывается с процессами передачи и обработки информации.
Существует множество определений информатики, что связано с многогранностью ее функций,
возможностей, средств и методов. Обобщая опубликованные в литературе по информатике определения
этого термина, предлагаем такую трактовку.
ИНФОРМАТИКА – это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью ЭВМ и их взаимодействием со средой применения.
Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки,
техники и производства, связанных с переработкой информации главным образом с помощью компьютеров и телекоммуникационных средств связи во всех сферах человеческой деятельности.
1. Теоретическая информатика. Она использует методы математики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации, создаёт тот теоретический фундамент, на
котором строится всё здание информатики.
1.1. математическая логика.
1.2. вычислительная математика, которая разрабатывает методы решения задач на компьютерах с
использованием алгоритмов и программ.
1.3. теория информации изучает информацию в виде абстрактного объекта, лишённого конкретного
содержания. Здесь исследуются общие свойства информации и законы, управляющие её рождением, развитием и уничтожением. Здесь же изучаются те формы, в которые может отобразиться
содержание любой конкретной элементарной единицы информации.
2.
3.
4.
5.
6.
1.4. Системный анализ. В нём изучается структура реальных объектов, явлений, процессов и определяются способы их формализованного описания через информационные модели.
1.5. Имитационное моделирование - один из важнейших методов компьютерного моделирования, в
котором воспроизводятся процессы и явления, протекающие в реальных объектах.
Искусственный интеллект. Это направление информатики - самое молодое, возникшее в середине
70-х годов. Однако именно искусственный интеллект определяет стратегические направления развития информатики. Искусственный интеллект тесно связан с теоретической информатикой, откуда он
заимствовал многие модели и методы, например, использование логических средств для преобразования знаний. Столь же прочны связи этого направления с кибернетикой. Математическая и прикладная лингвистика, нейрокибернетика и гомеостатика теснейшим образом связаны с развитием
искусственного интеллекта. И конечно, работы в этой области немыслимы без развития систем программирования.
Программирование. Программирование как научное направление возникло с появлением вычислительных машин и только программное обеспечение определяет эффективность использования ЭВМ.
В настоящее время это достаточно продвинутое направление информатики.
3.1. Системные программисты являются, как правило, специалистами очень высокого уровня и разрабатывают системное программное обеспечение, которое включает в себя операционные системы, языки программирования и трансляторы. Языки программирования создаются для разработки прикладного программного обеспечения. Эти языки относятся к языкам высокого
уровня, мнемоника и семантика которых близка к естественному языку общения людей. Есть
ещё машинные языки, которые используются непосредственно в ЭВМ и которые состоят из последовательности машинных команд, закодированных в микропроцессорах. Для преобразования
программ, написанных на языке высокого уровня. в программы на машинном языке используются специальные программы - трансляторы, которые также создаются системными программистами.
3.2. Прикладное или проблемно-ориентированное программирование ориентировано на разработку
пользовательских программ для решения тех или иных задач в различных областях науки, техники, производства.
Прикладная информатика. Достижения современной информатики широко используются в различных областях человеческой деятельности: в научных исследованиях (АСНИ - автоматизированные системы для научных исследований), в разработке новых изделий (САПР - системы автоматизированного проектирования), в информационных системах (АИС - автоматизированные информационные системы), в управлении (АСУ - автоматические системы управления), в обучении (АОС автоматизированные обучающие системы) и др.
Вычислительная техника.
Кибернетика. Термин "кибернетика"( от греческого слова κυβερνητης, т.е. "кормчий") появился летом 1947 г. как результат обсуждения новой терминологии группой ученых во главе с Норбертом
Винером, в течение ряда лет проводивших исследования в различных областях научных знаний, связанных с вопросами управления с помощью различного рода информационных сигналов. Идея "общей теории управления" получила подкрепление с появлением компьютеров, способных единообразно решать самые разные задачи.
6.1. техническая кибернетика. В её состав входит теория автоматического управления, которая стала теоретическим фундаментом автоматики. Трудно переоценить важность исследований в этой
области. Без них невозможны были бы достижения в области приборостроения, станкостроения,
атомной энергетики и других систем управления промышленными процессами и научными исследованиями.
6.2. распознавание образов. Основная задача этой дисциплины - поиск решающих правил, с помощью которых можно было бы классифицировать многочисленные явления реальности. соотносить их с некоторыми эталонными классами. Распознавание образов - это пограничная область
между кибернетикой и искусственным интеллектом, ибо поиск решающих правил чаще всего
осуществляется путём обучения, а обучение, конечно, интеллектуальная процедура.
6.3. бионика - пограничная наука между кибернетикой и биологией. Аналогии между живыми и неживыми системами многие столетия волнуют учёных. Насколько принципы работы живых систем могут быть использованы в искусственных объектах? В свою очередь, нейрокибернетика
пытается применить кибернетические модели в изучении структуры и действия нервных тканей.
6.4. гомеостатика. Изучает равновесные (устойчивые) состояния сложных взаимодействующих систем различного типа. Это могут быть биологические системы, социальные системы, автоматические системы и др.
6.5. математическая лингвистика занимается исследованием особенностей естественных языков, а
также моделей (формальных грамматик), позволяющих формализовать синтаксис и семантику
таких языков. Это направление весьма актуально в связи с развитием систем машинного перевода текстов с одних языков на другие.
Информатику в узком смысле можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей –
технических средств (hardware), программных средств (software), алгоритмических средств
(brainware).
Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования
информации и их использовании в организации технологического процесса переработки информации.
Задачи информатики состоят в следующем:
исследование информационных процессов любой природы;
разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации
на базе полученных результатов исследования информационных процессов;
решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.
УРОК 2. Информация.
Понятие "информация" - есть первичное и неопределяемое понятие. Слово «информация» происходит от латинского «informatio» — осведомление, разъяснение, изложение.
В широком смысле абстрактное понятие, имеющее множество значений, в зависимости от контекста. В узком смысле этого слова — сведения независимо от формы их представления. В настоящее время не существует единого определения термина информация. Первоначально смысл слова «информация» трактовался как нечто присущее только человеческому сознанию и общению – знания, сведения,
известия. Затем смысл этого слова начал расширяться и обобщаться. Как только состояния одного объекта находятся в соответствии с состояниями другого объекта (например, соответствие между положением стрелки вольтметра и напряжением на его клеммах или соответствие между нашим ощущением и
реальностью), это значит, что один объект отражает другой, т. е. содержит информацию о другом.
С точки зрения различных областей знания, данное понятие описывается своим специфическим
набором признаков.
В физике: Один из основных законов классической физики утверждает, что замкнутые системы, в
которых отсутствует обмен веществом и энергией с окружающей средой, стремятся с течением времени
перейти из менее вероятного упорядоченного состояния в наиболее вероятное хаотическое состояние.
Поэтому информация – это мера упорядоченности системы по шкале «хаос - порядок».
В статистике: Клод Шеннон подразумевает под термином «информация» нечто фундаментальное (нередуцируемое), то есть категорию. Интуитивно полагается, что информация имеет содержание.
Информация уменьшает общую неопределённость и информационную энтропию, доступна измерению.
В юриспруденции: Это сведения (сообщения, данные) независимо от формы их представления».
В теории управления (кибернетике): информацией называются сообщения, получаемые системой из внешнего мира при адаптивном управлении (приспособлении, самосохранении системы управления). Основоположник кибернетики Норберт Винер говорил: Информация есть информация, а не материя и не энергия. То есть Винер относил информацию к фундаментальным понятиям, не выводимым
через более простые.
В информатике: Это осознанные сведения об окружающем мире, которые являются объектом
хранения, преобразования, передачи и использования. Сведения — это знания, выраженные в сигналах,
сообщениях, известиях, уведомлениях и т. д.
Мы с вами будем использовать следующее определение: ИНФОРМАЦИЯ – это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний. ДАННЫЕ – это признаки или записанные наблюдения, которые не используются, а только хранятся. Пример: 3467889 – что это? Не знаем!
Это данные. Но если уточнить, что это номер телефона Иван Ивановича, то это уже информация.
Способы восприятия информации: Визуальная (90% случаев), Аудиальная (8% случаев), Тактильная, Обонятельная, Осязательная, Иные (Тепловая, Радиационная, Гравитационная, Магнитная,
Электрическая, Психическая, Духовная).
Основные виды информации по ее форме представления, способам ее кодирования и хранения,
что имеет наибольшее значение для информатики, это:
 графическая или изобразительная — первый вид, для которого был реализован способ хранения информации об окружающем мире в виде наскальных рисунков, а позднее в виде картин,
фотографий, схем, чертежей на бумаге, холсте, мраморе и др. материалах, изображающих картины реального мира;
 звуковая — мир вокруг нас полон звуков и задача их хранения и тиражирования была решена с
изобретение звукозаписывающих устройств в 1877 г.; ее разновидностью является музыкальная информация — для этого вида был изобретен способ кодирования с использованием специальных символов, что делает возможным хранение ее аналогично графической информации;
 текстовая — способ кодирования речи человека специальными символами — буквами, причем
разные народы имеют разные языки и используют различные наборы букв для отображения
речи; особенно большое значение этот способ приобрел после изобретения бумаги и книгопечатания;
 числовая — количественная мера объектов и их свойств в окружающем мире; особенно большое значение приобрела с развитием торговли, экономики и денежного обмена; аналогично
текстовой информации для ее отображения используется метод кодирования специальными
символами — цифрами, причем системы кодирования (счисления) могут быть разными;
 видеоинформация — способ сохранения «живых» картин окружающего мира, появившийся с
изобретением кино.
 Существуют также виды информации, для которых до сих пор не изобретено способов их кодирования и хранения — это тактильная информация, передаваемая ощущениями, органолептическая, передаваемая запахами и вкусами и др.
 Особым видом информации в настоящее время можно считать информацию, представленную в
глобальной сети Интернет. Здесь используются особые приемы хранения, обработки, поиска и
передачи распределенной информации больших объемов и особые способы работы с различными видами информации. Постоянно совершенствуется программное обеспечение, обеспечивающее коллективную работу с информацией всех видов.
Информация и ее свойства являются объектом исследования целого ряда научных дисциплин, таких как теория информации (математическая теория систем передачи информации), кибернетика (наука
о связи и управлении в машинах и животных, а также в обществе и человеческих существах), семиотика
(наука о знаках и знаковых системах), теория массовой коммуникации (исследование средств массовой
информации и их влияния на общество), информатика (изучение процессов сбора, преобразования, хранения, защиты, поиска и передачи всех видов информации и средств их автоматизированной обработки), соционика (теория информационного метаболизма индивидуальной и социальной психики), информодинамика (наука об открытых информационных системах), информациология (наука о получении, сохранении и передаче информации для различных множеств объектов) и т. д.
Можно привести немало разнообразных свойств информации. Каждая научная дисциплина рассматривает те свойства, которые ей наиболее важны. Систематизация существующих подходов к выделению свойств информации, позволяет говорить о том, что информации присущи следующие свойства.
1. Атрибутивные (синтаксические) свойства - это те свойства, без которых информация не существует, они определяют способ представления информации на носителе (в сигнале). Так, данная информация представлена на электронном носителе с помощью определенного шрифта. Здесь же
можно рассматривать такие параметры представления информации, как стиль и цвет шрифта, его
размеры, междустрочный интервал и т.д.
1.1. неотрывность информации от физического носителя и языковая природа информации. Одно из
важнейших направлений информатики как науки является изучение особенностей различных
носителей и языков информации, разработка новых, более совершенных и современных. Необходимо отметить, что хотя информация и неотрывна от физического носителя и имеет языковую
природу она не связана жестко ни с конкретным языком, ни с конкретным носителем.
1.2. дискретность. Содержащиеся в информации сведения, знания дискретны, т.е. характеризуют
отдельные фактические данные, закономерности и свойства изучаемых объектов, которые распространяются в виде различных сообщений, состоящих из линии, составного цвета, буквы,
цифры, символа, знака.
1.3. непрерывность. Информация имеет свойство сливаться с уже зафиксированной и накопленной
ранее, тем самым, способствуя поступательному развитию и накоплению.
2. Прагматические свойства – это свойства, определяющие влияние информации на поведение потребителя, они характеризуют степень полезности информации для пользователя, потребителя и
практики. Проявляются в процессе использования информации. Так прагматика информации, получаемой читателем настоящего учебного пособия, заключается, по меньшей мере, в успешной сдаче
экзамена по информатике.
2.1. смысл и новизна. Это свойство характеризует перемещение информации в социальных коммуникациях, и выделяет ту ее часть, которая нова для потребителя.
2.2. полезность. Уменьшение неопределенности сведений об объекте. Дезинформация расценивается как отрицательные значения полезной информации.
2.3. ценность. Ценность информации различна для различных потребителей и пользователей.
2.4. кумулятивность (содержательность) Характеризует накопление и хранение информации, семантическая емкость информации. Рассчитывается как отношение количества семантической
информации к ее количеству в геометрической мере. Это характеристика сигнала, про который
говорят, что «мыслям в нем тесно, а словам просторно». В целях увеличения содержательности
сигнала, например, используют для характеристики успеваемости абитуриента не полный перечень его аттестационных оценок, а средний балл по аттестату.
2.5. полнота. Характеризует качество информации и определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся. Чем полнее данные, тем
шире диапазон методов, которые можно использовать, тем проще подобрать метод, вносящий
минимум погрешностей в ход информационного процесса.
2.6. достоверность (точность). Данные возникают в момент регистрации сигналов, но не все сигналы являются полезными — всегда присутствует какой-то уровень посторонних сигналов, в
результате чего полезные данные сопровождаются определенным уровнем информационного
шума. Если полезный сигнал зарегистрирован более четко, чем посторонние сигналы, достоверность информации может быть более высокой. При увеличении уровня шумов достоверность
информации снижается. В этом случае для передачи того же количества информации требуется
использовать либо больше данных, либо более сложные методы.
2.7. адекватность — это степень соответствия реальному объективному состоянию дела. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных
или недостоверных данных. Однако и полные, и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной информации в случае применения к ним неадекватных методов.
2.8. доступность (мера возможности получить ту или иную информацию ). На степень доступности
информации влияют одновременно как доступность данных, так и доступность адекватных методов для их интерпретации. Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов
обработки данных приводят к одинаковому результату: информация оказывается недоступной.
Отсутствие адекватных методов для работы с данными во многих случаях приводит к применению неадекватных методов, в результате чего образуется неполная, неадекватная или недостоверная информация.
2.9. актуальность (степень соответствия информации текущему моменту времени). Нередко с актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации. Поскольку информационные п роцессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая
информация может приводить к ошибочным решениям. Необходимость поиска (или разработки) адекватного метода для работы с данными может приводить к такой задержке в получении
информации, что она становится неактуальной и ненужной. На этом, в частности, основаны
многие современные системы шифрования данных с открытым ключом. Лица, не владеющие
ключом (методом) для чтения данных, могут заняться поиском ключа, поскольку алгоритм его
работы доступен, но продолжительность этого поиска столь велика, что за время работы информация теряет актуальность и, соответственно, связанную с ней практическую ценность.
2.10. объективность и субъективность. Понятие объективности информации является относительным. Это понятно, если учесть, что методы являются субъективными. Более объективной
принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент. В
ходе информационного процесса степень объективности информации всегда понижается. Это
свойство учитывают, например, в правовых дисциплинах, где по-разному обрабатываются показания лиц, непосредственно наблюдавших события или получивших информацию косвенным
путем (посредством умозаключений или со слов третьих лиц).
2.11. репрезентативность — правильность отбора информации в целях адекватного отражения
источника информации. Например, в целях большей репрезентативности данных о себе абитуриенты стремятся представить в приемную комиссию как можно больше свидетельств, дипломов, удостоверений и другой информации, подтверждающей их высокий уровень подготовки,
что учитывается при зачислении в ВУЗ;
2.12. своевременность — поступление не позже заранее назначенного срока. Этот параметр также
очевиден недавним абитуриентам: опоздание с представлением позитивной информации о себе
при поступлении может быть чревато незачислением.
3. Семантические (смысловые) свойства - понятийное свойство, определяющее смысл информации
как соответствие сигнала реальному миру. Именно в понятиях обобщаются наиболее существенные
признаки предметов, процессов и явлений окружающего мира.
4. Динамические свойства - это те свойства, которые характеризуют изменение информации во времени.
4.1. рост информации. Движение информации в информационных коммуникациях и постоянное ее
распространение и рост определяют свойство многократного распространения или повторяемости. Хотя информация и зависима от конкретного языка и конкретного носителя, она не связана
жестко ни с конкретным языком, ни с конкретным носителем. Благодаря этому информация
может быть получена и использована несколькими потребителями. Это свойство многократной
используемости и проявление свойства рассеивания информации по различным источникам.
4.2. старение. заключается в уменьшении ее ценности с течением времени. Старит информацию не
само время, а появление новой информации, которая уточняет, дополняет или отвергает полностью или частично более раннюю. Научно-техническая информация стареет быстрее, эстетическая (произведения искусства) – медленнее.
Дезинформация – один из способов манипулирования информацией, как то введение кого-либо в
заблуждение путём предоставления неполной информации или полной, но уже не нужной информации,
искажения контекста, искажения части информации.
Цель такого воздействия всегда одна — оппонент должен поступить так, как это необходимо манипулятору. Поступок объекта, против которого направлена дезинформация, может заключаться в принятии нужного манипулятору решения или в отказе от принятия невыгодного для манипулятора решения. Но в любом случае конечная цель — это действие, которое будет предпринято оппонентом.
Классификация – система распределения объектов по классам, по признакам.
Реквизит объекта – логически неделимый информационный элемент, описывающий определенное свойство объекта.
Пример: объект: студент; реквизит: пол, фамилия, успеваемость.
ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КЛАССИФИКАЦИИ.
ППК
ОИР
ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
ГИМНАЗИЯ
ШКОЛА
ИСКУСТВ
ИВАНОВ
ПЕТРОВ
СИДОРОВ
ПЕРДУНЕНКО
АНИЩЕНКО
ЗАРАЗОВ
НЕГОДЯЕВ
ПУПКИН
ПОПКИН
Замечание: из-за жесткой структуры особое внимание следует уделить выбору классификационных
признаков.
ФАСЕТНАЯ СИСТЕМА КЛАССИФИКАЦИИ.
Школа
Отделение
Пример: Фамилия, Имя
ИВАНОВ
ПЕТРОВ
ППК
23
ОИР
ФИЗМАТ
Класс
6а
9л
Размер сапог
46
24
Замечание 1: ФСК дает возможность создания большого числа признаков классификации.
Замечание 2: ФСК имеет сложность построения.
УРОК 3. История вычислительной техники.
I поколение – МЕХАНИЧЕСКИЕ.
1642 г. – французский математик Блез Паскаль создал 1ую машину (умела +, -).
1672 г. – немецкий математик Лейбниц изобрел машину (умела +, -, *, /).
1830 г. – профессор Кембриджа Чарльз Беббидж (дедушка вычислительной техники) изобрел спидометр; разностную машину (для морской навигации, впервые появилось устройство
ввода/вывода); аналитическую машину (стоила 18000 £, информацию считывала с перфолент. Для этого требовался программист (Ада Ловлейс - первый программист, дочь
Байрона)).
II поколение – ВАКУУМНЫЕ, РЕЛЕЙНЫЕ.
1936 г. – немецкий ученый Зус изобрел 1ую машину на реле – Z1.
Середина 30х гг. XX века – создана немецкая шифровальная машина «Энигма».
Конец 30х гг. XX века – создан ряд машин: Атанасов (США), Стибитс.
1944 г. – MARK–1, Гаварда Айкена (США) – последняя релейная машина.
1943 г. – начаты работы по созданию ENIAC – для корректировки артиллерийского огня. Имела
1500 реле, 18000 вакуумных ламп. Потребляла 140 кВт. весила 30 тонн. Работы окончены в 1946 г. Машина распалась на: EDSAC (Кембридж), JONIAC(корпорация RAND),
ILLIAC(Иллинойс), MANIAC(Лос-Аламос), WEIZAC(Израиль), IAS(Фон-Нейман: его
идея: единство трех устройств: память, блок управления, АЛУ).
III поколение – ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ.
1956 г. – изобретен транзистор (Дж.Бардин, Уолт Браттейн – Bell Laboratorias).
1961 г. – PDP-1 (120.000$, фирма DEC). IBM – 7090 (1 млн.$). Проданы десятка машин – появилась
компьютерная промышленность.
1963 г. – B5000 (Burrought, 1ая машина с возможностью программирования – буд. язык Паскаль)
1964 г. – CDC (Сеймур Крей, 1 суперЭВМ).
1965 г. – PDP-1 (16000$, фирма DEC, первый миниЭВМ).
IV поколение – НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ.
1958 г. – изобретена 1ая интегральная схема (Роберт Нойс).
1964 г. – IBM – 360 (впервые мультипрограммирование). PDP-11
1971 г. – изобретен микропроцессор INTEL 4040 (1972 – 8008; 1974 – 8080; 1976 – 8086; 1979 –
8088; 1982 – 80286; 1985 – 80386; 1989 – 80486; 1993 – Pentium; 1997 – Pentium II).
V поколение – ВЕКТОРНЫЕ.
1981 г. – IBM – PC (Филипп Эстридж) – ПЕРВЫЙ ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР
Появилась масса разновидностей компьютеров: одноразовые; встроенные (телефон); игровые (Play
Stantion); ПК; рабочие станции; суперЭВМ.
Появились операционные системы: Dos, Windows, OS/2, Unix.
Появилась масса программного обеспечения.
VI поколение – ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ.
Домашнее задание:
Вспомнить или найти, и изобразить их в тетради, не менее пяти современных компьютеров.
Найти в учебнике и выписать не менее пяти групп программного обеспечения, привести их представителей (дать название).
Чарльз Беббидж
Питер Нортон
Стив Джобс
Стив Возняк
Билл Гейтс
Ричард Мэттью Столлман
Линус Торвальдс
Пол Аллен
Кен Томпсон
Лари Пейдж
Сергей Брин
УРОК 4. Магистрально-модульный принцип построения ПК.
В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный
принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между модулями.
Обмен информацией между отдельными устройствами компьютера производится по трем многоразрядным шинам (многопроводным линиям), соединяющим все модули: шине данных, шине адресов и
шине управления.
Разрядность шины данных связана с разрядностью процессора (имеются 8-, 16-, 32-, 64-разрядные
процессоры).
Данные по шине данных могут передаваться от процессора к какому-либо устройству, либо, наоборот, от устройства к процессору, т. е. шина данных является двунаправленной. К основным режимам
работы процессора с использованием шины данных можно отнести следующие: запись/чтение данных
из оперативной памяти, запись/чтение данных из внешней памяти, чтение данных с устройства ввода,
пересылка данных на устройство вывода.
Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного
устройства, а для оперативной памяти код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной
шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и
устройствам, т. е. шина адреса является однонаправленной.
Разрядность шины адреса определяет объезд адресуемой процессором памяти. Имеются 16-, 20-, 24и 32-разрядные шины адреса.
Каждой шине соответствует свое адресное пространство, т. е. максимальный объем адресуемой памяти:
В персональных компьютерах величина адресного пространства процессора и величина фактически установленной оперативной памяти практически всегда различаются.
В первых отечественных персональных компьютерах величина адресного пространства была иногда
меньше, чем величина реально установленной в компьютере оперативной памяти. Обеспечение доступа
к такой памяти происходило на основе поочередного (так называемого постраничного) подключения
дополнительных блоков памяти к адресному пространству.
В современных персональных компьютерах с 32-разрядной шиной адреса величина адресуемой па-
мяти составляет 4 Гб, а величина фактически установленной оперативной памяти значительно меньше и
составляет обычно 16 или 32 Мб.
По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией
(ввод/вывод), и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.
Аппаратно на системных платах реализуются шины различных типов. В компьютерах РС/286 использовалась шина ISA (Industry Standard Architecture), имевшая 16-разрядную шину данных и 24разрядную шину адреса. В компьютерах РС/386 и РС/486 используется шина EISA (Extended Industry
Standard Architecture), имеющая 32-разрядные шины данных и адреса. В компьютерах PC/ Pentium используется шина PCI (Peripheral Component Interconnect), имеющая 64-разрядную шину данных и 32разрядную шину адреса.
Подключение отдельных модулей компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с
помощью контроллеров, адаптеров устройств (видеоадаптер, контроллер жестких дисков и т. д.), а на
программном уровне обеспечивается загрузкой в оперативную память драйверов устройств, которые
обычно входят в состав операционной системы.
Контроллер жестких дисков обычно находится на системной плате. Существуют различные типы
контроллеров жестких дисков, которые различаются по количеству подключаемых дисков, скорости
обмена информацией, максимальной емкости диска и др.
IDE — Integrated Device Electronics EIDE — Enhanced Integrated Device Electronics SCSI — Small
Computers System Interface В стандартный набор контроллеров, разъемы которых имеются на* системном блоке компьютера, обычно входят:
— видеоадаптер (с помощью него обычно подключается дисплей);
— последовательный порт СОМ1 (с помощью него обычно подключается мышь);
— последовательный порт COM2 (с помощью него обычно подключается модем);
— параллельный порт (с помощью него обычно подключается принтер);
— контроллер клавиатуры.
Через последовательный порт единовременно может передаваться 1 бит данных в одном направлении, причем данные от процессора к периферийному устройству и в обратную сторону, от периферийного устройства к процессору, передаются по разным проводам. Максимальная дальность передачи составляет обычно несколько десятков метров, а скорость до 115 200 бод. Устройства подключаются к
этому порту через стандартный разъем RS-232.
Через параллельный порт может передаваться в одном направлении одновременно 8 бит данных. К
этому порту устройства подключаются через разъем Centronics. Максимальное удаление принимающего
устройства обычно не должно превышать 3 м.
Подключение других периферийных устройств требует установки в компьютер дополнительных
адаптеров (плат).
Шины.
Магистраль можно представить как пучок проводов, к которому подключены все модули. Любой
модуль ЭВМ, посылая электрические сигналы, может передавать информацию другим модулям.
ЗАДАЧА ШИНЫ: Сопряжение между модулями ЭВМ.
ХАРАКТЕРИСТИКИ: 1. Пропускная способность.
2. Количество обслуживаемых устройств.
КЛАССИФИКАЦИЯ: 1. Многосвязный интерфейс (Каждый модуль ПК связан с прочими своими локальными проводами. Это простейшие машины).
2. Односвязный интерфейс (Все модули связаны через 1 общую шину).
Как происходит обмен информации?
а) Куда передать информацию? Для этого служит ШИНА АДРЕСА. Шина адреса – однонаправленная (микропроцессор решает вопрос о выборе устройства, которому посылается информация, и посылает ему по шине адреса об этом уведомление). Разрядность шины (количество
проводов) определяет объем адресного пространства (V=2I, где V - объем адресного пространства, I – разрядность шины).
б) Какую передать информацию? Для этого служит ШИНА ДАННЫХ. Шина данных – двунаправленная. Разрядность шины определяет максимальную порцию информации, которую
может считать или записать устройство за 1 такт.
в) Характер информации. Для этого служит ШИНА УПРАВЛЕНИЯ. Шина управления указывает характер записи, синхронизирует обмен и т.д.
ВИДЫ ШИН: Системная (материнская) плата; адаптеры; шлейфы.
Так как быстродействие различных модулей может быть различна, то между ними устанавливаются специальные схемы – ЧИПСЕТЫ (северный мост и южный мост).
МОНИТОР
ПРИНТЕР
PS/2
USB
A
A
ШИНА
РАСШИРЕНИЙ
СЕВЕРНЫЙ
МОСТ
ЛОКАЛЬНАЯ
ШИНА
МИКРОПРОЦЕССОР
ЮЖНЫЙ
МОСТ
ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ
A
COM
ЖЕСТКИЙ ДИСК
LPT
A
ОПТИЧЕСКИЕ
ДИСКИ
A
МАГНИТНЫЕ
ДИСКИ
A
ДРУГИЕ
УСТРОЙСТВА
A
СКАНЕР
СЕВЕРНЫЙ МОСТ – связывает микропроцессор и оперативную память с другими устройствами.
ЛОКАЛЬНАЯ ШИНА (PCI, VLB) – специальная шина, обслуживающая небольшое число устройств
определенного класса.
ЮЖНЫЙ МОСТ – связывает северный мост с периферией.
ШИНА РАСШИРЕНИЙ (ISA, EISA) – шина общего назначения, может включать большое число
устройств.
Микропроцессор.
Микропроцессор – устройство, выполняющее алгоритмическую (с помощью специальных команд, хранящихся в ПЗУ) обработку информации. Микропроцессор представляет собой отдельную интегральную схему.
ЗАДАЧИ: 1. Выполнение арифметических и логических операций.
2. Управление модулями ПК.
ХАРАКТЕРИСТИКИ: 1. Разрядность.
2. Тактовая частота.
КЛАССИФИКАЦИЯ: 1. CISC – архитектура с полным набором команд.
2. RISC – архитектура с упрощенным набором команд.
3. MISC – архитектура с минимальным набором команд.
4. WISC – архитектура с изменяемым набором команд.
Устройство МП.
ГЕНЕРАТОР
ТАКТОВЫХ
ИМПУЛЬСОВ
Выполняет арифметические и логические операции.
Хранит информацию на ближайшие 1-2 такта.
Управляет работой устройств.
Главный параметр
– разрядность.
Разрядность
МП
уточняют – пишут
64/36, что означает наличие у
МП 64-разрядной шины данных
и 36-разрядной шины адреса.
Генерирует электрические импульсы. Главный
параметр – тактовая частота.
Алгоритм работы МП.
1. ВЫБОРКА – счетчик команд получает номер команды, а устройство управления выбирает ее.
2. ДЕКОДИРОВАНИЕ – устройство управления декодирует выбранную команду.
3. ИСПОЛНЕНИЕ – устройство управления исполняет
команду.
4. ВОЗВРАТ – возвращение к счетчику команд.
Схема сумматора.
СУММАТОР
ОБЩЕГО
НАЗНАЧЕНИЯ
УСТРОЙСТВО
УПРАВЛЕНИЯ
Интерфейсная часть МП.
УСТРОЙСТВО
УПРАВЛЕНИЯ
СЧЕТЧИК КОМАНД
СПЕЦ.
АРИФМЕТИЧЕСКОЛОГИЧЕСКОЕ
УСТРОЙСТВО
МИКРО
ПРОЦЕССОРНАЯ
ПАМЯТЬ
Выполняет арифметические операции.
РЕГИСТРЫ
МАТЕМАТИЧЕСКИЙ
СОПРОЦЕССОР
КОМАНДЫ
Способы увеличения производительности МП.
1. Использование математического сопроцессора.
2. Использование 2, 4 и т.д. АЛУ (многоядерная технология).
3. Параллелизм.
a. Параллелизм команд.
1-й. Конвейер
2-й. Суперскалярный
b. Параллелизм МП.
1-й. Конвейер
2-й. Векторные
3-й. Матрица.
Память.
Память – физическое устройство или среда для хранения данных в течение определённого времени.
ЗАДАЧИ: 1. Хранение информации.
2. Оперативный обмен информацией.
ХАРАКТЕРИСТИКИ: 1. Быстродействие.
2. Информационная емкость (объем).
3. Энергозависимость (энергозависимая память теряет свое содержимое
после отключения питания).
ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПАМЯТИ:
РЕГИСТР
КЭШ
ВНУТРЕННЯЯ
ВНЕШНЯЯ
Регистр находится в МП.
КЭШ находится между МП и ОЗУ.
Внутренняя память – это ПЗУ, ОЗУ.
Внешняя память – это магнитные диски, оптические диски, флэш и т.д.
По мере продвижения вниз по круглоиде возрастают 2 параметра:
1. Увеличивается время доступа к памяти.
2. Увеличивается объем памяти.
Устройство внутренней памяти.
Память состоит из ячеек, каждая из которых имеет свой адрес.
Количество ячеек в одном адресе может принимать
различные значения: 8, 16, …, 64.
Для хранения информации используют триггеры,
схема которого приведена на рисунке.
Типы внутренней памяти (ОЗУ).
Основная (стандартная) область памяти – CMA.
В эту память загружается таблица векторов прерываний. Она хранит различные данные из BIOS, а также могут загружаться некоторые 16-разрядные программы DOS. Область памяти занимает 640 Кбайт.
Верхняя область памяти –UMA.
Эта память служит для размещения информации об аппаратной части компьютера, в нее загружается
информация о видеопамяти, загружаются различные программы BIOS-адаптеров, а также резервируется
область памяти для BIOS. Область памяти занимает 384 Кбайт.
Высокая область памяти – HMA .
Это небольшая область памяти (около 64 Кбайт), появившаяся при переходе на процессоры Intel 80286
и решающая некоторые проблемы совместимости.
Дополнительная (расширенная) область памяти – XMA.
В эту дополнительную область памяти загружаются все оставшиеся приложения, работающие на компьютере. Объём этой области зависит от объёма оперативной памяти, установленной на компьютере.
Носители на магнитных дисках.
Память – физическое устройство для хранения больших массивов информации основанное на принципе
магнитной записи.
ЗАДАЧИ: 1. Хранение информации.
2. Перенос данных с одного компьютера на другой.
ХАРАКТЕРИСТИКИ:
1. Интерфейс — совокупность линий связи, сигналов, технических средств и правил обмена.
2. Ёмкость — количество данных, которые могут храниться накопителем.
3. Физический размер.
4. Время доступа — время, за которое винчестер выполнит операцию чтения или записи.
5. Скорость вращения шпинделя — количество оборотов шпинделя в минуту.
6. Надёжность — определяется как среднее время наработки на отказ.
7. Количество операций ввода-вывода в секунду.
8. Потребление энергии.
9. Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе.
10. Сопротивляемость ударам — сопротивляемость накопителя скачкам давления или ударам.
ТЕХНОЛОГИИ ЗАПИСИ ДАННЫХ
Принцип работы магнитных запоминающих устройств основаны на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов, и похож на работу магнитофонов.
Информация заносится на концентрические дорожки, равномерно распределенные по всему носителю. В случае большего, чем один диск, числа носителей все дорожки, находящиеся одна под другой, называются цилиндром. Операции чтения/записи производятся подряд над всеми дорожками цилиндра, после чего головки перемещаются на новую позицию.
Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки. При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле
из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора
намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов
у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к
возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.
Метод параллельной записи
На данный момент это всё ещё самая распространенная технология записи информации. Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая, проходя над поверхностью вращающегося диска, намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. Каждая из этих
областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.
Метод перпендикулярной записи
Метод перпендикулярной записи — это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Доступны на рынке с 2005 года.
Метод тепловой магнитной записи
Метод тепловой магнитной записи на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас
он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска,
который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск
охлаждается, намагниченность «закрепляется». На 2009 год есть лишь экспериментальные образцы.
Широкого распространения данной технологии следует ожидать в 2011—2012 годах.
КЛАССИФИКАЦИЯ
1) накопители на магнитной ленте (Стри́мер)
Стри́мер — запоминающее устройство на принципе магнитной записи на ленточном носителе, с
последовательным доступом к данным, по принципу действия аналогичен бытовому магнитофону.
Накопители этого типа применяются в основном в мэйнфреймах, а также в ПК для резервного копирования данных. Основные преимущества накопителей на магнитной ленте (стримеров – streamers) в их
небольшой стоимости, относительной стабильности и возможности хранения очень больших объемов
информации. Основной недостаток накопителей на магнитной ленте в том, что они хранят данные последовательно, и поэтому довольно медленны по сравнению с другими устройствами вторичной памяти. Чтобы найти необходимую информацию, лента должна быть прочитана от начала до того места, где
хранятся данные.
2) накопители на гибких магнитных дисках (НГМД, Floppy Disk);
НГМД позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, хранить
информацию, не используемую постоянно на компьютере, делать архивные копии программных продуктов, содержащихся на жестком диске. Наибольшее распространение получили дискеты размером
5,25 (емкость 1,2 Мб и 360 Кб) и 3,5 дюйма (емкость 0,7Мб и 1,44 Мб). Переход на использование 3,5
был связан с бурным развитием портативных компьютеров. 3,5, в отличие от 5,25, заключены в жесткий
пластмассовый конверт, что значительно повышает их надежность и долговечность, а также создает
значительные удобства при транспортировке, хранении и использовании.
3) накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД, Hard Disk);
Если ГД – средство переноса данных между компьютерами, то ЖД – это средства хранения в
компьютере. Накопители на жестких дисках объединяют в одном корпусе носитель и устройство чтения/записи. Дисковые носители посажены на один шпиндель. Блок головок чтения/записи имеют общий
приводящий механизм. Герметичная камера предохраняет носители не только от проникновения механических частиц пыли, но и от воздействия электромагнитных полей. Необходимо заметить, что камера
не является абсолютно герметичной т.к. соединяется с окружающей атмосферой при помощи специального фильтра, уравнивающего давление внутри и снаружи камеры. Диски вращаются постоянно, а скорость вращения носителей довольно высокая (от 4500 до 10000 об/мин). По величине диаметра носителя чаще других производятся 5.25, 3.14, 2.3 дюймовые диски. Во время работы все механические части
накопителя подвергаются тепловому расширению, и расстояния между дорожками, осями шпинделя и
позиционером головок чтения/записи меняется. В общем случае это никак не влияет на работу накопителя, поскольку для стабилизации используются обратные связи, однако некоторые модели время от
времени выполняют рекалибровку привода головок, сопровождаемую характерным звуком, напоминающим звук при первичном старте, подстраивая систему к изменившимся расстояниям. Плата электроники ЖД представляет собой самостоятельный микрокомпьютер с собственным процессором, памятью,
устройствами ввода/вывода и пр.
4) накопители на полупроводниковых носителях(SDD, флэш);
Сущность флэш-памяти: это чисто электронный полупроводниковый носитель. Соответственно,
чем «тоньше» техпроцессы, тем больше ячеек памяти можно уместить в тот же физический объем.
Флэш-память имеет крайне низкое время доступа к любому блоку информации. Во флэше все
просто — вычисляем адрес нужного блока и сразу же получаем к нему доступ – никаких механических
операций.
Энергопотребление флэша: нужен — подаем питание, не нужен — отключаем. «Выход из спячки» практически мгновенный.
Быстрый старт, поскольку не требуется раскрутка.
Бесшумность, поскольку отсутствуют движущиеся части.
Высокая механическая надежность за счет отсутствия движущихся частей. Кроме того это обуславливает высокую устойчивость к вибрациям, ударам, перепадам давления и температур.
Доступ к любой ячейке осуществляется почти мгновенно, а вот само по себе ее чтение и передача информации по шине уже занимает достаточно большое количество времени.
Носители на оптических дисках.
ОПТИЧЕСКИЙ ДИСК — носитель данных в виде диска, предназначенный для записи или воспроизведения информации при помощи лазерного луча
ЗАДАЧИ: 1. Хранение информации.
2. Перенос данных с одного компьютера на другой.
ХАРАКТЕРИСТИКИ:
1. Емкость.
2. Скорость чтения и скорость записи данных.
3. Качество записи.
4. Получение точных аудиокопий.
ТЕХНОЛОГИИ ЗАПИСИ ДАННЫХ
Стандартный диск выполнен из пластмассы и имеет трехслойное покрытие:
1) подложка из поликарбоната, на которой отштампован рельеф диска,
2) напыленное на нее отражающее покрытие из алюминия, золота, серебра или другого сплава, (диск
CD-R покрыт слоем органического красителя, в котором при записи выжигаются участки, в диске CDRW используются покрытия из материалов с изменяемым фазовым состоянием);
3) более тонкий защитный слой поликарбоната или лака, на который наносятся надписи и рисунки.
Информационный рельеф диска состоит из спиральной дорожки, идущей от центра к периферии,
вдоль которой расположены углубления питы (рк). Информация кодируется чередованием питов
(условно - логической 1) и промежутков между ними (условно - логических 0). Существенно, что информация на диске закодирована помехоустойчивым кодом Рида-Соломона (Reed-Solomon) с использованием чередования - так что мелкие сбои при чтении дорожки никак не отражаются на достоверности
считанной информации. Дорожка может быть непрерывной, либо делиться на фрагменты (например
сессии в мультисессионных).
Считывание информации с диска происходит за счёт регистрации изменений интенсивности отражённого от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. Приёмник или фотодатчик определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности, был ли он рассеян или поглощен. Рассеивание или поглощение луча происходит в местах, где в процессе записи были нанесены углубления (штрихи). Сильное
отражение луча происходит там, где этих углублений нет. Фотодатчик, размещённый в дисководе, воспринимает рассеянный луч, отражённый от поверхности диска. Затем эта информация в виде электрических сигналов поступает на микропроцессор, который преобразует эти сигналы в двоичные данные
или звук. Глубина каждого штриха на диске равна 0.12 мкм, ширина - 0.6 мкм. Они расположены вдоль
спиральной дорожки, расстояние между соседними витками которой составляет 1.6 мкм, что соответствует плотности 16000 витков на дюйм или 625 витков на миллиметр. Длина штрихов вдоль дорожки
записи может колебаться от 0.9 до 3.3 мкм. Дорожка начинается на некотором расстоянии от центрального отверстия и заканчивается примерно в 5 мм от внешнего края.
Типовой дисковод состоит из платы электроники, шпиндельного двигателя, системы оптической
считывающей головки и системы загрузки диска. Система оптической головки состоит из самой головки и системы ее перемещения. В головке размещены лазерный излучатель, на основе инфракрасного
лазерного светодиода, система фокусировки, фотоприемник и предварительный усилитель. Длина волны лазера 780 нм
Форматы записи CD-ROM: Описаны в опубликованных фирмами Philips и Sony (и затем стандартизированных
IEEE и ISO) стандартах записи данных на компакт-диски, известных специалистам под названиями Yellow Book ("желтая
книга"), Green Book ("зеленая книга"), Orange Book ("оpанжевая книга"), White Book ("белая книга") и Blue Book ("синяя книга") - по цвету обложек соответствующих изданий. Все они являются pасшиpением основного стандаpта CD-DA (звуковых
CD), описанного в Red Book ("красной книге").
Вместо ямок на поверхности дисков CD-R (compact-disk recordable - записываемый компакт-диск) имеется специальное покрытие из термочувствительного красителя. Когда луч записывающего лазера входит в соприкосновение с этим слоем, облучаемое пятно изменяет цвет, следовательно, и свои отражательные свойства; считывающий лазер стандартного накопителя CD-ROM может обнаружить это различие. Технология CD-RW (compact disk-rewritable - перезаписываемый компакт-диск), называемая также CD-E (compact disk-erasable - стираемый компакт-диск) объединяет элементы технологий изменения фазы и CD-R, обеспечивая полные возможности
записи и перезаписи на дисках, пригодных для чтения на любом накопителе CD-ROM.
КЛАССИФИКАЦИЯ
CD (Compact disc)
Первые оптические диски появились в 1979 году. Они были разработаны с целью замены виниловым пластинкам для распространения различной аудио информации. Они вмещали 74 минуты звучания, чего было достаточно для записи альбома. Максимальной вместимостью таких дисков было 650
Мбайт. В процессе развития технологии изготовления компакт-дисков, этот объём увеличился.
CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) - это компактный оптический диск, разработанный
компаниями Philips и Sony, не предназначенный для пользовательской записи и изготовляемый на заводах методом штамповки ёмкостью от 650 Мб до 879 Мб.
CD-R (Compact Disc-Recordable) – компакт-диск, предназначенный для однократной записи информации.
CD-RW (Compact Disc-Rewritable) — компакт-диск, разработанный в 1997 году для многократной записи информации. CD-RW являются усовершенствованными CD-R. При обычной записи на эти
диски, с них нужно периодически стирать всю информацию. Различают 2 вида стирания – «полное» и
«быстрое». При «полном» стирании диск полностью переводится в кристаллическое состояние и информация с него уничтожается физически. А при «быстром» стирании очищается только зона, где хранится информация о содержании диска.
MD (MiniDisk)
MiniDisk (MD) — магнито-оптический носитель информации. MD был разработан компанией
Sony 12 января 1992 года с целью замены компакт-кассетам. Широкого распространения MD так и не
получил. В основном используются компаниями Sony, Sharp, Aiwa для хранения аудио информации и
воспроизведения её на некоторых плеерах и видеокамерах.
DVD (Digital Versatile Disc)
Первые DVD появились в 1996 году в Японии и в 1997 в США. Они были объёмом 3,95 Гбайт и
стоили по 50$ каждый. Изначально «DVD» расшифровывалось как «Digital Video Disc» (цифровой видеодиск), так как данный формат разрабатывался с целью замены VHS-видеокассет. Позже, когда DVDболванки стали использовать для хранения любой информации, DVD стали расшифровывать, как
Digital Versatile Disc (цифровой многоцелевой диск).
Толщина диска - 0,6 мм (в два раза тоньше, чем CD). Расстояние между дорожками 0,74 мкм. Питы длиной 0,4 мкм. Длина волны лазера 650 или 635 нм. Время доступа (access time) - 150-200 мс для CD - ROM.
Single Side/Single Layer (односторонний/однослойный): это самая простая структура DVD диска. На таком диске можно разместить до 4.7 Гб данных. Эта емкость в 7 раз больше емкости обычного звукового CD.
Single Side/Dual Layer (односторонний/двуслойный): этот тип дисков имеет два слоя данных, один из которых полупрозрачный. Оба слоя считываются с одной стороны и на таком диске можно разместить 8.5 Гб.
Double Side/Single Layer (двусторонний/однослойный): на таком диске помещается 9.4 Гб данных.
Double Side/Double Layer (двусторонний/двуслойный): структура этого диска обеспечивает возможность
разместить на нем до 17 Гб данных.
Оптические диски HD DVD (High-Density DVD)
Компакт-диск HD-DVD по конструкции аналогичен DVD. У него может быть до трех слоев по 15Гб (12
часов видео в формате HD). Толщина подложки 0,6 мм.
Оптические диски Blu-ray
Компакт-диск Blu-Ray по конструкции аналогичен DVD. У него может быть два слоя по 25Гб (18 часов
видео в формате HD). Толщина подложки 0,1 мм.
HVD (Holographic Versatile Disc)
Голографический многоцелевой диск (Holographic Versatile Disc) – новая перспективная технология
производства оптических дисков, разрабатываемая на протяжении уже нескольких лет. Она предполагает значительно увеличить объём, хранящийся на диске, даже по сравнению с Blu-ray. В отличие от
предыдущих форматов, принцип которых не менялся (менялась только ширина дорожек, питов и длина
волны лазера), в этом решении основой служит технология голографии, то есть сохранение данных в
трехмерном объеме носителя. Предполагаемая информационная ёмкость этих дисков — до 3.9 Тбайт, а
скорость передачи данных — 1 Гбит/сек.
Мыши. Клавиатура.
Мониторы.
Монитор (от лат. monitor — напоминающий, предупреждающий, надзиратель, надсмотрщик) — устройство для показа изображений, порождаемых другими устройствами (например, компьютерами).
ЗАДАЧА: Отображение графической информации
ХАРАКТЕРИСТИКИ:
1. Размер экрана — определяется длиной диагонали
2. Разрешение — число пикселей по вертикали и горизонтали
3. Глубина цвета — количество бит на кодирование одного пикселя
4. Размер зерна или пикселя
5. Частота обновления экрана
6. Скорость отклика пикселей (не для всех типов мониторов)
7. Угол обзора
8. Безопасность
9. Яркость, контрастность
КЛАССИФИКАЦИЯ
1. ЭЛП — на основе электронно-лучевой трубки (англ. cathode ray
tube, CRT), предназначенной для преобразований информации,
представленной в форме электрических или световых сигналов. В
приборах используются сфокусированные потоки электронов,
управляемые по интенсивности и положению в пространстве.
В баллоне 9 создан глубокий вакуум. Чтобы создать электронный луч 2,
применяется электронная пушка. Катод 8, нагреваемый нитью накала 5,
испускает электроны. Изменением напряжения на управляющем электроде (модуляторе) 12 можно изменять интенсивность электронного луча и, соответственно, яркость
изображения. Кроме управляющего электрода, пушка современных ЭЛТ содержит фокусирующий
электрод, предназначенный для фокусировки пятна на экране кинескопа в точку, ускоряющий электрод
для дополнительного разгона электронов в пределах пушки и анод. Покинув пушку, электроны ускоряются анодом 14. Далее луч проходит через отклоняющую систему 1, которая может менять направление
луча. Электронный луч попадает в экран 10, покрытый люминофором 4. От бомбардировки электронами люминофор светится и быстро перемещающееся пятно переменной яркости создаёт на экране изображение. Цветной кинескоп отличается от чёрно-белого тем, что в нём три пушки — «красная», «зелёная» и «синяя».
2. ЖК— жидкокристаллические мониторы (англ. liquid crystal display, LCD)
Каждый пиксел ЖК-дисплея состоит из слоя молекул между двумя
прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров,
плоскости поляризации которых перпендикулярны. В отсутствие
жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.
Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами,
специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации
поворачивается и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света, ячейку можно считать прозрачной. Полноценный ЖКмонитор состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.
3. Плазменный
Плазменная панель представляет собой матрицу газонаполненных ячеек,
заключенных между двумя параллельными стеклянными поверхностями. В
качестве газовой среды обычно используется неон или ксенон. Разряд в газе
протекает между прозрачным электродом на лицевой стороне экрана и адресными электродами, проходящими по его задней стороне. После того, как
к электродам будет приложено высокочастотное напряжение, появится емкостной высокочастотный разряд. В межэлектродном пространстве образуется плазма. При этом она излучает ультрафиолетовый свет, который попадает на люминофоры в нижней части каждой полости. Люминофоры излучают один из основных цветов: красный, зелёный или синий. Затем цветной свет проходит через стекло
и попадает в глаз зрителя.
4. OLED-монитор (англ. organic light-emitting diode — органический светоизлучающий диод)
Предполагается, что производство таких
дисплеев будет гораздо дешевле, нежели
производство жидкокристаллических дисплеев. Для создания органических светодиодов (OLED) используются тонкопленочные
многослойные структуры, состоящие из
слоев нескольких полимеров. При подаче на
анод положительного относительно катода
напряжения, поток электронов протекает
через прибор от катода к аноду. Таким образом катод отдает электроны в эмиссионный слой, а анод забирает электроны из проводящего слоя, или другими словами анод отдает дырки в проводящий слой.
Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой положительный. Под действием
электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Это происходит ближе к эмиссионному слою, потому что в органических полупроводниках дырки обладают большей подвижностью, чем электроны. При рекомбинации происходит понижение энергии электрона, которое сопровождается испусканием (эмиссией) электромагнитного излучения в области видимого света. Поэтому слой и называется эмиссионным.
(на схеме: 1. Катод, 2. Эмиссионный слой, 3. Испускаемое излучение, 4. Проводящий слой, 5. Анод)
Прибор не работает при подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения. В этом случае дырки движутся к аноду, а электроны в противоположном направлении к катоду, и рекомбинации
не происходит.
Принтеры.
Компьютерный принтер (англ. printer — печатник) — устройство печати цифровой информации на
твёрдый носитель, обычно на бумагу. Относится к терминальным устройствам компьютера.
ЗАДАЧА: Графический вывод твёрдой копии.
ХАРАКТЕРИСТИКИ:
1. Скорость печати
2. Оперативная память
3. Реальное разрешение
4. Количество и цвет картриджей
5. Допустимая плотность бумаги
6. Потребляемая мощность
7. Размеры
8. Масса
КЛАССИФИКАЦИЯ
Ма́тричный принтер (англ. dot matrix printer) — принтер, формирующий изображения символов с помощью отдельных маленьких точек. Печатающая головка матричного принтера обычно содержит от 9
до 24 печатающих иголочек, которые выборочно ударяют по красящей ленте, создавая изображение на
бумаге, расположенной за красящей лентой. Для печати на матричном принтере используется рулонная
или фальцованная перфорированная бумага. При печати на отдельных листах на большинстве матричных принтеров требуется ручная подача. Для автоматической подачи отдельных листов используется
опциональный автоподатчик (CSF, Cut Sheet Feeder).
Струйный принтер. Принцип действия струйных принтеров похож на матричные тем, что изображение на носителе формируется из точек. Но вместо головок с иголками в струйных принтерах используется матрица, печатающая жидкими красителями. Картриджи с красителями бывают со встроенной печатающей головкой. Также бывают принтеры, в которых печатающая матрица является деталью принтера, а сменные картриджи содержат только краситель.
Сублимационные принтеры.
Сублимационная технология печати принципиально отличается от струйной: здесь в качестве
расходных материалов используются не чернила, а картриджи с пленкой, которая похожа на
листы цветного целлофана разного цвета, склеенные между собой по краям. В этой пленке заключены слои твердого красителя трех основных цветов, применяемых в печати. При нагреве
краситель испаряется с пленки, мгновенно переходя из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое – такой переход и называется сублимацией. Полученное в результате возгонки облачко газообразного красителя осаждается на бумаге.
Для формирования четкой точки на пути облачка помещается диафрагма, отсеивающая лишние испарения. Печатающая головка сублимационного принтера собрана из миниатюрных нагревательных элементов, каждый из которых может нагреваться с высокой точностью. И чем сильнее нагрет элемент, тем
больше красителя испаряется и поглощается бумагой.
Ла́зерный при́нтер.
Процесс лазерной печати складывается из пяти последовательных шагов:
1. Зарядка фотовала (Фотовал — цилиндр с покрытием из фотополупроводника) — нанесение равномерного электрического заряда на поверхность вращающегося фотобарабана (1).
2. Лазерное сканирование. (Лазерное сканирование (засвечивание) — процесс прохождения отрицательно заряженной поверхности фотовала под лазерным лучом). Луч лазера (3) отклоняется вращающимся зеркалом (4) и, проходя через распределительную линзу (5), фокусируется на фотовалу (1). Лазер
активизируется только в тех местах, на которые магнитный вал (7) в дальнейшем должен будет нанести
тонер. Под действием лазера участки фоточувствительной
поверхности фотовала, которые были засвечены лазером, становятся
электропроводящими, и заряд на этих участках «стекает» на металлическую основу фотовала. Тем самым на поверхности фотовала
создаётся электростатическое изображение будущего отпечатка
в виде ослабленного заряда.
3. Наложение тонера. Отрицательно заряженный ролик подачи тонера придаёт тонеру отрицательный заряд и подаёт
его на ролик проявки. Тонер, находящийся в бункере,
притягивается к поверхности магнитного вала под действием магнита, из которого изготовлена сердцевина вала[1].
Во
время вращения магнитного вала тонер, находящийся на его поверхности, проходит через узкую щель, образованную дозирующим лезвием и магнитным валом. После этого тонер
входит в контакт с фотовалом и притягивается на него в тех местах, где отрицательный заряд был снят
путём засветки.Тем самым электростатическое (невидимое) изображение преобразуется в видимое
(проявляется). Притянутый к фотовалу тонер движется на нём дальше, пока не приходит в соприкосновение с бумагой.
4. Перенос тонера. В месте контакта фотовала с бумагой, под бумагой находится ещё один ролик,
называемый роликом переноса. На него подаётся положительный заряд, который он сообщает и бумаге,
с которой контактирует. Частички тонера, войдя в соприкосновение с положительно заряженной бумагой, переносятся на неё и удерживаются на поверхности за счёт электростатики. Если в этот момент посмотреть на бумагу, на ней будет сформировано полностью готовое изображение, которое можно легко
разрушить, проведя по нему пальцем, потому что изображение состоит из притянутого к бумаге порошка тонера, ничем другим, кроме электростатики, на бумаге не удерживаемое. Для получения финального отпечатка изображение необходимо закрепить.
5. Закрепление тонера. Бумага (8) с «насыпанным» тонерным изображением двигается далее к узлу закрепления (печке) (11). Закрепляется изображение за счёт нагрева и давления. Печка состоит из двух
валов: верхнего, внутри которого находится нагревательный элемент (обычно — галогенная лампа),
называемый термовалом; нижнего (прижимной ролик), который прижимает бумагу к верхнему за счёт
подпорной пружины. За температурой термовала следит термодатчик (термистор). Печка представляет
собой два соприкасающихся вала, между которыми проходит бумага. При нагреве бумаги (180°-220 °C)
тонер, притянутый к ней, расплавляется и в жидком виде вжимается в текстуру бумаги. Выйдя из печки,
тонер быстро застывает, что создаёт постоянное изображение, устойчивое к внешним воздействиям.
Чтобы бумага, на которую нанесён тонер, не прилипала к термовалу, на нём выполнены отделители бумаги.
Светодиодный принтер (англ. Light emitting diode printer, LED printer) — один из видов принтеров, являющий собой параллельную ветвь развития технологии лазерной печати. Принцип работы светодиодных принтеров во многом схож с принципом работы лазерных. Работа принтера основана на принципе
сухого электростатического переноса. Источник света освещает поверхность светочувствительного вала, воздействие света вызывает изменение заряда в освещенных частях барабана, за счет чего к ним
приклеивается порошкообразный тонер. Вал прокатывается по бумаге, вдавливая в нее тонер, после чего бумага передается в устройство термического закрепления (печку), где за счет высокой температуры
и давления тонер закрепляется на бумаге, буквально впаиваясь в нее. Принципиальное отличие светодиодного принтера от лазерного заключается в механизме освещения светочувствительного вала. В
случае лазерной технологии это делается одним источником света, который с помощью сканирующей
системы призм и зеркал пробегает по всей поверхности вала. В светодиодных же принтерах вместо одного лазера используется линейка светодиодов, расположенная вдоль всей поверхности вала. Методы
переноса тонера на барабан, на бумагу, и закрепления его в печке, идентичны аналогичным методам
применяющимся в лазерной печати.
УРОК 5. Программное обеспечение.
Главное свойство компьютера: компьютер действует как автоматический формальный исполнитель алгоритмов обработки информации. Автоматизм в его работе означает, что некоторые действия он
выполняет без участия человека в соответствии со следующими принципами:
1. двоичное кодирование информации;
2. программное управление работой компьютера (идея Чарльза Бэббиджа);
3. программа хранится как число в одной из ячеек памяти (идея Джона фон Неймана).
Замечание: Современный компьютер – это единство аппаратных и программных средств.
Компьютерная программа – это закодированная информация о действиях, которые предписывается выполнить компьютеру – алгоритм для исполнения компьютером, записанный или на языке машинных кодов (язык 0 уровня), или на языке программирования (язык 1 уровня).
Существуют несколько технологий работы компьютера:
1. КОМПИЛЯЦИЯ – при выполнении программы на алгоритмическом языке ЭВМ обрабатывает
текст и преобразовывает его в эквивалентную программу в машинных кодах (последовательность байтов). Само такое преобразование называется компиляцией. Поскольку в результате
компиляции получается программа в машинных кодах, то ее уже можно поместить в память
ЭВМ и выполнить.
2. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ – при выполнении программы в машинных кодах ЭВМ будет анализировать
текст программы на алгоритмическом языке и сразу выполнять предписанные этой программой
действия, не переводя ее в машинные коды. Такой способ выполнения программы называется
интерпретацией.
Компьютерная программа – упорядоченная последовательность команд для решения задач.
Задача – проблема, подлежащая решению в процессе создания программ.
Команда- система. точно сформулированных правил
Программное обеспечение – обеспечение компьютера программами.
Программное обеспечение – совокупность программ для обработки данных.
Программное обеспечение – это интеллектуальный труд разработчика, который требует защиты
его прав.
Требования к программам:
1) Мобильность – независимость от технического комплекса системы.
2) Надёжность.
3) Эффективность.
4) Дружественный интерфейс.
5) Модифицированность.
6) Коммунитативность - интеграция с другими программами.
7) Защищенность.
a. Пароль.
b. Ключевые дискеты, диск, файл, аппаратные устройства.
c. Привязка к номеру БИОСа, операционной системы.
d. Лицензия.
Для правильной работы программы на ЭВМ, она должна пройти ИНСТАЛЯЦИЮ (установку) —
процесс установки программного обеспечения на компьютер конечного пользователя. Дистрибути́в
(англ. distribute — распространять) — это форма распространения программного обеспечения, которая
содержит программы для начальной инициализации системы, программу-установщик и набор специальных файлов (пакеты), содержащих отдельные части системы. Инсталлятор — это компьютерная
программа, которая устанавливает приложения, драйверы, или другое ПО на компьютер.
ДЕИНСТАЛЯЦИЯ – это процесс не просто удаления программы, но в идеале, деинсталляция
должна привести компьютер к виду, в котором он был до инсталляции. Для этого программа инсталляции должна вести журнал инсталляции, в который должны быть занесены все действия, производимые
этой программой: создание разделов в реестре, секций в .INI-файлах, копирование, переименование, регистрация ActiveX-компонентов и многое другое. Программа деинсталляции может, основываясь на
этом журнале, произвести деинсталляцию продукта.
Домашнее задание: сочинение на тему «Мой друг компилятор (интерпретатор)».
Классификация ПО. Языки.
ПРОГРАММНОЕ ОБЕЗПЕЧЕНИЕ
ЯЗЫКИ
СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕЗПЕЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Назначение алгоритмических языков программирования – описывать математические и логические выражения и операции таким образом, чтобы, следуя этому описанию, и человек, и ЭВМ однозначно и правильно могли решить задачу, представленную математической моделью.
ЗАМЕЧАНИЕ: для разработки алгоритмического языка программирования необходимы и логика,
знания, и творчество, искусство математика.
ЗАМЕЧАНИЕ: многообразие языков программирования обусловлено многообразием машин и задач.
ТРЕБОВАНИЯ К ЯЗЫКАМ:
1. Абстракция выделяет существенные характеристики некоторого объекта, отличающие его от всех
других видов объектов и, таким образом, четко определяет его концептуальные границы с точки
зрения наблюдателя.
2. Инкапсуляция – это процесс отделения друг от друга элементов объекта, определяющих его
устройство и поведение; инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать контрактные обязательства абстракции от их реализации. Инкапсуляция скрывает детали реализации объекта.
3. Модульность – это возможность описания сложных алгоритмов в виде совокупности простых модулей; это разделение программы на фрагменты, которые компилируются по отдельности, но могут
устанавливать связи с другими модулями.
4. Иерархия – это упорядочение абстракций, расположение их по уровням.
5. Типизация – это способ защититься от использования объектов одного класса вместо другого, или
по крайней мере управлять таким использованием. Полиморфизм означает, что разные объекты могут описывать различные реализации одного и того же метода.
6. Параллелизм позволяет различным объектам действовать одновременно.
7. Сохраняемость – способность объекта существовать во времени, переживая породивший его процесс, и (или) в пространстве, перемещаясь из своего первоначального адресного пространства.
При написании языков программирования идут на компромисс между достаточной УНИВЕРСАЛЬНОСТЬЮ, но сложностью языка и ПРОСТОТОЙ, но ограниченностью его возможностей (ПРОБЛЕМНООРИЕНТИРОВАННЫЕ языки тяготеют в сторону алгоритмики, а МАШИННО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ
языки тяготеют в сторону машинных кодов).
Иерархия языков:
 машинные языки (вся программа состоит из последовательностей нулей и единиц; при составлении программы, человек должен подробно представлять все детали структуры и работы ЭВМ);
 автокоды (последовательность машинных команд, которые нужно переводить на машинный
язык при помощи специальной программы – транслятора);
 операторные языки (язык программирования, состоящие только из операторов).
Фортран — создан в период с 1954 по 1957 год группой программистов под руководством Джона Бэкуса в корпорации IBM. Фортран широко используется в первую очередь для научных и инженерных вычислений.
Алгол — алгоритмический язык (Европа, 60е). Применяется при составлении программ для решения научнотехнических задач на ЭВМ. Алгол сыграл большую роль в становлении основных понятий программирования;
Кобол – (США, 1958-60), разработан для исследований в экономической сфере;.позволяет эффективно работать с
большим количеством данных, он насыщен разнообразными возможностями поиска, сортировки и т.д.
Паскаль —разработан Никлаусом Виртом в 1970 в качестве языка обучения структурному программированию для
решения весьма сложных задач (написание трансляторов).
Ада – язык программирования, созданный в 1979–1980x годах в результате проекта, предпринятого Министерством
Oбороны США с целью разработать единый язык программирования для так называемых встроенных систем (то
есть, систем управления автоматизированными комплексами, работающими в реальном времени).
Бейсик – учебный язык, был придуман в 1963 году преподавателями Дартмутского Колледжа Джоном Кемени и Томасом Куртцом.
Си — разработан в начале 1970-х годов сотрудниками Bell Labs Кеном Томпсоном и Денисом Ритчи и был создан
для использования в операционной системе UNIX. С тех пор он был портирован на многие другие операционные системы и стал одним из самых используемых языков программирования.
Классификация ПО. Системное ПО.
СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕЗПЕЧЕНИЕ
БАЗОВОЕ
ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА
ОПЕРАЦИОННАЯ ОБОЛОЧКА
СЕРВИСНОЕ
УТИЛИТЫ
ДИАГНОСТИКА
ОБСЛУЖИВАНИЕ ДИСКОВ
АНТИВИРУС
АРХИВАЦИЯ
ДРАЙВЕРЫ
Операционная система — это первый и основной набор программ, загружающийся в компьютер.
Операционная система — комплекс программ, обеспечивающий управление аппаратными средствами
компьютера, организующий работу с файлами и выполнение прикладных программ.
Операционная система – служит для управления выполнением пользовательских программ и распределения ресурсов. (Unix, OS/2, Windows).
Операционная оболочка - интерпретатор команд ОС, обеспечивающий интерфейс для взаимодействия пользователя с функциями системы (Windows 3.11, Windows Explorer, KDE, Norton Commander).
Утилиты – программы, выполняющие ряд вспомогательных операций, обслуживающих ЭВМ. Почти
все утилиты обладают средствами диагностики – специальные программы (или встроенные модули),
способные определить проблемные места ОС и причины их неисправности. (AIDA, CheckIt, Norton Utilities).
Программы обслуживания дисков занимаются поиском физических дефектов и логических неисправностей жестких дисков (Norton Disk Doctor, ScanDisk, Defrag, Chekit Pro, PC Tools).
Антивирус занимается поиском и уничтожением программ-паразитов, снижающих работоспособность
ЭВМ (AVP Касперского, Norton AVP, NOD и другие).
Программы архивации служат увеличения дискового пространства путем сжатия программ, находящихся на жестком диске (Zip, Rar, Arj, Hla и другие).
Драйвера – специальные программы, предназначенные для организации обмена данными с внешним
устройством. Каждому внешнему устройству соответствует свой драйвер (MOUSE.drv – мышиный
драйвер).
Классификация ПО. Приложения.
Для чего создан компьютер? Оказывается главный потребитель ресурсов ЭВМ – приложения. Не будет
приложений – не нужна и ЭВМ.
Приложения условно можно разделить по мере знакомства с ЭВМ:
Продукт Windows
Под Linux
1. Игры. Их большое множество – рассматривать не будем.
2. Мультимедиа
Аудио программы
Windows Media Player
Amarok, Audacity
Видео программы
WMP, WMovie Maker
Totem, Xine, Miro
Запись СД, ДВД
DVD-студия Windows
GnomeBaker, graverman
3. Интернет
Почтовая пересылка Outlook Express
Mozilla Thunderbird
Браузеры
Internet Explorer
Mozilla Firefox
Докачка файлов
Проводник
axel, prozilla,
4. MS Office
Word
Writer
Excel
Calc
PowerPoint
Impress
Outlook
Access
Base
Publisher
5. Информационные системы
Библиотеки
Html компилированный файлы
Переводчики
Тренажеры
6. Файловые менеджеры
Проводник
8. Графика.
Растровые
MS Paint
Векторные
StarDict
Иные
Winamp
Light Alloy, BS Player
Nero
The Bat
Opera
DLM, Torrent
Kingsoft Office
Corel WordPerfect Office
StarOffice
Lotus SmartSuite
Ashampoo Office
телефонные справочники,
планы, схемы
Stylus, Magic Goody
WinOl, F17
Konqueror
NC, FAR, Disk Manager
Gnome Paint
GIMP, Inkscape
Paint.NET, Tux Paint
Corel Draw, Adobe Illustrator, Adobe PhotoShop,
OCAD, Bi-cad, AutoCAD
ASDSee, PhotoStudio
Macr. Flash, FireWorks
Смотрелки
Фотоальбом Windows
Gwenview
Анимация
Ktoon
9. Программы для научно-технических расчетов.
Excel
Maxima, MATLAB
10. Системы управления базами данных
Firebird, MySQL, Oracle
1C бухгалтерия
УРОК 6. Операционная система.
ОС – постоянно развивающаяся часть ПО современных ЭВМ.
ОС – программно реализует то, что не удалось реализовать аппаратно.
ОС – комплекс системных и управляющих программ.
ОС – предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.
ОС – обеспечивает совместное функционирование всех устройств ЭВМ.
ОС – служит для наиболее эффективного использования всех ресурсов вычислительной системы и
удобства работы с ней.
Средства аппаратной поддержки ОС:
1. Системы прерывания, синхронизации, приоритетов.
2. Система защиты памяти для исключения взаимного влияния задач, протекающих одновременно.
3. Таймер для разделения времени процессов.
Задачи ОС:
1. Создание комплекса логических ресурсов (информационные – файлы; программные –
процедуры; аппаратные).
2. Распределение ресурсов.
3. Обеспечение доступа к ресурсам.
4. Обеспечение интерфейса с другими средствами программного обеспечения.
Функции ОС:
1. Управление заданиями (анализ ситуации, запрет прерываний, допуск в систему, контроль и т.д.).
2. Управление внешними устройствами.
3. Управление оперативной памятью.
4. Управление данными (файлы).
5. Управление обменом
6. Связь пользователя и оператора.
7. Преодоление исключительных ситуаций.
8. Адаптация к условиям эксплуатации.
Состав ОС:
1. Файловая система. Процесс работы ЭВМ сводится к обмену файлами между устройствами, поэтому одним из главных вопросов ОС является создание собственной файловой системы (в Windows – FAT, NTFS; в Linux – ext2).
2. Командный процессор. Специальная программа, которая запрашивает у пользователя
команды и выполняет их.
3. Драйверы устройств. Специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств.
4. Пользовательский интерфейс.
5. Сервисные программы – утилиты. Специальные программы, обслуживающие ЭВМ.
6. Справочная система.
Дополнительное чтение:
http://krs.fio.ru/learn//18/index.htm
Историческая справка.
1. XIX век. Сформулирована идея компьютера Чарлзом Беббиджем.
2. 40е гг. XX века. Создана первая ламповая ЭВМ. Задачи организации вычислительного процесса решались вручную каждым программистом.
3. 50е гг. ХХ века. Созданы первые полупроводниковые ЭВМ. Появились первые алгоритмические языки. К библиотекам служебных и математических программ добавился новый тип
программного обеспечения – ТРАНСЛЯТОРЫ. Для организации эффективного совместного
использования трансляторов, загрузчиков и библиотек была введена должность: оператор
ЭВМ. Однако, человек не поспевал за быстротой ЭВМ, которые простаивали. Так появилось
решение создания СИСТЕМЫ ПАКЕТНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ (на перфокартах),
которая являлась прообразом ОС. Оператор составлял пакет заданий, который в дальнейшем
без его участия исполнялся на ЭВМ специальной программой - монитором.
4. 1965-75 гг. Переход к интегральным микросхемам. Появилось мультипрограммирование –
способ организации вычислительного процесса, при котором в памяти ЭВМ находятся одновременно несколько программ. Появились программносовместимые машины. Так появились
первые ОС, которые стоили десятки млн. $.
5. 70е гг. ХХ века. Появились первые сетевые ОС, которые в отличие от многотерминальных,
позволяли не только рассредоточивать пользователей, но и организовывать распределенное
хранение и обработку данных между ЭВМ. Наиболее популярной среди сетевых ОС бала
Unix. В 80х гг. разработан стек TCP/IP – набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды.
6. 1981 г. – появилась первая персональная ЭВМ и для нее ОС – MS Dos.
Виды ОС:
1. WINDOWS.
2. UNIX
3. OS/2
4. Мн.др.
Дополнительное чтение:
http://hackzone.stsland.ru/specxakep/s014/042/1.html
http://www.osys.ru/os/3/istoriya_operatsionnoy_sistemy_dos.shtml
Операционная система «Unix».
История ОС UNIX неразрывно связаны с американской компанией AT&T Bell Laboratories и прославленными именами сотрудников этой фирмы Кэна Томпсона, Денниса Ричи и Брайана Кернигана.
С 1965 по 1969 г. фирма Bell Labs совместно с компанией General Electric и группой исследователей из Массачусетского технологического института участвовала в проекте ОС Multics. Эта
операционная система, хотя и не была полностью доведена до стадии коммерческого продукта, обогатила мировое сообщество системных программистов массой ценных идей, многие из которых сохраняют свою актуальность по сей день и используются применительно не только к операционным системам.
Оставив проект Multics, немногочисленная группа сотрудников Bell Labs решила разработать
свою собственную простую операционную систему, пригодную для их собственных нужд. С этого и
началась ОС UNIX. Название UNIX было придумано Брайаном Керниганом для простейшей
операционной системы, работавшей на PDP 7 (1970 г.). Эта система была написана на языке ассемблера и была мало похожа на современный UNIX: сохранились только общие подходы к логической организации файловой системы и управлению процессами, а также некоторые утилиты для работы с файлами.
В 1971 г. система была переписана (все еще на языке ассемблера) для более мощной ЭВМ PDP
11/20. В первой версии ОС UNIX для PDP 11 были воплощены уже почти все идеи, признаваемые теперь как основа UNIX, самая главная из которых – умение работать в сети. Параллельно с
этим велась разработка языка программирования, пригодного для написания операционных систем. На
основе существовавшего к этому времени языка BCPL был создан популярнийший теперь язык Си.
И, наконец, в 1973 г. ОС UNIX была переписана на языке Си. Основными разработчиками этого
варианта системы были Томпсон и Ритчи. Широкое распространение получила шестая версия
UNIX (1975 г.), но подлинную революцию произвела разработка седьмой версии, которая стала
первой по-настоящему мобильной (может работать на любой ЭВМ) версией системы. Это было продемонстрировано прежде всего самими разработчиками, осуществившими успешный перенос системы
с 16-разрядной PDP 11 на 32-разрядную ЭВМ Interdata 8/32 (1977 г.). C 1979 г. UNIX Version 7
начала активно распространяться и была перенесена на множество разнообразных ЭВМ.
В дальнейшем история ОС UNIX развивалась весьма бурно, так что проследить все детали затруднительно. В настоящее время с тематикой ОС UNIX связано множество коммерческих фирм и
исследовательских организаций. Среди них имеются и организации, разрабатывающие новые варианты системы, и фирмы, занимающиеся исключительно переносом существующих вариантов на новые
ЭВМ (AIX – IBM, BSD/OS – Университет Беркли, CONVEX – HP, LINUX).
Редактор «Xeyes» - «глаза, следящие за мышью» – это визитная карточка UNIX
Операционная система Linux, созданная в 1991 году и официально выпущенная в 1994 г. Линусом
Торвальдсом, разительно отличается от всех других операционных систем. Причем — практически
всем. Начнем с того, что Linux — единственная популярная ОС, созданная любителем (Торвальдс написал ее в качестве дипломного проекта). Более того — поддерживается, развивается и дополняется она
сотнями тысяч таких же энтузиастов из разных стран мира.
Достоинства LINUX. Ядро Linux, в отличие от тех же Windows, открыто для изменения, и любой
мало-мальски образованный программист (на которых, собственно, и рассчитывалась эта ОС) может
легко и быстро «подогнать» ее к любому конкретному компьютеру. Бич Windows — аппаратные конфликты — в Linux явление архиредкое: по стабильности она давно и уверенно занимает первое место.
Как и по скорости — Linux «летает» со скоростью сверхзвукового самолета даже на компьютерах с архаичным 386-м процессором.
Недостатки Linux. Понятно, что такая роскошь не дается бесплатно. До недавнего времени для того, чтобы работать с Linux, нужно было как минимум разбираться в программировании. А в идеале —
переписывать ядро ОС для своей машины и собственноручно ваять нужные драйверы. К тому же на
фоне ярких Windows и MacOS Linux выглядел серенькой мышкой — все просто, скромно и... бесцветно.
Дополнительное чтение:
http://www.citmgu.ru/special/t2035.html
Интерфейс «Linux».
Графический интерфейс в Linux строится на основе стандарта X Window System (заметьте, что
Window, а не Windows) или просто "X" (в просторечии — "иксы"), разработка которого была начата в
1984 году. Первые 10 версий X Window System были разработаны всего тремя людьми - Робертом
Шейфлером (Robert Sheifler), Джимом Геттисом (Jim Gettys) и Роном Ньюменом (Ron Newman). Двое
из них были сотрудниками Массачусетского технологического института, а третий – сотрудником корпорации DEC. Начиная с 1988 г. этот стандарт поддерживался консорциумом X, созданным с целью
унификации графического интерфейса для ОС UNIX. В 1997 году консорциум X был преобразован в X
Open Group (http://www.x.org).
Сейчас существуют два самых распространенных графических интерфейса под Linux:
1) KDE - K Desktop Environment.
2) GNOME - GNU Network Object Model Environment.
А не лучше ли было бы создать единую графическую среду в противовес Windows, чтобы Linux
смотрелся бы в графической среде всегда одинаково? В Linux-сообществе постоянно идут дискуссии по
этому вопросу. Gnome и KDE имеют различные библиотеки элементов, различное оформление рабочего
стола и различные модели разработки. Существование двух различных графических сред для Linux
обьясняется вопросами лицензирования. Проект KDE, основанный в 1996 году, частично основывался
на библиотеках QT от норвежской компании Trolltech, которая предоставляла их под лицензией BSD,
отличной от GPL. Поэтому в 1997 году появился проект Gnome, целью которого была разработка графической среды, удовлетворяющей лицензии GPL. Потом Trolltech сменила лицензию QT на более подходящую для Open Source-проектов, но Gnome уже развивался. Сейчас у обоих проектов есть свои энтузиасты и защитники, и идет работа для улучшения их совместимости (например, создан общий стандарт
Drag&drop между KDE и Gnome приложениями).
Сходства и различия:
CDE
GNOME
KDE
Язык программирования
C
C
C++
X Window System
XFree86
XFree86
Интерфейс взаимодействия с железом
И KDE и Gnome - интегрированные рабочие среды. Пользователи работают с элементами интерфейса и программами. Цель обоих проектов - сделать графический интерфейс более интуитивным, чтобы любой пользователь, пришедший из Windows, смог работать без проблем. В обоих проектах уже
давно есть концепция тем - чтобы интерфейс можно было изменить полностью.
Различные сравнения приходят к одному выводу, что KDE - более развитая и стабильная графическая среда, а Gnome - более настраиваиваемая. KDE начинала разрабатываться централизованно, поэтому она более интегрированная. А Gnome может использовать различные части от других интерфейсов (например - менеджер окон). KDE имеет обширную локализацию на более 50 языках, а Gnome в
этом вопросе идет позади. Недавно сформировалась организация Gnome, после чего появилась лига
KDE. Недавно оба проекта были поставлены на финансовую основу.
Компании, поддерживающие KDE и Gnome (краткий список).
Организация GNOME
Лига KDE
Borland, Compaq, HP, IBM, MandrakeSoft
Debian Project, Free Software Foundation,
Gnumatic, Object Management Group, Red Flag
Linux, Red Hat, Sun Microsystems, TurboLinux, VA Linux, Ximian
Borland, Compaq, HP, IBM, MandrakeSoft,
Caldera, Fujitsu Siemens, Future Technologies,
HancomLinux, Klaralvdalens Datakonsult, Mizi
Research, Inc., SuSE, TurboLinux, Trolltech
Интерфейс KDE
http://www.kde.org/;
http://www.kde.ru/xforum/index.php
Интерфейс GNOME http://library.gnome.org/misc/release-notes/2.28/
http://video.yandex.ru/users/dunovenie/view/90/
Операционная система «OS/2».
Нестабильность Windows не была секретом ни для кого, в том числе и для разработчиков
Microsoft. Поэтому параллельно с совершенствованием Windows корпорация вела активную работу по
созданию более совершенной и защищенной системы — OS/2.
Беда OS/2 состояла в том, что она появилась раньше, чем следовало: все ее достоинства — полноценная многозадачность, обеспечивающая каждой программе возможность работы в отдельной, изолированной «виртуальной машине», высокая надежность, более привлекательный интерфейс, расширенные возможности работы с мультимедиа — были перечеркнуты главным недостатком: повышенным
требованиям к ресурсам компьютера. К тому же «отцы» OS/2 имели совершенно разные точки зрения
на то, по какому пути должно пойти развитие этой системы.
Словом, в результате IBM и Microsoft разошлись в разные стороны. Microsoft быстро переделала
свою версию OS/2 в Windows NT, а сама OS/2 осталась на попечении IBM, которая, к сожалению, не
уделяла этой превосходной ОС должного внимания. И если версию OS/2 Warp 3.0 даже всерьез рассматривали как достойного конкурента Windows, то уже следующая версия — OS/2 Merlin 4.0, вышедшая в 1996 г., стала последней.
Тем не менее OS/2 существует и до сих пор и даже приобрела некоторую популярность в среде
корпоративных клиентов и сетевиков. И сегодня многие крупнейшие корпорации в Европе доверяют
управление своими компьютерными сетями именно OS/2, однако в России столкнуться с этой ОС маловероятно.
Интересно, что Microsoft, официально отказавшись от поддержки OS/2, продолжала внимательно
следить за развитием этой ОС. И извлекла из ее короткой жизни множество ценных уроков. А многие
детали интерфейса детища неудачливого брака IBM и Microsoft перешли в новую ОС Microsoft —
Windows 95.
Для OS/2 разработано большое количество программных продуктов — в том числе деловые приложения (полный пакет программ от Lotus — «прародителя» этой категории программ и создателя популярной электронной таблицы «1-2-3») и средства для разработки программ.
Достоинства OS/2. Полноценная многозадачность, обеспечивающая каждой программе возможность работы в отдельной, изолированной «виртуальной машине», высокая надежность, более привлекательный интерфейс, расширенные возможности работы с мультимедиа.
Недостатки OS/2. Повышенные требования к ресурсам компьютера.
Особенности OS/2:
- многозадачность;
- графический интерфейс;
- эмуляция с DOS;
- выполняет приложения WINDOWS;
- защита от краха;
- работа с мультемедиа;
- имеет динамическую компоновку.
Операционная система «Windows».
«В аду сатана решил проведать, как у него людям живется. Заходит в одну комнату— мрак, крики, черти издеваются над людьми, в другую заходит — там на костре всех жарят, стоны кругом... Закидывает в третью— а там тишина, на столе стоит компьютер, рядом ящик пива, сидит Билл Гейтс и что-то программирует. Сатана чертям: — Ребята, у нас же здесь ад! Что это вообще такое ?
— А!.. Это его приговорили вечно писать программы под OS/2!»
В апреле 1980 года компания Sеаttlе Соmputer Рroducts, занимавшаяся изготовлением компьютеров
на базе 8086-процессоров, решает использовать в них свою собственную операционную систему, которую написал Тим Петерсон. Эта операционная система была названа QDOS. DOS расшифровывается
как дисковая операционная система
В 1980 г. IBM наносит MS визит с предложением создания ОС. 28.09.80. MS купил QDOS у Seattle
Computer Product. 06.11.80. заключен контракт между MS и IBM. 11.06.81. – DOS готов. 12.08.81. – IBM
объявила о 1ом микрокомпьютере.
Так появилась ОС, известная сейчас многим, как WINDOWS.
1981 – создана MSDOS. Известны также PCDOS – для ibm, PTSDOS – русская, DRDOS – nowell.
1993 – создана DOS6.2 – последняя версия, работала на 80386, стала бесспорным лидером.
Для DOS существовали многочисленные оболочки.
1985 г. Windows 1.0 - среда, дополняющей DOS графическим интерфейсом. Пользователи теперь
могут одновременно работать с несколькими программами, с легкостью переключаясь между ними без
необходимости закрывать и перезапускать отдельные программы. Но перекрытие окон не допускается,
что резко снижает удобство среды. Для Windows 1.0 составлено недостаточно программ, и она не получает распространения на рынке и остается чахлой.
1986 г. Windows 2.0. Вместо мозаичного размещения окон, как в предыдущих версиях, в ней реализована система перекрывающихся окон. Кроме того, используются достоинства защищенного режима
процессора 80286 и более совершенных, что позволяет программам выйти за пределы объема основной
памяти DOS - 640 Кбайт., но особой популярности система еще не завоевала.
1990 г. Windows 3.0. Система стала намного удобнее. Появилось новшество - Диспетчер файлов.
Стабильность ОС оставляет желать лучшего, но Windows 3.0 немедленно становится стандартом и доминирующим продуктом на рынке.
1991 г. Windows 3.1. В ней исправлено множество ошибок, повышена стабильность, добавлены
некоторые новые возможности, в том числе масштабируемые шрифты TrueType. Windows 3.x становится самой популярной в США (за 50 дней продано 1 млн. копий).
1993 г. Windows 3.11 и Windows NT – отличная и не имеющая отношения к DOS (сокращение от
New Technology - новая технология, хотя шутники предлагают иные варианты: Not Today - не сегодня;
No Thanks - нет, спасибо; Nice Try - удачная попытка). Появляются первые публичные упоминания, а
также ведутся разговоры о том, каким образом NT в конечном итоге вытеснит существующую архитектуру Windows.
1995 г. Windows 95. Потеряв голову, в очередях за ней стоят даже люди, не имеющие компьютера.
Windows 95 - самая дружественная пользователю версия Windows, для инсталляции которой не требуется предварительно устанавливать DOS, однако DOS находится в Windows, как ребенок в утробе матери.
1998 г. Windows 98 - последнюю версию Windows на базе старого ядра, функционирующего на
фундаменте DOS. Система Windows 98 интегрирована с браузером Internet Explorer 4 – это первая сетевая версия.
В виде примечания: после Windows 98 была выпущена еще одна последняя версия Windows, построенная с использованием DOS - Windows Milennium Edition (Windows ME).
200 г. Windows 2000 разработана на основе Windows NT и унаследовала от нее высокую надежность и защищенность информации от постороннего вмешательства. Новая операционная система Windows XP предназначена для замены как Windows 2000.
Дополнительное чтение:
http://coop.chuvashia.ru/kartuzov/os/Articles/01/DOS%20History.htm
http://www.oszone.net/2623/
http://itc.ua/article.phtml?ID=13390&IDw=31&pid=50
http://lesozavodsk.net/news/2007-02-04-375
http://coop.chuvashia.ru/kartuzov/os/Articles/01/Windows%20history.htm
Интерфейс «Windows».
Интерфейс – это совокупность средств и правил, обеспечивающих взаимодействие между компьютером и человеком. Пользовательский интерфейс составляют те средства, которые позволяют
пользователю комфортно взаимодействовать с программами и периферией.
Компьютер включается последовательно. Сначала включают периферию, затем системный блок,
при выключении наоборот. Такая последовательность гарантирует сохранность блока питания и позволит избежать скачков напряжения.
При включении системного блока автоматически запускается операционная система «Windows».
«Windows» многозадачная и может находится в одном из трех состояний: выполнение (машина
выполняет то или иное задание), ожидание (машина валяет дурака), готовность (машина готовится к
выполнению заданий).
Необходимым навыком усвоения компьютера является управление мышью. Мышь – координатное
устройство, предназначенное для взаимодействия пользователя с компьютером. Основные приемы работы с мышью:
Щелчок – быстрое нажатие левой клавиши мыши.
Двойной щелчок – два щелчка с малым интервалом времени между ними.
Перетаскивание – перемещение мыши при нажатой левой кнопке.
Протягивание – перетаскивание с изменением формы объекта.
Зависание – наведение на объект. При этом появляется подсказка.
Основным объектом «Windows» является окно – прямоугольная часть экрана, предназначенная
для отображения данных, запуска программы. Окно наглядно показывают многозадачность «Windows».
Окно может занимать одно из трех состояний: нормальное, свернутое, развернутое.
ЗАГОЛОВОК ОКНА
УПРАВЛЯЮЩЕЕ МЕНЮ
ПАНЕЛЬ ИНСТРУМЕНТОВ
АДРЕСНАЯ СТРОКА
ПАНЕЛЬ ЗАДАЧ
РАБОЧАЯ
ОБЛАСТЬ
Существует 3 вида управления окном.
Перемещение осуществляется за счет перетаскивания за заголовок окна.
Реорганизация – перемещение и взаимное расположение нескольких окон.
Переключение между окнами осуществляется при помощи указания щелчка мышью в область
нужного окна на «Рабочем столе» или на «Панели задач», а также при помощи сочетания клавиш
Alt+Tab на клавиатуре.
Контекстное меню – список команд, относящихся к текущему объекту. Появляется при нажатии
правой клавиши мыши.
Алгоритм загрузки операционной системы.
6
ЭТАП
5
ЭТАП
4
ЭТАП
3
ЭТАП
2
ЭТАП
1
ЭТАП
Для того, чтобы ОС начала работать, ее необходимо загрузить во внутреннюю память (ОЗУ,
«мозги»). Это может сделать специальная программа ЗАГРУЗЧИК. Но для того, чтобы загрузчик начал
работать, его необходимо загрузить во внутреннюю память. Это может сделать специальная программа
ЗАГРУЗЧИК ЗАГРУЗЧИКА. Но для того, чтобы загрузчик загрузчика начал работать, его необходимо
загрузить во внутреннюю память. Это может сделать специальная программа ЗАГРУЗЧИК ЗАГРУЗЧИКА ЗАГРУЗЧИКА. И т.д. как же быть? Для выхода из этой ситуации существует специальный ПЕРВИЧНЫЙ ЗАГРУЗЧИК.
ПЕРВИЧНЫЙ ЗАГРУЗЧИК
BIOS (basic input/output system)
ВТОРИЧНЫЕ ЗАГРУЗЧИКИ
BOOT RECORD
МОДУЛЬ РАСШИРЕНИЯ
EM BIOS (extension
module)
БАЗОВЫЙ МОДУЛЬ
BM DOS (basic module)
ИНТЕРПРИТАТОР
КОМАНД
CI (command interpreter)
Находится в ПЗУ, который входит в комплект
поставки ЭВМ. ОС может
изменяться, а ПЗУ нет.
NSB (new system boot)
Находится в стартовом
секторе жесткого диска.
SB (system boot)
Находится в стартовом
секторе логического диска.
Находится в файле
IO.SYS
Находится в файле
MSDOS.SYS
Находится в файле
COMMAND.COM
Находятся на жестком
СЕРВИСЫ
(Драйверы, утилиты, диске.
оболочки, инструментальные средства)
1. Тестирует ПК.
2. Управляет стандартными внешними
устройствами.
3. Считывает в память и запускает NSB.
1. Обеспечивает загрузку одной из установленных ОС.
2. Считывает в память и запускает SB.
1. Считывает в память EM BIOS и BM
DOS.
2. Запускает EM BIOS.
1. Определяет состояние оборудования при
помощи файла CONFIG.SYS или, при его
отсутствии, с помощью DBLSPACE.BIN.
2. Придает гибкость общения с внешними
устройствами.
3. Запускает BM DOS.
1. Управляет ресурсами ЭВМ (именно
здесь находиться файловая система).
2. Считывает в память и запускает CI.
1. Принимает сигналы с клавиатуры,
2. Выполняет внутренние команды.
3. Обрабатывает прерывания.
4. Загружает программы в ОЗУ.
5. Отвечает за поддержку пользовательского интерфейса.
6. Запускает AUTOEXEC.BAT.
1. Оказывают помощь ОС.
Архивация файлов. Сжатие диска.
Архивация информации – это такое преобразование информации, при котором объем информации уменьшается, а количество информации остается прежним.
Причины архивации данных: экономия места в памяти; хранения копий ценной информации;
быстрая передача информации по сети. Кроме того, возможность отказа магнитных носителей информации, разрушающее действие вирусов заставляет пользователей делать резервное копирование ценной
информации на другие (запасные) носители информации.
Процесс записи файла в архивный файл называется архивированием (упаковкой, сжатием), а извлечение файла из архива – разархивированием (распаковкой).
Упакованный (сжатый) файл называется архивом.
Создание архивных файлов осуществляется специальными программами-упаковщиками. Одни
из наиболее популярных программ-упаковщиков – PKZIP/PKUNZIP и ARJ.
Возможность уплотнения данных основана на том, что информация часто обладает избыточностью, которая зависит от вида информации.
Степень сжатия информации зависит от типа файла, а также от выбранного метода упаковки.
Степень (качество) сжатия файлов характеризуется коэффициентом сжатия Kc, который определяется как отношение объема сжатого файла Vc к объему
исходного файла Vo, выраженное в %. Чем меньше Kc, тем выше степень сжатия.
Все используемые методы сжатия информации можно разделить на 2 класса:
 Упаковка без потерь информации (обратимый алгоритм) – можно точно восстановить исходную информацию по имеющейся упакованной информации.
 Упаковка с потерей информации (необратимый алгоритм) – распакованное сообщение будет
отличаться от исходного.
Методы и средства сжатия данных:
1. LZW (Lempel-Ziv-Welch) — метод динамического сжатия, основанный на поиске во всем
файле и сохранении в словаре одинаковых последовательностей данных. Каждой уникальной
последовательности данных присваиваются более короткие маркеры.
2. RLE (Run Length Encoding) — метод динамического сжатия данных, в первую очередь изображений, основанный на уменьшении физического размера повторяющихся строк символов.
3. MP3 (Moving Pictures Experts Group, Layer 3) — метод сжатия аудиоданных.
4. DJVU (DjVu, djvu, deja vu) — технология и формат динамического сжатия отсканированных
страниц изданий, содержащих текстовые и иллюстративные материалы.
5. Image compression manager — программа управления сжатием изображений, которая обеспечивает возможность использования различных методов сжатия (MPEG, JPEG).
Сжатие жесткого диска - технология, увеличивающая эффективную емкость жестких дисков
благодаря хранению информации в сжатом виде и последующему восстановлению и повторному сжатию данных при необходимости.
Особенности сжатия жесткого диска:
1. обработка происходит невидимо для пользователя;
2. время, затрачиваемое на сжатие и распаковку данных, снижает производительность;
3. хотя риск потери данных минимален, сжатие диска увеличивает вероятность аварий;
4. утилиты обеспечивают максимальный коэффициент сжатия данных в сочетании с наименьшими потерями производительности и наделены функциями и средствами резервирования
для предотвращения потери данных.
Программы сжатия жесткого диска (DriveSpace, DoubleSpace, Stacker, …) позволяют создавать
на дисках компьютера специальные файлы, работа с которыми осуществляется так же, как с диском, а
данные в которых хранятся в сжатом виде. Утилиты сжатия диска упаковывают все данные из раздела
жесткого диска и хранят их в большом файле, именуемом файлом сжатого диска (compressed volume
file, CVF). CVF обычно хранится на отдельном виртуальном диске, который называется хост-диском
(host drive). Драйвер, загружаемый до начала выполнения CONFIG.SYS, заставляет операционную систему воспринимать CVF в качестве жесткого диска.
Диагностика диска.
Диагностика диска – это проведение всестороннего анализа состояния жесткого диска, с целью
обнаружения на нем физических и логических дефектов.
Типичные задачи и способы устранения физических дефектов:
1. Неисправности связанные с кабелями питания и данных. (повреждение, плохой контакт в разъёмах, неправильное подключение — ответная часть может быть перевёрнута или смещена на один или
несколько контактов). Неисправности диагностируются визуальным осмотром или прозвонкой.
2. Нестабильность питания, сбои при отклонении напряжения или помехах по шине питания (плохой блок питания, слишком длинный провод, большая нагрузка на блок). Для диагностики таких неисправностей следует проверить напряжение на контактах питания винчестера вольтметром.
3. Пропадание контакта или плохой контакт между платой контроллера и блоком магнитных головок, обычно связанна с окислением контактов в разъёмах или механическим повреждением разъёмов в
результате разборки-сборки. Ремонт диска в этом случае обычно достаточно прост — обработка контактов разъёма для снятия окисла, подгибание упругих элементов.
4. Большая длина и тип интерфейсного кабеля может приводить к периодическим сбоям при передачи данных. Установка правильного кабеля поможет устранить сбои.
5. Неправильная конфигурация интерфейса. Разные диски требуют наличие разного числа ведущего (Master) и (Slave) ведомого устройств. Некоторые винчестеры имеют джамперы ограничения доступного объёма или включения режима неполной загрузке. Если эти условия не выполняются, устройства
могут конфликтовать или отказываться работать.
6. Слишком сильное затягивание винтов крепления жёсткого диска чревато перекосом гермоблока
Если диск сбоит, следует ослабить винты крепления.
7. Повреждение магнитного слоя дисков может вызывать пыль, случайные касания головок. В месте, где произошло повреждение поверхности появляются бэд-блоки, часто такого рода неисправности
хорошо различаются при сканировании поверхности по некоторому количеству периодических коротких серий бэд-блоков.
8. Основная причина нарушения центровки магнитных дисков — сильное механическое воздействие на диск, удары, тряска. Такие накопители ремонту не подлежат.
9. Прилипание головок к поверхности магнитных дисков. Если это произошло, можно взять винчестер в руку и несколько раз его сильно крутануть в плоскости вращения дисков.
10. Загрязнение головок гермоблока. Восстановить читаемость поможет очистка головок.
11. Износ головок чтения-записи гермоблока — неизбежный фактор при работе жёсткого диска.
Это необратимая неисправность, и в этом случае стоит перенести всю необходимую информацию на
другой носитель, а этот диск отправить на заслуженный покой.
12. Заклинивание шпиндельного двигателя обычно является следствием износа подшипников,
удерживающих вал шпиндельного двигателя. Ремонт диска в этом случае может ограничиваться как
ударом сбоку по диску, так и потребовать вскрытия гермоблока и даже разбирания двигателя. После
подобного ремонта полезно всю информацию скопировать на другой носитель, так как долго после подобного ремонта диски обычно не живут.
Типичные задачи и способы логического восстановления данных:
1. Ошибочное удаление файлов данных с носителя. Принцип работы таких программ достаточно
прост: при удалении файл, чаще всего, не стирается физически с носителя, а лишь помечается на удаление. Если с момента удаления файлов запись данных на носитель не производилась, то есть вероятность
восстановления файла в первоначальном виде.
2. Второй по частоте случай потери данных связан с ошибками записи на носитель (некорректное
сохранение фала прикладной программой, сбой питания, скачок напряжения в сети). Такие инциденты
чаще всего чреваты потерей доступа к файлу или даже ко всему разделу жесткого диска. У серьезных
фирм есть специализированные программно-аппаратные комплексы для снятия образа с поврежденных
дисков.
3. Третья группа сбоев связана с повреждением таблицы размещения данных. Обычно в данном
случае диск представляется системой как неформатированный или вообще не отображается. Эта, к счастью, довольно редкая проблема, не имеет традиционных решений. Восстановление таких дисков – долгая и кропотливая работа, чаще всего уникальная и разовая.
Вирусы. Антивирусные программы.
Компьютерный вирус – это самораспространяющийся в информационной среде компьютеров
программный код. Он может внедряться в выполнимые файлы программ, распространяться через загрузочные секторы дискет и жестких дисков. Компьютерный вирус – это программа, способная присоединяться к другим программам, создавать копии, внедрять их в файлы или в системную область с целью нарушения работоспособности ЭВМ.
Причины создания вирусов – психология человека (тщеславие, зависть, месть, невозможность
применить свои способности).
Признаки вирусов:
а) неправильная работа программ;
ё) увеличение файлов на диске;
б) медлительность ЭВМ;
ж) уменьшение свободной области ОЗУ;
в) не загружаемость ОС;
з) вывод на экран непредсказуемых сообщений;
г) исчезновение файлов;
и) подача непредвиденных звуковых сигналов;
д) изменение атрибутов файлов;
к) зависание ЭВМ.
е) изменение размеров файлов;
Виды вирусов:
1. по среде обитания
a. сетевые (черви) – распространяются по сетям.
b. файловые – присоединяются к файлам и с ними путешествуют.
c. загрузочные – заражают загрузочную часть диска.
d. скриптовые –
e. макровирусы – заражают файлы документов «Word», «Excel» и т.д.
2. по способу заражения
a. резидент – оставляют в ОЗУ свою резидентную часть, через которую перехватывает обращение ОС к объектам заражения.
b. не резидент – не заражают память и активны ограниченное время.
3. по воздействию
a. не опасные – программы-приколы.
b. опасные – мешают работе ЭВМ.
c. очень опасные – уничтожают файлы, наносят материальный ущерб.
4. по технологиям, используемым вирусом
a. Полиморфный (мутанты) – формирует кода вируса «на лету» — уже во время исполнения,
при этом сама процедура, формирующая код также не должна быть постоянной и видоизменяется при каждом новом заражении.
b. Стелс — скрывает свое присутствие в системе, путем перехвата обращений к ОС.
c. Руткит — набор программ для скрытия следов присутствия злоумышленника.
d. Трояны – .
5. по дополнительной вредоносной функциональности
a. Бэкдор – устанавливает взломщик на взломанном им компьютере с целью скрытного
управления компьютером.
b. Кейлоггер – это ПО или аппаратное устройство, регистрирующее каждое нажатие клавиши
на клавиатуре ПК. Осуществляет контроль над деятельностью пользователя ПК с целью:
определить все случаи набора на клавиатуре критичных слов и словосочетаний; локализовать все случаи попыток перебора паролей доступа; проконтролировать возможность использования ПК в нерабочее; проводить научные исследования; создавать системы быстрого поиска слов; перехватывать чужую информацию; получить несанкционированный доступ к логинам и паролям;
c. Шпион (Spyware) – ПО, которое скрытным образом устанавливается на ПК с целью сбора
информации о конфигурации компьютера, пользователе, пользовательской активности без
согласия последнего.
d. Ботнет – это компьютерная сеть, состоящая из некоторого количества хостов, с запущенными ботами — автономным ПО. Чаще всего бот в составе ботнета является программой,
скрытно устанавливаемой на компьютере жертвы и позволяющей злоумышленнику выполнять некие действия с использованием ресурсов заражённого компьютера.
Антивирус – это компьютерная программа для обнаружения и лечения других компьютерных
программ, зараженных компьютерным вирусом, а также для предотвращения заражения вирусом.
Классификация антивирусов
1. Продукты для домашних пользователей:
a. Собственно антивирусы;
b. Комбинированные продукты (например, антиспам, файрвол, антируткит и т. д.);
2. Корпоративные продукты:
a. Серверные антивирусы;
b. Антивирусы на рабочих станциях («endpoint»);
c. Антивирусы для почтовых серверов;
d. Антивирусы для шлюзов.
Антивирусные программы, как правило, содержат два основных компонента - антивирусный сканер и антивирусный резидентный монитор. Основное различие этих двух компонентов состоит в способе работы. Антивирусный сканер – это пользовательское приложение запускаемое по желанию пользователя компьютера в тот момент, когда пользователю требуется проверить файлы на вирусы. Резидентный монитор, наоборот, является составляющей частью операционной системы и является всегда активным. Он обнаруживает подозрительное поведения любой из программ, похожего на поведение заражённой программы.
К антивирусным сканерам относятся детекторы и доктора (фаги), которые осуществляют поиск
характерной цепочки байтов вирусов и удаляют их.
К резидентным мониторам относятся ревизоры (запоминают исходное состояние системы и периодически сравнивают его с текущим) и фильтры (программа-резидент, обнаруживающая подозрительные действия при работе ЭВМ – попытка корректировки COM и EXE, изменение атрибутов файлов,
прямая запись на диск или в BOOT, загрузка резидентов и т.д.).
Недостатки
1. Ни одна из существующих антивирусных технологий не может обеспечить полной защиты от
вирусов.
2. Антивирусная программа забирает часть вычислительных ресурсов системы, нагружая центральный процессор и жёсткий диск. Особенно это может быть заметно на слабых компьютерах. Замедление в фоновом режиме работы может достигать 380 %.
3. Антивирусные программы могут видеть угрозу там, где её нет (ложные срабатывания).
4. Различные методы шифрования и упаковки вредоносных программ делают даже известные вирусы не обнаруживаемыми антивирусным программным обеспечением. Для обнаружения этих
«замаскированных» вирусов требуется мощный механизм распаковки, который может дешифровать файлы перед их проверкой. Однако во многих антивирусных программах эта возможность отсутствует и, в связи с этим, часто невозможно обнаружить зашифрованные вирусы.
Дополнительное чтение:
http://www.virusnyaki.ru/
http://www.frolov-lib.ru/books/step/v05/ch1.htm#_Toc152503453
http://www.microsoft.com/rus/athome/security/viruses/intro_viruses_what.mspx
УРОК 7. Файл. Характеристики. Структура.
Файл – это логически связанная совокупность данных.
ЗАМЕЧАНИЕ 1: любые действия с информацией осуществляются над файлом.
ЗАМЕЧАНИЕ 2: физически файлы хранятся в кластерах.
ЗАМЕЧАНИЕ 3: файл – это минимальный элемент логической структуры компьютера.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ФАЙЛА.
1. ИМЯ. Служит для обозначения файла. В ОС «Windows» имя файла может состоять из 256 символов
на любом языке, в ОС «Linux» имеют практически неограниченную длину. В ОС «Windows» имя
файла регистр не учитывает, в ОС «Linux» – учитывает.
2. ТИП (ФОРМАТ, РАСШИРЕНИЕ). В ОС «Windows» тип файла служит для отличия видов информации, хранящейся в файле, т.е. это тип не столько файла, сколько данных, находящихся в файле. В
ОС «Linux» понятие типа файла никак не связано с его так называемым расширением, это скорее
тип объекта, но не тип данных в файле. Следить за расширениями файлов функция приложений, а не
операционной системы. Поэтому в атрибутах файлов в Linux не хранится информация о типе данных в них.
3. ТИПЫ ИМЕН ФАЙЛОВ. В ОС «Windows» мы выделяем простое и полное имя файла. В ОС
«Linux» выделяют простые, составные (полное) и относительные имена файлов.
a. Простые. Это собственно само имя файла. Например, «привет.doc».
b. Составные. Это так называемый полный путь файла. Например, «D:\SOFT\multi\Nero\key.txt»
c. Относительные. Относительным именем файла называется имя, задающее путь к файлу без
указания «физически верного каталога», т.е. от текущего рабочего каталога. С относительными файловыми именами практически не приходится иметь дела.
4. ОБЪЕМ. Любая файловая система хранит данные файлов в неких объемах - кластерах, которые используются как самая маленькая единица полезной информации диска. Размер кластера в подавляющем числе современных систем составляет 512 байт.
5. ДАТА и ВРЕМЯ СОЗДАНИЯ.
6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ АТРИБУТЫ. Это специальные маркеры, определяющие, каким образом ОС обращается к файлам. Благодаря им достигается дополнительные контроль и безопасность системы. В
ОС «Windows» атрибутов четыре: "Только для чтения" (не позволяет модифицировать файл), "архивный" (показывает, что файл был изменен после последнего создания резервных копий), "скрытый" (ОС не показывает "спрятанный" файл, хотя это можно отменить), "системный" (его имеют основные программные файлы ОС. В ОС «Linux» атрибутов много больше. Они помогают не изменять
время последнего обращения, запрещают любые изменения файла, дают возможность восстановить
файл после удаления и т.д.
7. ПРАВА ДОСТУПА К ФАЙЛУ. (только в ОС «Linux»). Этот механизм позволяет указать для каждого файла владельца и обеспечить защиту файлов от доступа других пользователей.
Типичная файловая система содержит большое количество файлов, и каталоги помогают упорядочить
её путём их группировки.
КАТАЛОГ — объект в файловой системе, упрощающий организацию файлов.
КАТАЛОГ — это справочник файлов (файл) с указанием местоположения на диске.
КАТАЛОГ в ОС «Linux» — это файл, в качестве данных которого выступают списки других файлов и
каталогов. Именно в данных каталога осуществляется связь имени файла с его индексным дескриптором (истинным именем-числом). Отсюда следует, что один и тот же файл может существовать под разными именами и/или в разных каталогах: все имена будут связаны с одним и тем же индексным дескриптором (механизм жестких ссылок). Также следует, что файлы всегда содержаться в каталогах,
иначе просто недоступны.
Термин ПАПКА был введён для представления объектов файловой системы в графическом пользовательском интерфейсе путём аналогии с офисными папками.
В современных ОС существует иерархическая организация файлов. Файлы находятся в каталогах, а каталоги находятся в других каталогах.
Каталоги бывают:
КОРНЕВОЙ
В ОС «Windows» – это физические носители или логические диски. Обозначаются они заглавными буквами латинского алфавита. Назначения букв может быть произвольным, однако, существуют некоторые
общепринятые правила (A – флоппи 3’, B – флоппи 5’, C – винчестер, D – CD, E – DVD, F – флеши, S –
сетевой диск).
В ОС «Linux» у корневого каталога нет собственного имени. Вместо имени корневой каталог обозначается специальным символом косой чертой (/), точкой монтирования, т.е. каталог, принадлежащий дереву каталогов корневой файловой системы, которая начинается с корневого каталога. Точка монтирования используется для реализации возможности динамически присоединять/отсоединять разделы диска к файловой системе во время работы операционной системы.
ТЕКУЩИЙ – это такой каталог, в котором производится работа в текущее машинное время.
РОДИТЕЛЬСКИЙ – имеющий подкаталоги..
Файловая система. Задачи файловой системы.
Файловая система — это набор правил расположения, организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах.
Задачи файловой системы
1. Наименование файлов;
2. создание программного интерфейса работы с файлами для приложений;
3. организация устойчивости файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств;
4. содержание параметров файла, необходимых для правильного его взаимодействия с другими
объектами системы;
5. защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого пользователя;
6. обеспечение совместной работы с файлами.
Классификация файловых систем.
1. дисковые файловые системы (жёсткий диск): FAT32, ext2 и др. Поскольку доступ к дискам в
разы медленнее, чем доступ к оперативной памяти, для прироста производительности во
многих файловых системах применяется асинхронная запись изменений на диск (журналирование: ext3, NTFS и др.; механизм soft updates).
2. для носителей с последовательным доступом (магнитные ленты): QIC и др.
3. для оптических носителей (CD, DVD): HFS, UDF и др.
4. виртуальные файловые системы: AEFS и др.
5. сетевые файловые системы: NFS, GmailFS и др.
6. для флэш-памяти: exFAT и др.
7. специализированные файловые системы: VMFS (т. н. кластерная файловая система, которая
предназначена для хранения других файловых систем) и др.
Замечание 1. Файловая система определяет формат содержимого; размер имени файла (папки); максимальный возможный размер файла и раздела; набор атрибутов файла; разграничение доступа; шифрование файлов.
Замечание 2. Файловая система для доступа к файлам связывает носитель информации и API (интерфейс прикладного программирования). Когда прикладная программа обращается к файлу, она не
имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, как
и на каком физическом типе носителя он записан. Всё, что знает программа — это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система
устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).
Замечание 3. Диск представляет собой набор кластеров (как правило, размером 512 байт). Драйверы
файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги. Эти же драйверы отслеживают, какие из
кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.
Замечание 4. Файловая система не обязательно напрямую связана с физическим носителем информации. Существуют виртуальные, сетевые файловые системы.
Замечание 5. Файлы на дисках объединяются в каталоги. Одноуровневая файловая система, в которой все файлы на диске хранятся в одном каталоге (например, MS-DOS 1.0). Иерархическая файловая
система со вложенными друг в друга каталогами (впервые появилась в UNIX).
Замечание 6. Каталоги на разных дисках могут образовывать несколько отдельных деревьев
(Windows), или же объединяться в одно дерево (UNIX-подобные).
Замечание 7. Использование слешей в файловых системах различно. В Windows используется обратный слеш «\», а в UNIX-подобных операционных системах простой слеш «/».
Замечание 8. Ещё более сложная структура применяется в NTFS и HFS. В этих файловых системах
каждый файл представляет собой набор атрибутов. Атрибутами считаются не только традиционные
только для чтения, системный, но и имя файла, размер и даже содержимое. Таким образом, для NTFS и
HFS то, что хранится в файле, — это всего лишь один из его атрибутов. Если следовать этой логике,
один файл может содержать несколько вариантов содержимого. Таким образом, в одном файле можно
хранить несколько версий одного документа, а также дополнительные данные (значок файла, связанная
с файлом программа).
Типы файловых систем.
FAT (File Allocation Table — «таблица размещения файлов») — классическая архитектура файло-
BООТ
вой системы, которая из-за своей простоты всё ещё широко используется для флеш-дисков и карт памяти.
Разработана Биллом Гейтсом и Марком МакДональдом в 1976—1977 годах. Использовалась в качестве
основной файловой системы в операционных системах семейств DOS и Windows (до версии Windows 2000).
Версии системы FAT
Существует несколько версий FAT — FAT12, FAT16, FAT32, VFAT.
Изначально FAT не поддерживала иерархическую систему каталогов. Все файлы располагались в корневом каталоге. Это оказалось неудобно и к тому же малый размер корневого каталога ограничивал количество
файлов на диске. Каталоги были введены с выходом MS-DOS 2.0. VFAT — это расширение FAT, появившееся в
Windows 95. В FAT имена файлов имеют формат 8.3 и состоят только из символов кодировки ASCII. В VFAT
была добавлена поддержка длинных (до 255 символов) имён файлов.
Структура системы FAT
В файловой системе FAT смежные секторы диска объединяются в единицы, называемые кластерами. Для
хранения данных файла отводится целое число кластеров (минимум один), так что, например, если размер файла
составляет 40 байт, а размер кластера 4 кбайт, реально занят информацией файла будет лишь 1% отведенного для
него места. Для избежания подобных ситуаций целесообразно уменьшать размер кластеров, а для сокращения
объема адресной информации и повышения скорости файловых операций – наоборот. На практике выбирают некоторый компромисс. Так как емкость диска вполне может и не выражаться целым числом кластеров, обычно в
конце тома присутствуют т.н. surplus sectors – «остаток» размером менее кластера, который не может отводиться
ОС для хранения информации.
Пространство тома FAT32 логически разделено на три смежные области:
 Зарезервированная область. Содержит служебные структуры, которые принадлежат загрузочной записи
раздела (Partition Boot Record – загрузочный сектор) и используются при инициализации тома;
 Область таблицы FAT, содержащая массив индексных указателей ("ячеек"), соответствующих кластерам области данных. Обычно на диске представлено две копии таблицы FAT в целях надежности;
 Область данных, где записано собственно содержимое файлов – т.е. текст текстовых файлов, кодированное изображение для файлов рисунков, оцифрованный звук для аудиофайлов и т.д. – а также т.н. метаданные
– информация относительно имен файлов и папок, их атрибутов, времени создания и изменения, размеров и размещения на диске.
таблица FAT
Область данных
В FAT12 и FAT16 также специально выделяется область корневого каталога. Она имеет фиксированное
положение (непосредственно после последнего элемента таблицы FAT) и фиксированный размер в секторах.
Если кластер принадлежит файлу, то соответствующая ему ячейка содержит номер следующего кластера
этого же файла. Если ячейка соответствует последнему кластеру файла, то она содержит специальное значение.
Таким образом выстраивается цепочка кластеров файла. Неиспользуемым кластерам в таблице соответствуют
нули. «Плохим» кластерам (которые исключаются из обработки, например, по причине нечитаемости соответствующей области устройства) также соответствует специальный код.
Таблица FAT
Важная структура тома FAT – это сама таблица FAT, занимающая отдельную логическую область. Она определяет список (цепочку) кластеров, в которых размещаются файлы и папки тома. Между
кластерами и индексными указателями таблицы имеется взаимно однозначное соответствие – N-й указатель соответствует кластеру с тем же номером. Значение индексного указателя соответствует состоянию соответствующего кластера. Возможны следующие состояния: кластер свободен; кластер занят файлом и не является последним кластером файла; кластер является последним кластером файла; кластер поврежден;
кластер зарезервирован «для будущей стандартизации».
Значение размера таблицы FAT может превышать реальное, так что в конце каждой таблицы FAT могут
находиться сектора, не соответствующие никаким реальным кластерам данных. При форматировании эти сектора
обнуляются, а в процессе функционирования тома никак не используются.
Файловые записи
Непосредственно после окончания последней таблицы FAT следует область данных, содержащая файлы и
папки. Каталог FAT (папка, директория) является обычным файлом, помеченным специальным атрибутом. Данными (содержимым) такого файла в любой версии FAT является цепочка 32-байтных файловых записей (записей
каталога).
Имя файла в FAT
Имя файла разбивается на первые 8 символов, образующие имя файла, и последние 3, образующие расширение. Точка-разделитель добавляется на уровне файловой системы и не включается в поле имени. Если имя и
расширение файла не заполняют отведенное для них место, остальные байты поля забиваются пробелами. Имя и
расширение файла могут содержать любую комбинацию букв, цифр или символов с ASCII-кодами свыше 127;
специальные символы распределяются на три группы:
Разрешенные: ! # $ % & ( ) - @ ^ _ ` { } ~ '
Запрещенные: + , . ; = [ ]
Служебные: * ? < : > / \ | “
Имя файла не может начинаться или заканчиваться пробелом. Полный путь к файлу не может превышать 80 символов (3 – буква диска; 64 – путь; 12 – имя файла, включая точку-разделитель; 1 – разделитель NUL).
Отказоустойчивость системы
Поскольку система FAT хранит данные о файлах и данные о свободном месте на диске в одной таблице,
то операция записи файла, традиционно состоящая из двух этапов (добавление занимаемого блока в перечень занятых и исключение этого же блока из списка свободных) происходит в FAT в одно действие. Благодаря этому
система FAT обладает врождённой устойчивостью к сбоям, то есть сбой (например, питания) в момент выполнения операции чтения или записи в большинстве случаев не приведёт к разрушению файловой системы. Однако
следует помнить, что в данном случае речь идёт именно о целостности файловой системы, а не самих файлов.
NTFS (New Technology File System — «файловая система новой технологии») — стандартная файловая система для семейства операционных систем Microsoft Windows NT.
NTFS заменила использовавшуюся в MS-DOS и Microsoft Windows файловую систему FAT.
NTFS разработана на основе файловой системы HPFS (High Performance File System — высокопроизводительная файловая система), создававшейся Microsoft совместно с IBM для операционной системы OS/2. Но, получив такие несомненно полезные новшества, как квотирование, журналируемость, разграничение доступа и
аудит, в значительной степени утратила присущую прародительнице весьма высокую производительность файловых операций.
Различают несколько версий NTFS для разных ОС (Windows NT, 2000, XP, Server, Vista, 7). Спецификации файловой системы являются закрытыми. Это создаёт определённые трудности при реализации её поддержки
в сторонних продуктах, не принадлежащих Microsoft. В данный момент полноценная поддержка NTFS присутствует только в ОС Microsoft семейства Windows NT. В данный момент существуют средства доступа к NTFSразделам для других систем: MS-DOS, Windows9x, Linux, Solaris, BeOS, Zeta, Haiku, Kolibri, MacOS.
Физическая структура NTFS.
Максимальный размер раздела NTFS в данный момент ограничен лишь размерами жестких дисков.
Структура раздела.
NTFS делит все полезное место на кластеры - блоки данных, используемые единовременно. NTFS поддерживает почти любые размеры кластеров - от 512 байт до 64 Кбайт, неким стандартом же считается кластер
размером 4 Кбайт.
Диск NTFS условно делится на две части. Первые 12% диска отводятся под так называемую MFT зону пространство, в которое растет метафайл MFT. Запись каких-либо данных в эту область невозможна. MFT-зона всегда держится пустой - это делается для того, чтобы самый
главный, служебный файл (MFT) не фрагментировался при
своем росте. Остальные 88% диска представляют собой
обычное пространство для хранения файлов.
MFT и его структура
Файловая система NTFS представляет собой выдающееся достижение структуризации: каждый элемент
системы представляет собой файл - даже служебная информация. Самый главный файл на NTFS называется
MFT, или Master File Table - общая таблица файлов. Именно он размещается в MFT зоне и представляет собой
централизованный каталог всех остальных файлов диска, и, как не парадоксально, себя самого. MFT поделен на
записи фиксированного размера (обычно 1 Кбайт), и каждая запись соответствует какому либо файлу. Первые 16
файлов носят служебный характер и недоступны операционной системе - они называются метафайлами, причем
самый первый метафайл - сам MFT. Эти первые 16 элементов MFT - единственная часть диска, имеющая фиксированное положение. Интересно, что вторая копия первых трех записей, для надежности - они очень важны хранится ровно посередине диска. Остальной MFT-файл может располагаться, как и любой другой файл, в произвольных местах диска - восстановить его положение можно с помощью его самого, "зацепившись" за самую основу - за первый элемент MFT.
Метафайлы
Первые 16 файлов NTFS (метафайлы) носят служебный характер. Каждый из них отвечает за какой-либо
аспект работы системы. Метафайлы находятся корневом каталоге NTFS диска - они начинаются с символа имени
"$", хотя получить какую-либо информацию о них стандартными средствами сложно. Любопытно, что и для этих
файлов указан вполне реальный размер - можно узнать, например, сколько операционная система тратит на каталогизацию всего вашего диска, посмотрев размер файла $MFT. В следующей таблице приведены используемые в
данный момент метафайлы и их назначение.
$MFT
сам MFT
$MFTmirr
копия первых 16 записей MFT, размещенная посередине диска
$LogFile
файл поддержки журналирования (см. ниже)
$Volume
служебная информация - метка тома, версия файловой системы, т.д.
$AttrDef
список стандартных атрибутов файлов на томе
$.
корневой каталог
$Bitmap
карта свободного места тома
$Boot
загрузочный сектор (если раздел загрузочный)
$Quota
файл, в котором записаны права пользователей на использование дискового пространства
(начал работать лишь в NT5)
$Upcase
файл - таблица соответствия заглавных и прописных букв в имен файлов на текущем томе. Нужен в основном потому, что в NTFS имена файлов записываются в Unicode, что составляет 65
тысяч различных символов, искать большие и малые эквиваленты которых очень нетривиально.
Каталоги
Каталог на NTFS представляет собой специфический файл, хранящий ссылки на другие файлы и
каталоги, создавая иерархическое строение данных на диске. Файл каталога поделен на блоки, каждый
из которых содержит имя файла, базовые атрибуты и ссылку на элемент MFT, который уже предоставляет полную информацию об элементе каталога. Какую информацию можно получить, просто прочитав
файл каталога? Ровно то, что выдает команда dir. Для выполнения простейшей навигации по диску не нужно лазить в MFT за каждым файлом, надо лишь читать самую общую информацию о файлах из файлов каталогов.
Главный каталог диска - корневой - ничем не отличается об обычных каталогов, кроме специальной ссылки на
него из начала метафайла MFT.
Журналирование
NTFS - отказоустойчивая система, которая вполне может привести себя в корректное состояние при практически любых реальных сбоях. Любая современная файловая система основана на таком понятии, как транзакция - действие, совершаемое целиком и корректно или не совершаемое вообще. У NTFS просто не бывает промежуточных (ошибочных или некорректных) состояний - квант изменения данных не может быть поделен на до
и после сбоя, принося разрушения и путаницу - он либо совершен, либо отменен.
И все-таки журналирование - не абсолютная панацея, а лишь средство существенно сократить число ошибок и сбоев системы. Вряд ли рядовой пользователь NTFS хоть когда-нибудь заметит ошибку системы или вынужден будет запускать chkdsk - опыт показывает, что NTFS восстанавливается в полностью корректное состояние даже при сбоях в очень загруженные дисковой активностью моменты. Вы можете даже оптимизировать диск
и в самый разгар этого процесса нажать reset - вероятность потерь данных даже в этом случае будет очень низка.
Важно понимать, однако, что система восстановления NTFS гарантирует корректность файловой системы, а не
ваших данных. Если вы производили запись на диск и получили аварию - ваши данные могут и не записаться.
Чудес не бывает.
Сжатие
Файлы NTFS имеют один довольно полезный атрибут - "сжатый". NTFS имеет встроенную поддержку
сжатия дисков - то, для чего раньше приходилось использовать Stacker или DoubleSpace. Любой файл или каталог
в индивидуальном порядке может хранится на диске в сжатом виде - этот процесс совершенно прозрачен для
приложений. Сжатие файлов имеет очень высокую скорость и только одно большое отрицательное свойство огромная виртуальная фрагментация сжатых файлов, которая, правда, никому особо не мешает.
Сравнение файловых систем
FAT
Системы, её поддерживающие
FAT32
DOS, Windows9Х, NT всех
Windows98, NT5
версий
NTFS
NT4, NT5
Максимальный размер
2 Гбайт
тома
практически неограничен
практически неограничен
Макс. число файлов на
примерно 65 тысяч
томе
практически не ограничено
практически не ограничено
Имя файла
с поддержкой длинных
255 символов, любые символы
с поддержкой длинных
имен - 255 символов, системный набор символов
имен - 255 символов, си- любых алфавитов (65 тысяч разстемный набор символов ных начертаний)
Возможные атрибуты
файла
Базовый набор
Базовый набор
всё, что придет в голову производителям программного обеспечения
Безопасность
нет
нет
да (начиная с NT5.0 встроена возможность физически шифровать
данные)
Сжатие
нет
нет
да
плохая (средства оптисредняя (система слишком мизации по скорости
Устойчивость к сбоям проста и поэтому ломаться привели к появлению
особо нечему :))
слабых по надежности
мест)
полная - автоматическое восстановление системы при любых
сбоях (не считая физические
ошибки записи, когда пишется
одно, а на самом деле записывается другое)
Экономичность
минимальная (огромные
размеры кластеров на
больших дисках)
улучшена за счет умень- максимальна. Очень эффективная
шения размеров класте- и разнообразная система хранения
ров
данных
Быстродействие
высокое для малого числа
файлов, но быстро уменьшается с появлением
большого количества файлов в каталогах. результат для слабо заполненных
дисков - максимальное, для
заполненных - плохое
полностью аналогично
FAT, но на дисках большого размера (десятки
гигабайт) начинаются
серьезные проблемы с
общей организацией
данных
система не очень эффективна для
малых и простых разделов (до 1
Гбайт), но работа с огромными
массивами данных и внушительными каталогами организована
как нельзя более эффективно и
очень сильно превосходит по скорости другие системы
Extended File System (ext - расширенная файловая система) — первая
файловая система, разработанная специально для ОС на ядре Linux. Представлена в апреле 1992 г.
ext является первой версией расширенной файловой системы. Впоследствии была заменена ext2, ext3, ext4
и xiafs. Со временем ext2 вытеснила xiafs благодаря долгосрочной жизнеспособности. Файловая система ядра
Linux была разработана Реми Кардом. По скорости и производительности работы она может служить эталоном в
тестах производительности файловых систем.
История
На заре развития Linux использовала файловую систему ОС Minix. Она была довольно стабильна, но
оставалась 16-разрядной и, как следствие, имела жёсткое ограничение в 64 Мегабайта на раздел. Также присутствовало ограничение на максимальную длину имени файла: оно составляло 14 символов. Эти и другие ограничения послужили стимулом к разработке «расширенной файловой системы», решавшей две главные проблемы
Minix. Новая файловая система была представлена в апреле 1992 года. Ext расширила ограничения на размер
файла до 2 гигабайт и установила предельную длину имени файла в 255 символов.
Логическая организация файловой системы ext2
Граф, описывающий иерархию каталогов файловой системы ext2,
представляет собой сеть. Причиной такой организации является то, что один
файл может входить сразу в несколько каталогов.
В имени файла не должны присутствовать символ NULL и слеш.
Ограничения на символ NULL связаны с представлением строк в языке Си, а
на символ слеш — с тем, что он используются как разделительный символ
между каталогами. В файловой системе ext2 файл может входить в несколько
каталогов, а значит, иметь несколько полных имен; здесь справедливо соответствие «один файл — много полных
имен». В любом случае полное имя однозначно определяет файл.
Атрибутами файловой системы ext2 являются: тип и права доступа к файлу, владелец, группа доступа, информация о разрешённых операциях, время создания, дата последнего доступа, дата последнего изменения и время последнего удаления, текущий размер файла, спецификация файла.
Атрибуты файлов хранятся не в каталогах, как это сделано в ряде простых файловых систем, а в специальных таблицах. В результате каталог имеет очень простую структуру, состоящую всего из двух частей: номера
индексного дескриптора и имени файла.
Физическая организация файловой системы ext2
Структура дискового раздела
Как и в любой файловой системе UNIX, в составе ext2 можно выделить следующие составляющие: блоки и группы блоков; индексный дескриптор; суперблок.
Всё пространство раздела диска разбивается на блоки фиксированного размера, кратные размеру сектора:
1024, 2048, 4096 или 8192 байт. Размер блока указывается при создании файловой системы на разделе диска.
Меньший размер блока позволяет сэкономить место на жёстком диске, но также ограничивает максимальный
размер файловой системы. Все блоки имеют порядковые номера. С целью уменьшения фрагментации и количества перемещений головок жёсткого диска при чтении больших массивов данных блоки объединяются в группы
блоков.
Базовым понятием файловой системы является индексный дескриптор, или inode. Это специальная
структура, которая содержит информацию об атрибутах и физическом расположении файла. Индексные декрипторы объединены в таблицу, которая содержится в начале каждой группы блоков.
Суперблок — основной элемент файловой системы ext2. Он содержит общую информацию о
файловой системе: общее число блоков и индексных дескрипторов в файловой системе, число свободных
блоков и индексных дескрипторов в файловой системе, размер блока файловой системы, количество блоков и
индексных дескрипторов в группе блоков, размер индексного дескриптора, идентификатор файловой системы.
Суперблок находится в 1024 байтах от начала раздела. От целостности суперблока напрямую зависит работоспособность файловой системы. Операционная система создаёт несколько резервных копий суперблока на
случай повреждения раздела. В следующем блоке после суперблока располагается глобальная дескрипторная
таблица — описание групп блоков, представляющее собой массив, содержащий общую информацию обо всех
группах блоков раздела.
Группа блоков
Все блоки раздела ext2 разбиваются на группы блоков. Для каждой группы создаётся отдельная запись в
глобальной дескрипторной таблице, в которой хранятся основные параметры.
Битовая карта блоков — это структура, каждый бит которой показывает, отведён ли соответствующий
ему блок какому-либо файлу. Если бит равен 1, то блок занят. Аналогичную функцию выполняет битовая карта
индексных дескрипторов, которая показывает, какие именно индексные дескрипторы заняты, а какие нет. Ядро
Linux, используя число индексных дескрипторов, содержащих каталоги, пытается равномерно распределить inode
каталогов по группам, а inode файлов старается по возможности переместить в группу с родительским каталогом.
Все оставшееся место, обозначенное в таблице как данные, отводится для хранения файлов.
Система адресации данных
Система адресации данных — это одна из самых важных составляющих файловой системы. Именно она
позволяет находить нужный файл среди множества как пустых, так и занятых блоков на диске.
Файловая система ext2 использует
следующую схему адресации блоков файла.
Для хранения адреса файла выделено 15 полей, каждое из которых состоит из 4 байт.
Если файл умещается в 12 блоков, то номера
соответствующих кластеров непосредственно перечисляются в первых двенадцати полях адреса. Если размер файла превышает 12
блоков, то следующее поле содержит адрес
кластера, в котором могут быть расположены
номера следующих блоков файла. Таким образом, 13-е поле используется для косвенной
адресации.
При максимальном размере блока в
4096 байт кластер, соответствующий 13-му
полю, может содержать до 1024 номеров
следующих блоков файла. Если размер файла
превышает 12+1024 блоков, то используется 14-е поле, в котором находится адрес кластера, содержащего 1024
номеров кластеров, каждый из которых ссылается на 1024 блока файла. Здесь применяется уже двойная косвенная адресация. И наконец, если файл включает более 12+1024+1048576 блоков, то используется последнее 15-е
поле для тройной косвенной адресации.
Данная система адресации позволяет при максимальном размере блока в 4096 байт иметь файлы, размер
которых превышает 2 TB.
Third Extended File System (третья версия расширенной файловой системы), сокращённо ext3 или
ext3fs — журналируемая файловая система, используемая в операционных системах на ядре Linux, является файловой системой по умолчанию во многих дистрибутивах. Основана на ФС ext2, начало разработки которой положил Стивен Твиди.
Основное отличие от ext2 состоит в том, что ext3 журналируема, то есть в ней предусмотрена запись некоторых данных, позволяющих восстановить файловую систему при сбоях в работе компьютера.
Стандартом предусмотрено три режима журналирования:
 writeback: в журнал записываются только метаданные файловой системы, то есть информация о её изменении;
 ordered: запись данных в файл производится гарантированно до записи информации о изменении файла;
 journal: полное журналирование как метаданных ФС, так и пользовательских данных.
Fourth Extended File System (четвёртая версия расширенной файловой системы), ext4, или ext4fs — журналируемая файловая система, используемая в ОС с ядром Linux. Основана на файловой системе ext3.
Впервые экспериментальная поддержка ext4 была выпущена 10 октября 2006.
Характеристика
Основной особенностью стало увеличение максимального объёма одного раздела диска до 1 эксабайта
(260 байт) при размере блока 4Kb, и увеличение размера одного файла до 16 терабайт. Кроме того, в ext4 представлен механизм пространственной (extent) записи файлов (новая информация добавляется в конец заранее выделенной по соседству области файла), уменьшающий фрагментацию и повышающий производительность.
Типы файлов ОС «Linux».
В операционных системах на базе ядра «Linux» понятие типа файла никак не связано с его расширением.
Следить за расширениями файлов функция приложений, а не операционной системы. Поэтому в атрибутах файлов в Linux не хранится информация о типе данных в них. Там есть информация о более существенном делении,
связанном с тем, что в «Unix»-подобных системах все объекты — это файлы. Все объекты — это весьма разнообразное явление. Поэтому тип файла в «Linux» – это скорее тип объекта, но не тип данных в файле (как например,
в Windows).
Итак, при работе с ОС «Linux» важно понимать, что любой объект ОС является файлом. Это ключевая
особенность ОС «Linux» по сравнению с операционными системами семейства «Windows».
В операционной системе Linux существуют следующие типы файлов:
Обычные (регулярные) файлы.
Сюда относятся все файлы с данными, играющими роль ценной информации сами по себе. «Linux» всеравно текстовый перед ней файл или бинарный. В любом случае это будет обычный файл. ОС «Linux» не накладывает никаких ограничений на структуру данных файлов. К их содержимому возможен как последовательный,
так и прямой доступ.
Каталоги
Каталоги - это файлы, в качестве данных которых выступают списки других файлов и каталогов. Именно
в данных каталога осуществляется связь имени файла (словесного обозначения для людей) с его индексным дескриптором (истинным именем-числом). Отсюда следует, что один и тот же файл может существовать под разными именами и/или в разных каталогах: все имена будут связаны с одним и тем же индексным дескриптором
(механизм жестких ссылок). Также следует, что файлы всегда содержаться в каталогах, иначе просто недоступны.
Ссылки
В ОС «Linux» принято различать символические и жесткие ссылки, каждая из которых имеет особенное
значение.
Жёсткая ссылка является прямой, т.е. указывает непосредственно на индексный дескриптор файла. Жесткие ссылки не могут указывать на файл, находящийся в другой файловой системе.
Символьная ссылка — это файл в данных которого, содержится указание на адрес другого файла по его
имени (но не индексному дескриптору). Символические ссылки могут содержать произвольное имя, т.е. в них
разрешается указывать на файлы, хранящиеся в других файловых системах и даже на несуществующие файлы. В
процессе поиска файла по символическим ссылкам, ядро извлекает хранящиеся в них имена. Файл, адресуемый
символической ссылкой, и сама ссылка представляют собой разные объекты файловой системы. ОС «Linux» подсчитывает количество ссылок на каждый файл и при удалении файла не освобождает блоки данных до тех пор,
пока не будет удалена последняя ссылка на него.
Сокеты и именованные каналы (FIFO)
Сокет - это специальный тип файла, используемый процессами для взаимодействия друг с другом. Установленные посредством сокетов соединения позволяют процессам взаимодействовать, не подвергаясь влиянию
других процессов. Несмотря на то, что другие процессы распознают файлы сокетов как элементы каталога, только процессы, между которыми установлено соответствующее соединение, могут осуществлять чтение и запись
файлов сокета.
Именованные каналы подобны сокетам, поскольку тоже используются для взаимодействия между процессами, однако в отличие от сокетов в именованных каналах данные передаются только в одном направлении.
Файлы блочных и символьных устройств
Файлы блочных и символьных устройств позволяют приложениям получать доступ к аппаратным средствам и периферийному оборудованию системы. На этапе конфигурирования к ядру ОС Linux динамически подгружаются необходимые модули, предназначенные для управления аппаратными средствами системы. За управление конкретным устройством отвечает специальный модуль, называемый драйвером устройства.
Драйверы устройств образуют стандартный интерфейс взаимодействия, который воспринимается
пользователем как набор обычных файлов. Получив запрос к файлу символьного или блочного устройства, ядро передает данный запрос соответствующему драйверу. Файлы блочных и символьных
устройств сами по себе не являются драйверами. Их можно рассматривать как шлюзы, через которые
драйвер принимает запросы на выполнение предусмотренных операций.
Типы файлов ОС «Windows».
Тип файла ОС «Windows» определяется по расширению. Он задает не только вид файла на экране, но и определяет, какой программой создан файл.
Благодаря расширению операционная система распознаёт тип файла и запускает соответствующую ему программу. Просмотреть все зарегистрированные в системе типы файлов можно, открыв Проводник и пройдя по меню: Сервис – Свойства файлов – вкладка Типы файлов.
Файл одного типа можно открывать несколькими программами, но по
умолчанию ему всегда соответствует одна программа. В противном случае
система выдаст список программ, и предложит выбрать, какую из них использовать для открытия выбранного типа файла.
1. Командные (исполняемые, приложения) – EXE, COM, BAT.
В своем теле содержат команды, предназначенные для исполнения. Это основные файлы. Именно они
запускают программы. Все остальные файлы являются обслуживающими.
COM. Двоичный исполняемый под MS-DOS файл. EXE. Двоичный исполняемый под управлением
MS-DOS или MS Windows самонастраивающийся файл. BAT. Командный файл MS-DOS. В нем записывается последовательность двоичных программ, выполняемых под управлением MS-DOS.
2. Системные – SYS.
Несет в себе необходимую для операционной системы информацию. Они указывают системе порядок
запуска тех или иных приложений. С помощью этих файлов расширяются возможности системы. По
всем этим причинам, системные файлы НЕЛЬЗЯ удалять, переименовывать, перемещать.
3. Библиотеки – DLL, LIB, DAT.
Несет в себе необходимую для того или иного приложения информацию. С помощью этих файлов
расширяются возможности приложения: звучит музыка, меняются уровни, трансформируется графика, … Поэтому эти файлы НЕЛЬЗЯ удалять, переименовывать, перемещать.
4. Текстовые
TXT
Самый простой файл. Содержит только текст.
HTML
Это язык разметки. Содержит текст, тэги и ссылки на медиаобъекты (другие файлы, рисунки, музыку, видео, флеши и т.д.). В программе «Блокнот» этот файл будет представлен в виде обычного
текста. Однако, в браузере он предстанет во всей своей красе – появятся рисунки, зазвучит музыка,
начнет действовать анимация. Важное замечание: медиаобъекты не внедряются внутрь файла.
DOC
Это специальный файл для программы Microsoft WORD. Содержит в себе текст, встроенную графику, простейшую анимацию, макросы (простейшие последовательности команд).
XLS
Это специальный файл для программы Microsoft EXCEL. Содержит в себе текст, встроенную графику, простейшую анимацию, встроенные формулы и функции, макросы. Эти файлы могут выполнять арифметические и логические операции, делать очень даже сложные расчеты.
PPT
Это специальный файл для программы Microsoft POWERPOINT. Содержит в себе текст, встроенную графику, музыку, сложную анимацию, макросы. Служит для рекламных, просветительских,
развлекательных целей.
PUB
Это специальный файл для программы Microsoft Publisher, отличающееся от Microsoft Word тем,
что акцент в нём делается на проектирование разметки страницы, а не на оформление и проверку
текста. Содержит новые и усовершенствованные средства, помогающие эффективно создавать,
настраивать и многократно использовать разнообразные маркетинговые материалы, адаптированные под конкретные потребности компании.
PAS, BAS, …
Эти файлы обслуживают языки программирования и служат для написания новых программ.
Внутри языка эти файлы представляют собой простой текст. Однако, после компиляции в командный файл, сами уже являются программой.
5. Мультимедиа
5.1. Аудио
5.1.1. WAV представляет собой некомпрессированный звуковой файл, то есть они дают звук в
максимальном качестве. WAV-файлы больше распространены в операционной системе
Windows. Если вы посылаете на конкурс джингл в виде WAV -файла, можете быть уверены,
что ваше произведение прозвучит для жюри так же, как у вас дома. Положительной характеристикой этих форматов является и то, что эти файлы готовы для создания качественного
аудио-CD. Недостатком некомпрессированного аудиоформата является большой объем
WAV/AIFF-файлов.
5.1.2. CDA – тип аудио для компакт дисков. (CD Audio Track).
5.1.3. MP3 имеет гораздо меньший объем, и его можно легко переслать по электронной почте.
Происходит это за счет алгоритмов компрессирования (сжатия), что несколько ухудшает
звук. Чем больше степень сжатия, тем меньше объем файла и хуже качество звука.
5.1.4. MIDI-файл (также может обозначаться как SMF – Standart MIDI File) НЕ СОДЕРЖИТ
звуков, в нем прописаны лишь управляющие команды для звукового модуля – на таком-то
MIDI-канале выбран такой инструмент, нота такая-то нажата с такой-то скоростью, нота отпущена, нажата педаль сустейна и т.п. MIDI-файл хорош тем, что он занимает ОЧЕНЬ мало
места (от 1 КБ до 300КБ) и его легко переслать по электронной почте, а для его создания не
нужно дополнительного оборудования – как правило, встроенные звуковые карты имеют
программно или аппаратно реализованный GM-модуль.
5.1.5. KAR – караоке.
5.2. Видео
5.2.1. AVI (Audio Video Interleaved) технология Windows Video File фирмы Microsoft
5.2.2. MPEG Стандарт сжатия MPEG разработан Экспертной группой кинематографии (Moving
Picture Experts Group - MPEG). MPEG это стандарт на сжатие звуковых и видео файлов в
более удобный для загрузки или пересылки, например через интернет, формат. Существуют
разные стандарты MPEG (как их еще иногда называют фазы - phase): MPEG-1, MPEG-2,
MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7. MPEG...
6. Графические
6.1. Растровые
6.1.1. BMP родной формат Windows. Он поддерживается всеми графическими редакторами, работающими под управлением этой операционной системы. Применяется для хранения растровых изображений, предназначенных для использования в Windows и, по сути, больше ни
на что не пригоден. Способен хранить как индексированный (до 256 цветов), так и RGBцвет (16.700.000 оттенков). Существует разновидность формата ВМР для опрерационной
системы OS/2.
6.1.2. JPG (Joint Photographic Experts Group). Строго говоря JPEG'ом называется не формат, а
алгоритм сжатия, основанный не на поиске одинаковых элементов, как в RLE и LZW, а на
разнице между пикселами. Кодирование данных происходит в несколько этапов. Сначала
графические данные конвертируются в цветовое пространство типа LAB, затем отбрасывается половина или три четверти информации о цвете (в зависимости от реализации алгоритма). Далее анализируются блоки 8х8 пикселов. Для каждого блока формируется набор
чисел. Первые несколько чисел представляют цвет блока в целом, в то время, как последующие числа отражают тонкие делали. Спектр деталей базируется на зрительном восприятии
человека, поэтому крупные детали более заметны.
6.1.3. GIF Независящий от аппаратного обеспечения формат GIF был разработан в 1987 году
фирмой CompuServe для передачи растровых изображений по сетям. В 1989-м формат был
модифицирован, были добавлены поддержка прозрачности и анимации. GIF позволяет неплохо сжимать файлы, в которых много однородных заливок (логотипы, надписи, схемы).
GIF позволяет записывать изображение "через строчку" (Interlaced), благодаря чему, имея
только часть файла, можно увидеть изображение целиком, но с меньшим разрешением. Это
достигается за счет записи, а затем подгрузки, сначала 1, 5, 10 и т.д. строчек пикселов и растягивания данных между ними, вторым проходом следуют 2, 6, 11 строчки, разрешение
52
изображения в интернетовском браузере увеличивается. Таким образом, задолго до окончания загрузки файла пользователь может понять, что внутри и решить, стоит ли ждать, когда
файл поднимется весь. Черезстрочная запись незначительно увеличивает размер файла, но
это, как правило, оправдывается приобретаемым свойством. Основное ограничение формата
GIF состоит в том, что цветное изображение может быть записано только в режиме 256 цветов. Для полиграфии этого явно недостаточно
6.2. Векторные
6.2.1. WMF (Windows Metafile) Векторный формат WMF использует графический язык
Windows и, можно сказать, является ее родным форматом. Служит для передачи векторов
через буфер обмена (Clipboard). Понимается практически всеми программами Windows, так
или иначе связанными с векторной графикой. Однако, несмотря на кажущуюся простоту и
универсальность, пользоваться форматом WMF стоит только в крайних случаях для передачи "голых" векторов. WMF искажает (!) цвет, не может сохранять ряд параметров, которе
могут быть присвоены объектам в различных векторных редакторах, не может содержать
растровые объекты, не понимается очень многими программами на Macintosh.
6.2.2. CRD Формат известен в прошлом низкой устойчивостью, плохой совместимостью файлов, искажением цветовых характеристик внедряемых битовых карт, тем не менее пользоваться CorelDRAW чрезвычайно удобно, он имеет неоспоримое лидерство на платформе
РС. Многие программы на РС (FreeHand, Illustrator, PageMaker - среди них) могут импортировать файлы CorelDRAW.
6.2.3. PSD Внутренний формат популярного растрового редактора Photoshop в последнее время
стал поддерживаться все большим количеством программ. Он позволяет записывать изображние со многими слоями, их масками, дополнительными Альфа-каналами и каналами
простых (spot) цветов (начиная с версии 5), контурами и другой информацией - все, что может сделать Photoshop. В версии 3.0 появляются слои, контуры и RLE-компрессия, в 4-й
версии алгоритм улучшается, файлы становятся еще меньше. В версии 5 реализован принципиально иной подход к управлению цветом.
53
УРОК 8. Сети.
В середине 50х годов СССР запустил первый искусственный спутник Земли. В условиях «холодной» войны это был «жестокий удар» по боеспособности США. С целью разработок новейших систем
защиты в 1957 г. в США было создано Агентство перспективных разработок ARPA.
В своей работе ARPA столкнулось с проблемой объединения работ исследовательских учреждений Америки. Таким образом, появилась концепция сети, которая предусматривала интегрирование в
единую структуру множества «подсетей». При чем каждая, оставаясь индивидуальной, являлась частью
целого.
В 1961 году студент Массачусетского Технологического Института (Massachusetts Institute of
Technology) Леонард Клейнрок (Leonard Kleinrock) описывает технологию, способную разбивать файлы
на куски и передавать их различными путями через сеть.
В 1963 году руководитель компьютерной лаборатории ARPA Джон Ликлидер (J.C.R.Licklider)
предлагает первую детально разработанную концепцию компьютерной сети. В Вашингтоне показывают
мост, переходя через который, Ликлидер, якобы, сделал это открытие.
В 1967 году Ларри Робертс (Larry Roberts), практик, воплощающий в жизнь теоретические идеи
Ликлидера, предлагает связать между собой компьютеры ARPA. Начинается работа над создание
ARPANET.
29 октября 1969 года - день рождения Интернета. В 21:00 между двумя первыми узлами сети
ARPANET, находящимися на расстоянии в 640 км — в Калифорнийском университете Лос-Анджелеса
(UCLA) и в Стэнфордском исследовательском институте (SRI) — провели сеанс связи.
В 1971 году Рэй Томлисон (Ray Tomlison), программист из компьютерной фирмы Bolt Beranek and
Newman, разрабатывает систему электронной почты и предлагает использовать значок @ ("собака").
В 1973 г. ARPA-NET становится международной. К сети были подключены через трансатлантический телефонный кабель первые организации из Великобритании и Норвегии.
В 1974 году открыта первая коммерческая версия ARPANET - сеть Telenet.
В 1976 году Роберт Меткалф (Robert Metcalfe), сотрудник исследовательской лаборатории компании Xerox. создает Ethernet - первую локальную компьютерную сеть.
В 1977 году число хостов достигло ста.
В 1983 г. появился новый механизм доступа в ARPA-NET – TCP/IP при помощи телефонной сети.
В 1984 году была разработана система доменных имён. Число хостов превысило тысячу.
В 1986 году Национальный Фонд Науки США (The National Science Foumdation) создал NSFNET
(настоящая INTERNET), связавшую центры с "суперкомпьютерами". Эта сеть доступна лишь для зарегестрированных пользователей, в основном, университетов.
В 1988 году был разработан протокол Internet Relay Chat (IRC), благодаря чему в Интернете стало
возможно общение в реальном времени (чат).
В 1989 году в Европе, в стенах Европейского совета по ядерным исследованиям (фр. Conseil
Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN) родилась концепция Всемирной паутины. Её предложил
знаменитый британский учёный Тим Бернерс-Ли, он же в течение двух лет разработал протокол HTTP,
язык HTML и идентификаторы URI. Число хостов превысило 10 тысяч.
В 1990 году сеть ARPANET прекратила своё существование, полностью проиграв конкуренцию
NSFNet. В том же году было зафиксировано первое подключение к Интернету по телефонной линии
(т. н. «дозво́н» — англ. Dialup access).
В 1991 году Европейская физическая лаборатория CERN создала известный всем протокол - www
- World Wide Web. Эта разработка была сделана, прежде всего, для обмена информацией среди физиков.
Появляются первые компьютерные вирусы, распространяемые через Интернет.
В 1993 году создан первый интернет-броузер Mosaic, созданный Марком Андреесеном (Marc
Andreesen) в Университете штата Иллинойс (University of Illinois). Число интернет-хостов превысило 2
млн., в Сети действует 600 сайтов.
В 1995 году Всемирная паутина стала основным поставщиком информации в Интернете, обогнав
по трафику протокол пересылки файлов FTP. Был образован Консорциум всемирной паутины (W3C).
Можно сказать, что Всемирная паутина преобразила Интернет и создала его современный облик. С
1996 года Всемирная паутина почти полностью подменяет собой понятие «Интернет».
В 1996 году началось соревнование между браузерами Netscape, созданным под руководством
Марка Андреесона, и Internet Explorer, разработанным компанией Microsoft. В мире существует 12.8
млн. хостов и 500 тыс. сайтов.
54
В 1997 году в Интернете насчитывалось уже около 10 млн компьютеров, было зарегистрировано
более 1 млн доменных имён. Интернет стал очень популярным средством для обмена информацией.
В 2002 году Сеть Интернет связывает 689 млн. человек и 172 млн. хостов. Разрабатываются новые
технологии Интернета, которые должны заменить "старый Интернет", расширить его функции или создать национальные компьютерные сети.
В настоящее время подключиться к Интернету можно через спутники связи, радио-каналы, кабельное телевидение, телефон, сотовую связь, специальные оптико-волоконные линии или электропровода. Всемирная сеть стала неотъемлемой частью жизни в развитых и развивающихся странах.
С 22 января 2010 года прямой доступ в Интернет получил экипаж Международной космической
станции.
55
Локальные сети LAN. Классификация сетей.
Современное производство требует высоких скоростей обработки информации. Для управления
крупными предприятиями, находящихся в различных районах города, становится важным объединения
компьютеров (РАБОЧИХ СТАНЦИЙ) в сеть.
СЕРВЕР – отдельный ПК сети, обеспечивающий ее пользователей отдельными услугами.
РАБОЧАЯ СТАНЦИЯ – ПК, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ресурсам.
Классификация локальных сетей.
1. система централизованной обработки
информации.
центральная ЭВМ
терминал
терминал
терминал
2. система распределенной обработки информации.
ЭВМ 1
ЭВМ 2
ЭВМ 3
Классификация систем распределенной обработки информации.
1. многомашинный вычислительный комплекс.
Это группа установленных рядом компьютеров, объединенных с помощью специальных средств сопряжения и совместно выполняющих единый информационновычислительный процесс.
2. компьютерная вычислительная сеть.
Это совокупность ЭВМ и терминалов, объединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.
Различие систем распределенной обработки информации:
1. Размерность – (КВС – десятки и сотни машин, находящихся на значительном удалении друг от друга;
ММВК – несколько машин, находящихся не далее, чем в одном помещении);
2. Разделение функций – (в ММВК все функции принадлежат одной машине);
3. Необходимость решения в КВС задачи маршрутизации сообщений.
Классификация компьютерных вычислительных сетей.
1. сеть с выделенным сервером.
2.одноранговая сеть (рабочая группа).
Одна машина в сети выполняет функции Нет единого центра управления взаимодейхранения данных, предназначенных для ис- ствием рабочих станций, нет единого
пользования всеми рабочими станциями.
устройства хранения данных.
56
Основные топологии локальных сетей.
2
1. Кольцевая – соединение узлов сети по замкнутой
кривой. Выход одного соединяется
со входом другого компьютера и
т.д. Очевидно, что выход из строя
одного компьютера влечет за собой
нарушение работоспособности всей
сети. Типичный пример кольцевой
топологии – многомашинный вычислительный комплекс.
2.
1
3
5
Шинная – соединение узлов сети через шину.
Данные передаются по шине в обе
стороны, что дает возможность поступления информации на все узлы
сети. Однако, принимает информацию только та машина, которой она
адресована. Типичные примеры
шинной топологии – локальные вычислительные сети. В качестве шины выступает ХАБ или СВИЧ.
3.
4
1
3
2
Звездообразная – соединение узлов сети через
центральный узел. Вся информация
проходит исключительно через центральный узел. Очевидно, что выход из строя центрального узла влечет за собой нарушение работоспособности всей сети. Типичный пример звездообразной топологии – системы централизированной обработки информации.
5
4
1
Ц
2
3
57
Соединение компьютеров в сеть.
Чтобы создать сеть, первым делом вам понадобятся сетевые платы
(по одной на каждый компьютер) и соответствующие сетевые кабели.
Сетевые платы имеют выход, который называется портом. Кабели на
своих концах имеют коннекторы. Через эти порты и коннекторы, и
соединяются между собой сетевые платы и кабели, а в конечном счете компьютеры.
Классификация кабелей.
1. Витая пара – состоит из двух изолированных проводов, свитых между собой. Скручивание уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на сигналы. Скорость передачи – 0,25 – 1 Мбит/сек
2. Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального провода
и металлической оплетки, разделенных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и
помещенных в общую внешнюю оболочку. До недавнего времени был распространен наиболее широко, что связано с его высокой помехозащищенностью, а также более высокими, чем в случае витой пары, допустимыми скоростями передачи данных (до 500 Мбит/с) и большими допустимыми
расстояниями передачи (до километра и выше). К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети, он также дает заметно меньше электромагнитных . излучений вовне. Однако монтаж и ремонт коаксиального кабеля существенно сложнее, чем витой пары,
а стоимость его выше. Сложнее и установка разъемов на концах кабеля.
3. Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель — это принципиально иной тип кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент - это
прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением. Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа
на структуру коаксиального электрического кабеля, только вместо центрального медного провода
здесь используется тонкое (диаметром порядка 1-10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции - стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно. Стоимость оптоволоконного кабеля
постоянно снижается и сейчас примерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля. Однако
необходимо применение специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно.
4. Бескабельные каналы. Их главное преимущество состоит в том, что не требуется никакой прокладки
проводов. Радиоканал может обеспечить связь на многие десятки, сотни и даже тысячи километров.
Скорость передачи может достигать десятков мегабит в секунду (здесь многое зависит от выбранной
длины волны и способа кодирования). Однако в локальных сетях радиоканал не получил широкого
распространения из-за довольно высокой стоимости передающих и приемных устройств, низкой
помехозащищенности, полного отсутствия секретности передаваемой информации и низкой надежности связи.
Способы соединения компьютеров в сеть.
1. Т-образное соединение
2. Через ХАБ или СВИЧ.
ХАБ или СВИЧ
58
Межсетевой обмен. TCP/IP-протокол.
При разработке коммуникационных систем следует учитывать, что «Одна сеть не может обслужить всех пользователей», однако «Пользователи хотят универсального взаимодействия».
Поэтому нашей целью является создание унифицированного, объединенного взаимодействия
сетей, поддерживающих универсальное коммуникационное средство.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Технология, которая сделала возможным взаимное соединение большого числа
разделенных физических сетей и заставила их работать как одно единое целое называется межсетевым
обменом (internetworking) или INTERNET.
Свойства объединенной сети (Интернета).
1. Базовая архитектура объединенной сети скрыта от пользователя.
2. Топология сетевых взаимодействий не предписывается.
3. Все сети равны между собой.
4. Каждая сеть согласна передавать через себя любые промежуточные данные.
5. Отдельный компьютер сети воспринимается как отдельная сеть.
6. Все машины в Интернете имеют идентификатор (имена или адреса).
TCP/IP-протокол.
Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) - это промышленный стандарт стека протоколов, разработанный для глобальных сетей.
Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сателлитными сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сеть ARPA поддерживала разработчиков и исследователей в военных областях. В
сети ARPA связь между двумя компьютерами осуществлялась с использованием протокола Internet
Protocol (IP), который и по сей день является одним из основных в стеке TCP/IP и фигурирует в названии стека.
Большой вклад в развитие стека TCP/IP внес университет Беркли, реализовав протоколы стека
в своей версии ОС UNIX. Широкое распространение ОС UNIX привело и к широкому распространению
протокола IP и других протоколов стека. На этом же стеке работает всемирная информационная сеть
Internet, чье подразделение Internet Engineering Task Force (IETF) вносит основной вклад в совершенствование стандартов стека, публикуемых в форме спецификаций RFC.
Реализация стека TCP/IP в последних версиях сетевых операционных систем для персональных
компьютеров (Windows NT 3.5, NetWare 4.1, Windows 95) является хорошей предпосылкой для быстрого роста числа установок стека TCP/IP.
Итак, лидирующая роль стека TCP/IP объясняется следующими его свойствами:
1.
Это наиболее завершенный стандартный и в то же время популярный стек сетевых протоколов, имеющий многолетнюю историю.
2.
Почти все большие сети передают основную часть своего трафика с помощью протокола TCP/IP.
3.
Это метод получения доступа к сети Internet.
4.
Все современные операционные системы поддерживают стек TCP/IP.
5.
Это гибкая технология для соединения разнородных систем как на уровне транспортных подсистем, так и на уровне прикладных сервисов.
6.
Это устойчивая масштабируемая межплатформенная среда для приложений клиентсервер.
Структура протоколов TCP/IP.
1. Физический и канальный уровень (ETHERNET, TOKEN RING, FDDI, X.25, SLIP).
2. Уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей пакетов (IP, ICMP, RIP, OSPF,
ARP).
3. Основной уровень (TCP, UDP). На этом уровне функционируют протокол управления передачей информации.
4. Прикладной уровень. К нему относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый
в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие
как WWW и многие другие.
59
Протокол межсетевого взаимодействия IP.
Основу транспортных средств стека TCP/IP составляет протокол межсетевого взаимодействия IP.
Основные функции протокола межсетевого взаимодействия IP:
- перенос между сетями различных типов (между компьютерами) адресной информации в унифицированной форме;
- сборка и разборка пакетов при передаче их между сетями (между компьютерами) с различным
максимальным значением длины пакета.
Типы адресов:
физический (MAC-адрес) - локальный адрес узла, определяется технологией, с помощью которой построена отдельная сеть, в которую входит данный узел. Для узлов, входящих в локальные сети - это МАС-адрес сетевого адаптера или порта маршрутизатора, например, 11А0-17-3D-BC-01. Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными адресами, так как управляются централизовано. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС-адрес имеет формат 6 байтов: старшие 3 байта - идентификатор
фирмы производителя, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем.
сетевой (IP-адрес) - состоит из 4 байт, например, 109.26.17.100. Этот адрес используется на сетевом
уровне. Он назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения, если сеть
должна работать как составная часть. (Обычно провайдеры услуг Internet получают диапазоны адресов
у подразделений NIC, а затем распределяют их между своими абонентами.) Номер узла в протоколе IP
назначается независимо от локального адреса узла. Деление IP-адреса на поле номера сети и номера узла - гибкое, и граница между этими полями может устанавливаться весьма произвольно. Узел может
входить в несколько IP-сетей. В этом случае узел должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых
связей. Таким образом IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.
Структура IP-адресов
Класс Первые
биты
A
B
C
1
10
110
Объем,
отводимый
Сетям
узлам
1 байт 3 байта
2 байта 2 байта
3 байта 1 байт
Наименьший
адрес
Наибольший
адрес
1.0.0.0
128.0.0.0
192.0.1.0
126.0.0.0
191.255.0.0
223.255.255.0
Количество
сетей
126
16 382
2 097 150
узлов
16 777 214
65 534
254
символьный (DNS-имя) - символьный идентификатор-имя, например, ERV1.IBM.COM. Этот адрес
назначается администратором и состоит из нескольких частей, например, имени машины, имени организации, имени домена. Такой адрес, называемый также DNS-именем, используется на прикладном
уровне, например, в протоколах FTP или telnet.
60
Правила TCP/IP.
1. Протокол TCP обеспечивает гарантированную доставку с установлением соединений в виде
байтовых потоков. Протокол TCP используется в тех случаях, когда требуется надежная доставка сообщений. Он освобождает прикладные процессы от необходимости использовать таймауты и повторные передачи для обеспечения надежности. Большие возможности TCP даются не бесплатно. Реализация TCP требует большой производительности процессора и большой пропускной способности сети.
2. Прикладные процессы взаимодействуют с модулем TCP через порты. Для отдельных приложений выделяются общеизвестные номера портов. Например, сервер TELNET использует порт номер
23. Клиент TELNET может получать услуги от сервера, если установит соединение с TCP-портом 23 на
его машине.
Когда прикладной процесс начинает использовать TCP, то модуль TCP на машине клиента и модуль TCP на машине сервера начинают общаться. Эти два оконечных модуля TCP поддерживают информацию о состоянии соединения, называемого виртуальным каналом. Этот виртуальный канал потребляет ресурсы обоих оконечных модулей TCP. Канал является дуплексным; данные могут одновременно передаваться в обоих направлениях. Один прикладной процесс пишет данные в TCP-порт, они
проходят по сети, и другой приклад ной процесс читает их из своего TCP-порта.
3. Протокол TCP разбивает поток байт на пакеты; он не сохраняет границ между записями.
Например, если один прикладной процесс делает 5 записей в TCP-порт, то прикладной процесс на другом конце виртуального канала может выполнить 10 чтений для того, чтобы получить все данные. Но
этот же процесс может получить все данные сразу, сделав только одну операцию чтения. Не существует
зависимости между числом и размером записываемых сообщений с одной стороны и числом и размером считываемых сообщений с другой стороны.
4. Протокол TCP требует, чтобы все отправленные данные были подтверждены принявшей их
стороной. Он использует таймауты и повторные передачи для обеспечения надежной доставки. Отправителю разрешается передавать некоторое количество данных, не дожидаясь подтверждения приема
ранее отправленных данных. Таким образом, между отправленными и подтвержденными данными существует окно уже отправленных, но еще неподтвержденных данных. Количество байт, которые можно
передавать без подтверждения, называется размером окна. Как правило, размер окна устанавливается в
стартовых файлах сетевого программного обеспечения. Так как TCP-канал является дуплексным, то
подтверждения для данных, идущих в одном направлении, могут передаваться вместе с данными, идущими в противоположном направлении. Приемники на обеих сторонах виртуального канала выполняют
управление потоком передаваемых данных для того, чтобы не допускать переполнения буферов.
5. КАЖДЫЙ ПАКЕТ ИМЕЕТ ИНДЕТИФИКАТОР
61
Архитектура Интернета.
Архитектура Интернета
Мы уже видели, как машины присоединяются к отдельным сетям. Возникает вопрос: "Как соединяются сети между собой для создания объединенной сети ?" Ответ состоит из двух частей. Физически
две сети могут соединяться только с помощью компьютера, присоединенного к каждой из них. Физическое соединение, тем не менее, не обеспечивает подразумевавшееся нами взаимодействие, так как такое
соединение не гарантирует, что компьютер сможет взаимодействовать с другими машинами, с которыми он хотел бы это сделать. Чтобы иметь надежный Интернет, нам нужно, чтобы компьютеры были согласны передавать пакеты из одной сети в другую.
Интернет позволит двум машинам взаимодействовать, даже если путь при взаимодействии между
ними проходит по сети, к которой ни одна из них не присоединена. При этом компьютеры подчиняются соглашениям о наборе универсальных идентификаторов и наборе процедур для перемещения данных
к их конечному получателю.
Итак, в Интернете соединения между сетями образуются с помощью компьютеров, называемых
IP-шлюзами, или маршрутизаторами, которые присоединяются к двум и более сетям. Шлюзы маршрутизируют пакеты между сетями, получая их от одной сети и направляя их в другую.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Компьютеры, соединяющие две сети и передающие пакеты из одной в другую,
называются межсетевыми шлюзами(gateway) или межсетевыми маршрутизаторами(router).
Как вы думаете, маршрутизатор – это мощный компьютер, или достаточно компьютера с минимальными требованиями?
Как вы думаете, по какому пути пойдет информация из сети 203 в сеть
142?
Ответ на этот вопрос
тесно связан с понятием
маршрутизация - процесс выбора пути, по которому будут посылаться
пакеты, а маршрутизатором называется компьютер, производящий этот
выбор.
Обычный алгоритм IPмаршрутизации работает
с таблицей маршрутизации Интернета (иногда
называемой таблицей IPмаршрутизации), имеющейся на каждой машине
и хранящей информацию
о возможных назначениях и том, как их достичь.
КЛАССИФИКАЦИЯ ТИПОВ МАРШРУТИЗАЦИИ.
1. ФИКСИРОВАННАЯ – ручное составление таблицы маршрутизации системным администратором;
2. ПРОСТАЯ
2.1. СЛУЧАЙНАЯ – пакеты передаются в любом направлении;
2.2. ЛАВИННАЯ – пакеты передаются во всех направлениях;
2.3. ПО ПРЕДЫДУЩЕМУ ОПЫТУ – пакеты передаются по предыдущему опыту;
3. АДАПТИВНАЯ – это основной вид маршрутизации в Интернете, маршрутизаторы периодически
обмениваются специальной топологической информацией об имеющихся сетях, а также о связях
между маршрутизаторами. (обычно учитываются не только топология, но и пропускная способность.)
62
Провайдеры. Типы подключений.
Итак, о сетях мы знаем уже многое. А как же попасть в сеть со своего компьютера? Этим целям
служит провайдер. Провайдер – организация или физическое лицо, обеспечивающие доступ в сеть.
Выбирая провайдера, оцените его по примерному плану:
1. Тарифный план (стоимость подключения).
a. Трафик.
b. «Call Back».
2. Качество подключения.
3. Удобство дозвона.
4. Пропускная способность.
СЕАНСОВОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ
В этом режиме пользователь не подключен к сети постоянно, а на короткое время посредством телефонной линии. Оплата производится за время пользования. Данные передаются в аналоговой
форме.
1. КОММУТИРУЕМЫЙ ДОСТУП ПО ТЕЛЕФОННОЙ ЛИНИИ (DIAL - UP).
a. Самая старая и популярная схема работы с сетью.
b. Vмах = 56кбит/с.
c. Скорость зависит от: типа модема, качества телефонной линии, типа АТС.
2. АСИНХРОННОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ ЧЕРЕЗ СПУТНИК.
a. Необходимо дополнительное оборудование
(тюнер, тарелка).
b. Односторонняя связь.
c. Vмах = 512кбит/с.
d. Можно принимать теле
каналы.
e. Можно «подписаться» на
странички.
3. «МОБИЛЬНЫЙ» ИНТЕРНЕТ.
a. Крохотный экран не позволяет просматривать сайты.
b. Передача данных 2 типами протоколов: WAP(14,4кбит/с) – выводит на экран только
текст, опуская картинки, музыку и т.д.; GPRS(100 кбит/с).
ПОСТОЯННОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ
В этом режиме пользователь подключен к сети постоянно. Оплата производится за трафик – объем
полученной информации. Данные передаются в цифровой форме.
1. АСИНХРОННЫЙ ДОСТУП ПО ТЕЛЕФОННОЙ ЛИНИИ (ADSL).
a. Для передачи используется телефонная линия.
b. Необходимо дополнительное оборудование (цифровая станция).
c. При работе в сети телефон остается свободным.
d. Vмах = 512кбит/с. (теоретически до 8Мбит/с)
2. СИНХРОННЫЙ ДОСТУП ПО ВЫДЕЛЕННОМУ КАНАЛУ.
a. Любой вид канала (телефон, оптоволокно).
b. Установка стоит очень дорого.
c. Vмах = несколько Мбит/с.
3. ПОДКЛЮЧЕНИЕ ЧЕРЕЗ ЛОКАЛЬНУЮ СЕТЬ.
63
Информационная структура Интернета. Общие понятия.
Итак, Интернет состроит из множества сетей. Каждая сеть представляет собой набор из нескольких компьютеров (либо отдельный компьютер). Среди компьютеров сети мы различаем рабочие станции и сервер. Вспомним определение рабочей станции и сервера. РАБОЧАЯ СТАНЦИЯ – ПК, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ресурсам. СЕРВЕР – отдельный ПК сети,
обеспечивающий ее пользователей отдельными услугами.
В сети Интернет основные услуги – это моИНТЕРНЕТ
ре информации. Дадим другое определение
сервера. СЕРВЕР – подключенный к сети
компьютер, на котором могут располагаться
РАБОЧАЯ
СЕРВЕР
сайты, архивы (базы данных), почтовые
СТАНЦИЯ
ящики и другие сервисы.
ПОЧТОВЫЙ ЯЩИК – специально выделенное на сервере место для хранения файБАЗЫ
ПОЧТОВЫЕ
САЙТЫ
лов, предназначенных для переписки с клиДАННЫХ
ЯЩИКИ
ентами из разных сетей.
БАЗА ДАННЫХ – Веб-страница в одном
файле в котором объединены встроенная
СТРАНИЧКИ
графика, Java-приложения, связанные документы и другие вспомогательные элементы, на которые ссылается документ, что
HTML
позволит просматривать и использовать его
ГИПЕРТЕКСТ
XML
в Интернете.
XHTML
САЙТ – логически завершенная информаГИПЕРССЫЛКИ
AJAX
ционная структура, комплекс взаимосвяRSS
занных одной темой Web-страниц..
СТРАНИЧКА – минимальный элемент инНЕВИДИМАЯ
ВИДИМАЯ
формационной структуры Интернета.
Странички состоят из гипертекта и гиперссылок.
HTML
XML
XHTML – расширяемый язык разметки гипертекста, основное предназначение которого - обеспечение
совместимости при передаче структурированных данных между разными системами обработки информации.
AJAX – технология динамического изменения контента веб-страницы: страница сама будет догружать нужные пользователю данные, при этом полностью не перегружаясь.
RSS – семейство XML-форматов, предназначенных для описания лент новостей, анонсов статей, изменений в блогах и т. п.
ГИПЕРТЕКСТ - стандартный язык разметки, используемый для веб-документов. Гипертекст изобрел Дуглас Энгельбарт в 1968 г. (изобретатель мыши, окон, графического интерфейса, текстового процессора). Воплотил в жизнь Тим Бернес-Ли в 1992 г. (изобретение искало применение очень долго по
причине никудышности компьютеров). Гипертекст состоит из собственно текста и тег. Теги задают для
веб-обозревателей способ отображения элементов страниц, таких как текст и рисунки, а также способ
отклика на действия пользователя.
ГИПЕРССЫЛКИ – ссылка, линк, элемент Web-документа, "привязанный" к другому фрагменту
данного документа или к совершенно иному документу. Гиперссылки состоят из двух частей: видимой
(краткое описание информации, на которую указывает гиперссылка) и невидимой (адрес, по которому
находится настоящая информация). Гиперссылки нас могут направить на гипертекст, таблицы, базы
данных, мультимедиа, графику и т.д.
64
Состав и деление сервера.
Итак, сеть Интернет состоит из серверов, предоставляющих различные сервисы. Для обращения
к серверам в сети нужно знать их IP-адреса. Пользоваться сетевыми IP-адресами неудобно, и запомнить
12-значное число достаточно сложно. А если учесть, что во время работы в сети приходится обращаться
к нескольким компьютерам. К тому же, IP-адрес указывает на расположение конкретного компьютера, а
не ресурса, который наиболее интересен пользователю. Поэтому пользователи обычно применяют другую систему адресации - по доменным признакам.
Слово «домен» происходит от французского «domaine» - владение. Доменом в средние века
называли королевские, наследственные земельные владения (вотчины, крепости, города…) в странах
Западной и Центральной Европы.
Домен - самая крупная структурная единица Internet. Обычно домен соответствует стране или
другой большой структуре. Домены могут подразделяться на поддомены, отражающие различные области интересов или ответственности. Организовать группы компьютеров в Internet с помощью иерархии
доменов позволяет служба имен доменов DNS. Таким образом, вся сеть представляется разбитой на
участки по названиям доменов, которые различаются по географическому или организационному признаку. Домен - область, район - группа компьютеров, объединённых по одному признаку. Полный доменный адрес компьютера складывается из названия компьютера в пределах участка сети, к которому
он принадлежит и доменного адреса или имени домена. Доменное имя состоит из списка этих доменов,
разделённых точками. Самый верхний уровень доменов представлен в правой части адреса, и называется доменом 0 (1) уровня, а крайняя левая часть обозначает название компьютера на этом участке сети.
Домены бывают 0, 1, 2 и т.д. уровней.
Пример:
www.olga.orlova.orel.ru – домен 3 (4) уровня.
www.orlova.orel.ru – домен 2 (3) уровня.
www.orel.ru – домен 1 (2) уровня.
www.ru – домен 0 (1) уровня.
Система названий доменов сложилась во времена, когда сеть ещё не вышла за пределы США.
Хосты, расположенные в других странах, обычно классифицируются по географическому признаку.
Названия некоторых доменов верхнего географического уровня приведены в таблице 2.
Таблица 1. Классификация доменов по организационному признаку.
org
Некоммерческая организация
edu
Образовательное учреждение
com
Коммерческая организация
net
Информационная сеть
gov
Правительственное учреждение
mil
Военная организация
Shop
Магазин
Таблица 2. Классификация доменов по географическому признаку.
at
Австрия
it
Италия
am
Армения
jp
Япония
au
Австралия
kg
Киргизстан
az
Азербайджан
kz
Казахстан
ba
Босния и Герцоговина
lt
Литва
by
Беларусь
lv
Латвия
cz
Чешская республика
md
Молдавия
ca
Канада
nz
Новая Зеландия
de
Германия
ru
Россия
dk
Дания
se
Швеция
es
Испания
ua
Украина
fi
Финляндия
uk
Великобритания
fr
Франция
us
Соединённые штаты
ge
Грузия
uz
Узбекистан
65
Виды URL и соответствующие им программные продукты.
Доменные адреса компьютеров могут использоваться прикладными программами для адресации
данных точно так же, как и IP-адреса. Но протоколы IP работают с IP-адресами. Для преобразования
доменных имён в IP-адреса существует служба определения доменных имён - DNS (Domain Name
Service). Когда программа получает запрос пользователя для обращения к компьютеру в сети, первое,
что она делает - обращается к службе DNS для получения IP-адреса. IP-адрес компьютера, предоставляющий доступ к службе имён, должен быть введён пользователем в параметрах подключеия к сети.
При разработке средств WWW была создана универсальная система адресации ресурсов по доменным адресам Хостов - URL (Uniform Resource Locators). Адрес URL состоит из типа ресурса (http,
ftp, archie и т.д.), доменного имени компьютера, содержащего этот ресурс и полного пути к требуемому
документу. Например, ftp.milk.com/pub/box.zip. Файл box.zip находится в каталоге pub на компьютере
milk, расположенном в домене com, доступ к файлу происходит по протоколу FTP.
URL –UNIFORM RESOURCE LOCATOR – уникальный адрес сети Интернет, по которому можно обратиться к конкретной информации.
Рассмотрим виды URL.
1. HTTP (Hyper Text Transfer Protocol)
http://www.privet.ru/why/you/them.html
Это известный всем доступ к сайтам. Для доступа необходим браузер (Netscape Navigator
(Mozila), Internet Explorer, Opera).
Для простоты и удобства работы часто требуются программы докачки файлов (Flash get, Reget).
Неплохо поставить и программы поиска информации (Copernic Agent, Surf Pilot, Wanderer).
2. FTP (File Transfer Protocol)
ftp://cris:[email protected]
имя пароль
имя удаленного компьютера
Обычно используют файловый менеджер Far.
3. Электронная почта - способ передачи информации в компьютерных сетях. Основная особенность
электронной почты заключается в том, что информация отправляется получателю не напрямую, а через
промежуточное звено — электронный почтовый ящик, который представляет собой место на сервере,
где сообщение хранится, пока его не запросит получатель. Электнонная почта была изобретена в 1971
году главным инженером компании BBN Technologies (Кембридж, штат Массачусетс) Реем Томлинсоном. Он же пустил в обращение и знаменитый символ @, который разделяет имя пользователя от имени
компьютера.
mailto:[email protected]
Это электронная почта для рассылки и получения электронных писем. Используем программы:
Internet Express, The Bat и др.
4. Gopher – база данных.
Gopher://shoolboy3.ppk.ru:7043/00/pub
5. Wais – база данных.
wais://shoolboy3.ppk.ru:7043/00/pub
6. File – база данных.
file://shoolboy3.ppk.ru/MY DAK/PPK/ivanov.txt
7. News – база данных (интерактивные новости).
News:microsoft.public
8. NNTP – база данных (интерактивные новости).
nntp://shoolboy3.ppk.ru/MY DAK/123GE43
9. Telnet – интерактивная телеконференция.
telnet://hamer@tutor:23
66
Веб Х.0.
Всеми́рная паути́на (World Wide Web) — распределенная система, предоставляющая доступ к
связанным между собой документам, расположенным на различных компьютерах, подключенных к Интернету. Всемирную паутину образуют миллионы web-серверов. Большинство ресурсов всемирной паутины представляет собой гипертекст. Гипертекстовые документы, размещаемые во всемирной паутине,
называются web-страницами. Несколько web-страниц, объединенных общей темой, дизайном, а также
связанных между собой ссылками и обычно находящихся на одном и том же web-сервере, называются
web-сайтом. Для загрузки и просмотра web-страниц используются специальные программы — браузеры. Всемирная паутина вызвала настоящую революцию в информационных технологиях и бум в развитии Интернета. Часто, говоря об Интернете, имеют в виду именно Всемирную паутину, однако важно
понимать, что это не одно и то же. Итак, рассмотрим самую популярную часть Интернета – Веб.
На схеме прекрасно виден процесс развития
Веба – от ArpaNet до Web X.0
Что же является предметом дискуссий о Веб 1.0
и 2.0.? - именно внешний Веб. Почему? Дело в том,
что, говоря о новой версии Веба, речь идет не о неизменном остатке, не о сути, а как раз о том, что меняется. Меняются же, сменяя друг друга, новые формы являющие общую сущность. Говоря о новом Веб, речь
надо вести, таким образом, о том, благодаря чему пользователи перебрасывают биты все комфортней и все в
более полном соответствии своим целям, т.е. предмет
дискуссии - новая форма существования Веб. Размышляя о переходе к новому Веб, речь должна идти о новых, более развитых: программном обеспечении,
«железе», контенте, услугах - рассмотренных в совокупности.
Признаки Веб Х.0
Это, во-первых, концепция "сеть как платформа", подразумевающая создание таких приложений,
которые можно было бы использовать непосредственно через веб-браузер.
Во–вторых, реализация концепции Rich Internet Applications ("насыщенные Интернетприложения"). Такие приложения представляют собой веб-приложения, имеющие свойства и функции
обычных (традиционных) десктоп-приложений, но их основным отличием является возможность запуска и работы непосредственно в окне веб-браузера.
Во-третьих, использование принципов демократии и соучастия пользователей приложения в его
дальнейшем развитии (в качестве примеров можно привести множество т.н. "open-source"-проектов).
В-четвертых, социально-сетевая составляющая, выражающаяся в создании т.н. "социальных сетей", позволяющих пользователям таких сетей легко общаться и обмениваться любой информацией.
Развитие Вебов.
Развитие участников происходит от «разработчика и пользователя» к «пользователю как соразработчику», от «автора контента и читателя» к «читателю как соавтору – сообщество (право на участие,
упразднение посторонней регламентирующей (модерирующей) инстанции)».
Развитие программного обеспечения происходит от «ПО на ПК» к «ПО на Веб», от «ПО – товар» к
«ПО – сервис», от того, что «для просмотра контента используется браузер» к тому, что появляются
«альтернативные устройства восприятия информации».
Развитие контента происходит от «платы поставщику» к тому, что «пользователь становится соразработчиком», от того, что «данные организованы таксономично (иерархия рубрик)» к тому, что «данные
организованны фолксономично ("облако тегов")», от «односторонних ссылок» к «двусторонним ссылкам», от «персональных страничек» к «блогам», от «статического сайта» к «динамическому сайту», от
«ума производителя контента» к «коллективному разуму»
Элементная база сайта, типичная для Web 1.0
Термин типичная употребляется здесь в обобщающем смысле — совершенно не обязательно, что
для любой страницы Web 1.0 были присущи все элементы списка. Но, как правило, общая тенденция и
большая часть элементов присутствовала.
Итак, к признакамWeb 1.0 можно отнести: статичные страницы; бедная гипертекстовая разметка;
использование фреймов; использование специфичных тегов HTML; гостевые книги, форумы или ча67
ты — как попытка придания интерактивности; кнопки формата GIF; использование информеров (погода, курс доллара и т. д.) вместо агрегации информации средствами CMS; указание конкретного разрешения монитора, при котором дизайн сайта отображается корректно.
Элементная база сайта, типичная для Web 2.0.
«Web 2.0» не является новой версией «Всемирной паутины», а лишь продолжает использовать
технологии и концепции «Web 1.0». Многие из идей Web 2.0 уже встречались в сети задолго до того,
как возник термин Web 2.0.
Особенностью Web 2.0. является принцип привлечения пользователей к наполнению и многократной выверке контента.
К новым технологиям Web 2.0 можно отнести Ajax. Часто Ajax считают синонимом Веб 2.0, что
совершенно не так. Веб 2.0 не привязан к какой-то одной технологии или набору технологий, с тем же
успехом ещё в 1999 году возможность асинхронного обновления страницы уже предоставлял Flash 4.
Веб mash-up (дословный перевод — «смешение») — сервис, который полностью или частично
использует в качестве источников информации другие сервисы, предоставляя пользователю новую
функциональность для работы. В результате такой сервис может становиться также новым источником
информации для других веб mash-up сервисов. Таким образом образуется сеть зависимых друг от друга
сервисов, интегрированных друг с другом.
Новшество Web 2.0. – это использование разработок, которые позволяют создавать сообщество,
так называемая социализация сайта. В понятие социализация сайта можно также включить возможность
индивидуальных настроек сайта и создание личной зоны (личные файлы, изображения, видео, блоги)
для пользователя, чтобы пользователь чувствовал свою уникальность; поощрение, поддержка и доверие
«коллективному разуму». При формировании сообщества большое значение имеет соревновательный
элемент, Репутация или Карма, которые позволяют сообществу саморегулироваться и ставить пользователям дополнительные цели присутствия на сайте.
Семантическая Паутина
Одной из версий трактовки термина Web 3.0 является идентификация его как Семантической
Паутины (Semantic Web). Главная мысль этой концепции базируется на внедрении мета-языка, описывающего содержание сайтов для организации автоматического обмена между серверами. Описательные
механизмы Семантического Веба действительно разработаны (RDF, DAML, OIL, OWL), однако на этапе обработки и вывода информации появляется ряд проблем.
Другим определением Web 3.0 является концепция Менеджеров знаний. Озвучена она была
главным редактором портала Ева.Ру Алексеем Андреевым в 2006 году. Согласно этой концепции, менеджер знаний — это эксперт в конкретной области, привносящий в сообщество (Web 2.0) качественную
отобранную информацию (Web 1.0), тем самым избавляющий рядового пользователя от необходимости
поиска и оценки. В некоей мере данное положение созвучно с оригинальным определением, однако в
предложенной концепции существует ряд ограничивающих факторов.
Автор термина «Web 2.0» Тим О’Рейли (Tim O’Reilly), предложил определить Web 3.0, как взаимодействие интернета с физическим миром, однако до тотального внедрения подобных технологий
(распознавание жестов в iPhone и контроллере Wii) в бытовое обращение о новом поколении Web говорить еще рано. Существуют также попытки увязать Web 3.0 с социальным институтом потребительской
экспертизы (Александр Долгин, руководитель Имхонет), а также с мультимедийным поиском (имеются
в виду обещания IBM и BBC в 2007 организовать поиск по видеофайлам), а также беспроводными сетями, 3D-WEB (проекция Second Life на весь WWW).
68
Поиски информации в Интернете.
Каталоги представляют собой систематизированные группы адресов, объединенные, как правило, по тематике. К удобству их применения можно отнести то, что, если пользователю известна тема
искомого документа, он будет исследовать соответствующую ветвь каталога, не отвлекаясь на посторонние, не относящиеся к делу документы. Однако, объем каталога ограничен физическими возможностями редакторской группы и ее субъективностью в выборе материала. В них отсутствует информация
на узкие, специальные темы, да и саму тематику искомого документа не всегда можно сформулировать
в пределах классификации каталога.
Название
Yahoo!
Описание
Самый популярный каталог, содержащий обширную информацию о десятках тысяч
Web-узлов. Первый уровень иерархии содержит 14 тематических категорий, которые разветвляются еще на 4 - 5 подуровней.
Поисковые машины. К достоинствам применения поисковых машин можно отнести огромный
объем информации, исследуемой ими, и ее периодическую актуализацию. Однако, при этом не учитываются документы, не содержащие ключевых слов, а, с другой стороны, в списке содержится много
шумовой, не относящейся к делу информации, отсеивание которой занимает немалое время.
Название
Alta Vista
Rambler
Описание
Охватывает более 30 млн. страниц на 225000 серверах, обеспечивает доступ к 3
млн. статей в 14000 телеконференциях Usenet.
Охватывает около 4000 Web-узлов, недельный архив телеконференций Relcom. Имеется
возможность усечения терминов. Ограничения по дате. Простой запрос - 30 ссылок, углубленный - 1000.
Апорт!
Охватывает 16 серверов. Имеет возможность усечения терминов. Чувствительность к строчным и прописным буквам.
Яndex-Web
Охватывает 5000 серверов - вся русская часть Интернет, включая домены "RU", "SU", а также русскоязычные ресурсы в других доменах. Имеет учет морфологии русского языка. Чувствительность к строчным и прописным буквам. Возможность простого и сложного запроса.
Поиск в найденном. Возможность "подсвечивания" слов в тексте, соответствующих поисковому предписанию.
Мета-средства поиска позволяют усовершенствовать процесс путем запуска одновременно нескольких средств поиска. Этот способ значительно повышает качество поиска, объединяя достоинства и
возможности всех используемых средств. Однако, иногда поиск с применением мета-средств может
оказаться очень медленным, так как им приходиться координировать во времени поступления результатов обработки запроса от нескольких серверов и проблемы, возникшие у одного из них, могут приостановить работу всей системы. Еще одним недостатком мета-средств является то, что они не позволяют
использовать возможности языка запроса каждого из применяемых поисковых средств и не дают возможности заглянуть в их справочные руководства.
Название
MetaBot
Описание
Подключает 9 поисковых систем одновременно. Проверяется возможность
доступа к найденной информации, соответствие содержимого заданному критерию.
Можно сортировать информацию по территориальной близости, по близости к
определенному узлу, по отношению к компании и т.д. Возможен поиск на русском
языке. Есть возможность персональной настройки интерфейса.
Списки рассылки позволяют, послав письмо на один адрес, в действительности разослать его
целой группе получателей. Служба предоставляет возможность подписаться на тот или иной список
рассылки и, соответственно, присоединиться к проводимым в электронной почте дискуссиям на различные темы. Некоторые списки рассылки администрируются модератором - человеком, который чита69
ет все сообщения перед тем, как они отправляются участникам, и имеет право отклонить сообщения, не
подходящие для данного списка.
Доски объявлений и группы новостей: также известны как «электронные доски объявлений» и
предоставляют место на веб-узле, где можно оставлять друг другу сообщения и отвечать на них. Информация, которую можно прочитать на форуме – это необязательно новости в привычном смысле слова. Это может быть любое сообщение, поданное для обсуждения в данную группу новостей.
Веб-журналы представляют собой персональные веб-дневники с общим доступом. Посетители
могут оставлять свои комментарии к отдельным записям для создателя веб-журнала. Пример вебжурнала – ВИКИЕДИЯ (http://www.wikiznanie.ru).
Службы мгновенных сообщений (IM): в IM-программе можно ввести сообщение и практически
мгновенно отправить его другу, находящемуся за другим компьютером. Ответы приходят так же быстро. Например, ISQ, Mail.Ru.
Чат-каналы представляют собой интернет-форумы, обычно посвященные определенной теме. Они напоминают программы обмена мгновенными сообщениями, но, в отличие от них, позволяют
одновременно общаться группам людей.
70
УРОК 9. Алгебра логики. Теория множеств.
Понятие множества и элемента множества.
В конце XIX века в математической науке возникла необходимость уточнить смысл таких ведущих понятий, как функция, непрерывность и т.д. Для этого нужно было строго определить, что такое
натуральное число. Поиски ответа на эти сложные вопросы способствовали развитию новых математических идей, поэтому в конце XIX - начале XX столетий происходил пересмотр старых представлений
буквально во всех областях математических знаний. В результате в конце XIX века возникла новая область математики - теория множеств, одним из создателей которой был немецкий математик Георг
Кантор. За небольшой срок теория множеств стала фундаментом всей математики.
В математике часто рассматриваются те или иные группы объектов как единое целое: натуральные числа, треугольники, квадраты и т.д. Все эти различные совокупности называют множествами.
Понятие множества является одним из основных понятий математики и поэтому не определяется
через другие. Его можно пояснить на примерах. Так, можно говорить о множестве гласных букв русского алфавита, о множестве натуральных чисел, о множестве треугольников.
Математический смысл слова «множество» отличается от того, как оно используется в обыденной речи,
где его связывают с большим числомI предметов. В математике этого не требуется. Здесь можно рассматривать множество, состоящее из одного объекта, и множество, не содержащее ни одного объекта.
Множества принято обозначать прописными буквами латинского алфавита: А, В, С,…, Z.
Множество, не содержащее ни одного объекта, называется пустым, и означается символом Ø.
Объекты, из которых образовано множество, называются элементами.
Элементы множества принято обозначать строчными буквами латинского алфавита: а,b,с,...,г.
В математике нередко приходится выяснять, принадлежит какой-либо объект рассматриваемому
множеству или не принадлежит. Например, мы говорим, что 5 - число натуральное, а 0,75 не является
натуральным числом. Другими словами, мы утверждаем, что число 5 принадлежит множеству натуральных чисел, а число 0,75 ему не принадлежит. Чтобы записать эти утверждения, вводятся символы
и . Предложение «Объект а принадлежит множеству А» можно записать, используя символы: а  А.
Предложение «Объект а не принадлежит множеству А» можно записать так: а  А.
Множества бывают конечные и бесконечные. Эти понятия мы принимаем без определения.
Поясним их на примерах. Так, конечными являются множество дней недели, множество месяцев в году,
а бесконечными - множество точек на прямой, множество натуральных чисел.
Для ряда числовых множеств в математике приняты стандартные обозначения: N – множество
натуральных чисел; Z – множество целых чисел; Q – множество рациональных чисел; J – множество
иррациональных чисел; R – множество действительных чисел: С – множество комплексных чисел.
Домашнее задание.
1. Назовите по три элемента множества: учебных предметов; четных натуральных чисел; четырехугольников.
2. Запишите, используя символы: 14 – натуральное; - 7 – не натуральное; 0 – рациональное; - 7 – действительное.
3.
Прочитайте следующие высказывания и укажите среди них верные: 100 N; -8  Z; 12  N; 5,36  Q; 102  R;
2  Q; -7,3  R;
3  N; 0  N
4
4. М – множество точек окружности, изображенной на рисунке. Прочитайте следующие предложения и укажите среди них верные: а) А М; б) O  M; в) В  М; г) C  M. Как изменить условие задачи, чтобы все утверждения верными?
5. Запишите с помощью знаков  и  , какие из отрезков АВ, СD, ЕF и РН проходят через
точку М, а какие через нее не проходят.
6. Р
- множество натуральных чисел, больших 7 и меньше 14. Выясните, какие из чисел 13, 10, 5, 7, 14 ему принадлежат, а какие не принадлежат. Ответ запишите,
используя знаки  и  .
7. Даны числа: 0; 7; - 3,8; - 17; 325;
ральные; целые; рациональные; действительные.
5 ; - 0,64;  . Установите, какие из них: нату71
Способы задания множеств.
Понятие множества мы используем без определения. Но как узнать, является та или иная совокупность множеством или не является?
Определение: Считают, что множество определяется своими элементами, т.е. множество задано,
если о любом объекте можно сказать, принадлежит он этому множеству или не принадлежит.
Множество можно задать, перечислив все его элементы. Например, если мы скажем, что множество А состоит из чисел 3, 4, 5 и 6, то мы дадим это множество, поскольку все его элементы окажутся
перечисленными. При этом возможна запись, в которой перечисляемые элементы заключаются в фигурные скобки: А = {3,4,5,6}.
Однако если множество бесконечно, то его элементы перечислить нельзя. Трудно задать таким
способом и конечное множество с большим числом элементов. В таких случаях применяют другой способ задания множества: указывают характеристическое свойство его элементов.
Характеристическое свойство - это такое свойство, которым обладает каждый элемент, принадлежащий множеству, и не обладает ни один элемент, который ему не принадлежит.
Рассмотрим, например, множество А двузначных чисел: свойство, которым обладает каждый
элемент данного множества, - «быть двузначным числом». Это характеристическое свойство дает возможность решать вопрос о том, принадлежит какой-либо объект множеству А или не принадлежит. Так,
число 45 содержится в множестве А, поскольку оно двузначное, а число 145 множеству А не принадлежит, так как оно не является двузначным.
Случается, что одно и то же множество можно задать, указав различные характеристические
свойства его элементов. Например, множество квадратов можно задать как множество прямоугольников
с равными соседними сторонами и как множество ромбов с прямым углом.
В тех случаях, когда характеристическое свойство элементов множества можно представить в
символической форме, возможна соответствующая запись множества. Например, множество А натуральных чисел, меньших 7, можно задать так: А = {x x  A; x<7}.
При такой записи буквой x обозначается элемент множества А. Для этих целей можно использовать и другие буквы латинского алфавита.
Итак, для того чтобы задать некоторое множество, достаточно либо перечислить все его элементы, либо указать их характеристическое свойство. Второй способ более общий: он позволяет задавать и
конечные, и бесконечные множества.
Домашнее задание.
1. Запишите с помощью знака равенства и фигурных скобок предложения:
а) X- множество чисел 0,1,2, 3, 4, 5;
б) Y- множество букв а, Ь, с.
2. Запишите, используя символы, множество Р, если оно состоит из натуральных чисел:
а) больших 100, но меньших 200;
б) меньших 150.
3. Перечислите элементы следующих множеств:
А - четные однозначные числа;
В - натуральные числа меньшие 20; С - двузначные числа, делящиеся на 10.
4. Укажите характеристическое свойство элементов множества:
а) {а, е, ё, и, о, у, э, ю, я, ы};
б) {78,76,74,72,70};
в)
{111,222,
333,444,
555,666,777,888,999}.
5. Изобразите на координатной прямой множество решений неравенства, если x - действительное число:
а) x>5;
б)x<-3,8;
в) -4,5<x<4; г) 2,7<x<9.
6. Задайте при помощи характеристического свойства множества, выделенные штриховкой на координатной
прямой.
7. Запишите при помощи символов задание множеств по два любого раздела алгебры, геометрии и истории.
8. Запишите при помощи символов задание множеств по два любого раздела алгебры, геометрии и истории при
помощи характеристических свойств.
9. Множество С состоит из квадрата, круга и треугольника. Принадлежат ли этому множеству диагональ квадрата
и центр круга?
72
Отношения между множествами.
В математике изучают не только те или иные множества, но и отношения, взаимосвязи между
ними. Например, нам известно, что все натуральные числа являются целыми. Понятие множества позволяет обобщить конкретные случаи взаимосвязи между различными совокупностями, позволяет посмотреть на них с единой точки зрения.
Если множества А и В имеют общие элементы, т.е. элементы, принадлежащие одновременно А и
В, то говорят, что эти множества пересекаются.
Например, если А = {а, b, с, d, е}, В = {b, d, k, m}, С = {x, у, z}, то можно утверждать, что множества А и В пересекаются, так как имеют общие элементы b и d, а множества А и С, В и С не пересекаются, поскольку не имеют общих элементов.
Рассмотрим теперь множества А = {а, b, с, d, е} и В = {с, d, е}. Они пересекаются, и, кроме того,
каждый элемент множества В является элементом множества А. В этом случае говорят, что множество
В включается в множество А (В является подмножеством множества А) и пишут B  C .
Определение: Множество В является подмножеством множества А, если каждый элемент множества В является также элементом множества А. Пустое множество считают подмножеством любого
множества. Любое множество является подмножеством самого себя.
Задача. Образуем все подмножества множества А = {2, 3, 4}. Среди них будут одноэлементные:
{2}, {3}, {4}, двухэлементные: {2, 3}, {2, 4}, {3, 4}, а также само множество А и пустое множество. Таким образом, данное трехэлементное множество А имеет 8 подмножеств.
n
Замечание: Если множество А содержит n элементов, то у него 2 различных подмножеств.
Определение. Множества Аи В называются равными, если А  В и В  А.
Из определения следует, что равные множества состоят из одних и тех же элементов и что порядок записи элементов множества не существен.
Отношения между множествами наглядно представляют при помощи особых чертежей, называемых кругами Эйлера. Для этого множества представляют в виде кругов, овалов или любых других
геометрических фигур.
В том случае, если множества А и В имеют
общие элементы, но ни одно из них не является
подмножеством другого, их изображают так, как
показано на рисунке (вариант а). Если множество В является множеством А, то
круг, изображающий множество В, целиком оказывается в круге, изображающем множество А (вариант б). Если А  В, то множества А и В изображают так,
как на рисунке (вариант в). Равные множества представляют в виде одного круга (вариант г). Если множества А и В не пересекаются то их изображают в виде
двух фигур, не имеющих общих точек (вариант д).
Домашнее задание.
1. Даны два множества: X = {2, 4, 6} и У={0, 2, 4, 6, 8}. Верно ли что: а) множества X и Y пересекаются; б) множество X является подмножеством множества Y; в) множество Р = {4, 0, 6, 8, 2} равно множеству Y?
2. Известно, что элемент а содержится в множестве А и в множестве В. Следует ли из этого, что А  В; В  А;
А=В.
3. Изобразите при помощи кругов Эйлера отношения между множествами С и О, если:
а) С - множество двузначных чисел, О = {3,43, 34, 56, 103};
б) С - множество двузначных чисел, О - множество четных натуральных чисел;
в) С - множество двузначных чисел, О - множество трехзначных чисел;
г) С - множество двузначных чисел, О - множество натуральных чисел, не меньших 10.
4. Какое из данных множеств является подмножеством другого:
а) А - натуральные числа, кратные 2; В - натуральные числа, кратные 6; С - натуральные числа, кратные 3.
б) А - треугольники; В - прямоугольные треугольники, С - остроугольные треугольники.
5. Из множества К = {216, 546, 153, 171, 234} выпишите числа, которые: а) делятся на 3; б) делятся на 9; в) не
делятся на 4; г) не делятся на 5. Есть ли среди полученных подмножеств такое, которое равно множеству К.
6. Изобразите при помощи кругов Эйлера отношения между всеми известными четырехугольниками.
7. Вспомните по два примера отношений между различными множествами из алгебры, геометрии и истории и
изобразите их при помощи символики или кругов Эйлера.
73
Пересечение множеств.
Из элементов двух и более множеств можно образовывать новые множества. Пусть даны два
множества: А = {2,4,6,8} и В = {5,6,7,8,9}. Образуем множество С, в которое включим общие элементы
множеств А и В, т.е. С = {6, 8}. Так полученное множество С называют пересечением множеств А и В.
Определение. Пересечением множеств А и В называется множество, содержащее все элементы, которые принадлежат множеству А и множеству В. Пересечение множеств А и В обозначают А  В. Таким образом, по определению,
А  В = {x x  А и x  В}. При помощи кругов Эйлера пресечением данных
множеств является штрихованная область.
Замечание: Если множества А и В не имеют общих элементов, то говорят, что их пересечение
пусто и пишут: А  В = Ø.
Выясним, как находить пересечение множеств в конкретных случаях.
Если элементы множеств А и В перечислены, то, чтобы их пересечение, достаточно перечислить
элементы, которые одновременно принадлежат множеству А и множеству В.
А как быть, если множества заданы характеристическими свойствами своих элементов?
Замечание: Характеристическое свойство множества А  В составляется из характеристических
свойств пересекаемых множеств с помощью союза «и».
Найдем, например, пересечение множества А - четных натуральных чисел и множества В - двузначных чисел. Характеристическое свойство элементов множества А - «быть четным натуральным
числом», а характеристическое свойство элементов множества В - «быть двузначным числом». Тогда,
согласно определению, элементы пересечения данных множеств должны обладать свойством «быть
четными натуральными и двузначными числами». Таким образом, множество А  В есть четные двузначные числа.
Домашнее задание:
1. Сформулируйте условия, при которых истинны следующие утверждения: а) 5  А  В; б) 7 А  В.
2. Известно, что х  А. Следует ли из этого, что х  А  В
3. Известно, что х  А  В. Следует ли из этого, что х  А.
4. Найдите пересечение множеств А И В, если:
а) А = {а, b, с, d, е, f}, В = {b, е, f, k};
б) А = {26, 39, 5, 58, 17, 81}, В = {17, 26, 58);
в) А = {26, 39, 5, 58, 17, 81}, В = {17, 26, 58, 5, 39, 81}.
5. Начертите два треугольника так, чтобы их пересечением: а) был треугольник; б) был отрезок; в) была точка.
6. Используя координатную прямую, найдите пересечение множеств решений неравенств, в которых х - действительное число:
а) x  2
б) x  3,7
в) x  5
x0
и
и
x4
и
x  7,5
г)  2  x  4
и
x  1
д)  7  x  5
и
6 x  2
7. Начертите две фигуры, принадлежащие пересечению множеств С и О, если С – множество ромбов, а О – множество прямоугольников.
8.Из каких элементов состоит пересечение множества букв в слове «математика» и множества букв в слове «геометрия»?
9. Придумайте по два примера на пересечение множеств из алгебры, геометрии и истории.
10. М - множество однозначных чисел, Р - множество нечетных натуральных чисел. Из каких чисел состоит пересечение данных множеств? Содержатся ли в нем числа -7 и 9?
11. А - множество точек окружности, В - множество точек прямой. Из скольких элементов может состоять пересечение данных множеств? Может ли оно быть пустым?
12.Начертите две фигуры, принадлежащие пересечению множеств С и О если
С – множество равнобедренных треугольников, а О – множество прямоугольных треугольников.
74
Объединение множеств.
Пусть даны два множества: А = {2,4,6,8} и В = {5,6,7,8,9}. Образуем множество С, в которое
включим элементы, принадлежащие хотя бы одному из данных множеств, т.е. множеству А или множеству В: С = {2, 4, 6, 8, 5, 7, 9}. Так полученное множество С называют объединением множеств А и В.
Определение. Объединением множеств А и В называется множество, содержащее все элементы, которые принадлежат множеству А или множеству В.
Объединение множеств А и В обозначают А  В. Таким образом, по определению,
А  В = {x x  А или x  В}. Изображением объединения множества А и В при
помощи кругов Эйлера является заштрихованная область.
Выясним, как находить объединение множеств в конкретных случаях.
Если элементы множеств А и В перечислены, то, чтобы найти А  В, достаточно перечислить
элементы, которые принадлежат множеству А или множеству В.
А как быть, если множества заданы характеристическими свойствами их элементов?
Замечание: Характеристическое свойство элементов множества А  В составляется из характеристических свойств элементов множеств А и В с помощью союза «или».
Найдем, например, объединение множества А - четных натуральных чисел и множества В - двузначных чисел. Так как свойство элементов множества А - «быть четным натуральным числом», а свойство элементов множества В - «быть двузначным числом», то в объединение данных множеств войдут
числа, характеристическое свойство которых - «быть четным натуральным или двузначным числом».
Домашнее задание.
1. Сформулируйте условия, при которых истинны следующие утверждения: а) 5  А  В; б) 7  А  В..
2. Известно, что x  А. Следует ли из этого: x  А  В.
3. Известно, что x  А  В. Следует ли из этого, что x  А.
4. Найдите объединение множеств Аи В, если:
а) А = {а, b, с, d, е, f}, В = {b, е, f, k};
б) А = {26, 39, 5, 58, 17, 81}, В = {17, 26, 58);
в) А = {26, 39, 5, 58, 17, 81}, В = {17, 26, 58, 5, 39, 81}.
5. Используя координатную прямую, найдите объединение множеств решений неравенств, в которых x – действительное число:
а) x  2 и x  0
б) x  3,7
в) x  5
и
x4
и
x  7,5
г)  2  x  4
и
x  1
д)  7  x  5
и
6 x  2
6. Начертить две фигуры, принадлежащие объединению множеств С и О, если С - множество ромбов, О - множество прямоугольников.
7. Назовите все множества, о которых идет речь в задаче:
а) У школы посадили 4 липы и 3 березы. Сколько всего деревьев посадили у школы?
б) У Коли было 6 книг. В день рождения ему подарили еще 4 книги. Сколько книг стало у Коли?
1. Из каких элементов состоит объединение множества букв в слове «математика» и множества букв в слове
«геометрия»?
2. Придумайте по два примера на объединение множеств из алгебры, геометрии и истории.
3. М - множество однозначных чисел, Р - множество нечетных натуральных чисел. Из каких чисел состоит объединение данных множеств? Содержатся ли в нем числа -7 и 9?
4. А - множество точек окружности, В - множество точек прямой. Из скольких элементов может состоять объединение данных множеств? Может ли оно быть пустым?
5. Начертите две фигуры, принадлежащие объединению множеств С и О если
С – множество равнобедренных треугольников, а О – множество прямоугольных треугольников.
75
Свойства пересечения и объединения множеств.
Утверждение 1: Пересечение и объединение множеств обладают переместительным (коммутативным) свойством: А  В = В  А и А  В = В  А.
Утверждение 2: Пересечение и объединение множеств обладают сочетательным (ассоциативным) свойством: (А  В)  С = А  (В  С) и (А  В)  С = А  (В  С).
Проиллюстрируем свойство ассоциативности при помощи кругов Эйлера. Рассмотрим ассоциативное свойство пересечения множеств. Изобразим множества А, В и С
в виде трех попарно пересекающихся кругов (рис. а). В выражении (А  В)  С
скобки определяют следующий порядок действий: сначала выполняется пересечение множеств А и В - оно показано на рисунке вертикальной штриховкой, а затем
находят пересечение полученного множества и множества С. Если выделить множество С горизонтальной штриховкой, то область, заштрихованная дважды, будет
изображать множество (А  В)  С.
Представим теперь наглядно множество А  (В  С). В соответствии с указанным порядком действий сначала надо найти пересечение множеств В и С - на рисунке б оно показано вертикальной штриховкой, а затем выполнить пересечение множества А с полученным множеством. Если отметить множество А горизонтальной
штриховкой, то область, заштрихованная дважды, и будет изображать множество
А  (В  С).
Как видим, области, представляющие множества (А  В)  С и А  (В  С)
одинаковы, что и подтверждает справедливость свойства ассоциативности для пересечения множеств.
Аналогично можно проиллюстрировать свойство ассоциативности и для объединения множеств.
Утверждение 3: Пересечение дистрибутивно относительно объединения множеств, т.е. для любых множеств А, В и С выполняется равенство: (А  В)  С = (А  С)  (В  С).
Утверждение 3 : Объединение дистрибутивно относительно пересечения множеств, т.е. для
любых множеств А, В и С выполняется равенство: (А  В)  С = (А  С)  (В  С).
Замечание: Если в выражении есть знаки пересечения и объединения множеств и нет скобок, то
сначала выполняют пересечение, так как считают, что пересечение более «сильная» операция, чем объединение.
Домашнее задание:
1. Известно, что x  А  В. Следует ли из этого:
а) x  В  А; б) x  А  В; с) x  В  А.
2. Определите порядок выполнения действий: а) А  В  С;
б)А  В  С;
в) А  В  С  Д;
г)
А  В  С  Д.
3. Даны множества: А - натуральных чисел, кратных 2; В - натуральных чисел, кратных 3; С - натуральных чисел,
кратных 5.
а) Изобразите при помощи кругов Эйлера данные множества и отметьте штриховкой область, изображающую множество А  В  С.
б) Сформулируйте характеристическое свойство элементов этого множества и назовите 3 элемента, которые ему принадлежат.
в) Верно ли, что А  В  С = (А  В)  (А  С)?
4. Даны множества: X - двузначных чисел, У- четных натуральных чисел, Р - натуральных чисел, кратных 4.
а) Укажите характеристическое свойство элементов каждого из множеств А и В, если А=X  Y  P,
В=X  (Y  P).
б) Изобразите множества X, Y и P при помощи кругов Эйлера и покажите области, представляющие множества А и В (для каждого случая выполните отдельный рисунок).
в) Верно ли, что 24  А; 23  В?
5. А - множество треугольников, В - множество ромбов, С - множество многоугольников, имеющих угол 60° .
Укажите характеристическое свойство элементов множества Х = А  С  В  С и начертите две фигуры, принадлежащие множеству X.
6. Верно ли, что если А  В, то А  В=А и А  В=В.
7. Проиллюстрировать свойства дистрибутивности, используя круги Эйлера.
8. Постройте три круга, представляющие попарно пересекающиеся множества А, В и С, и отметьте штриховкой
области, изображающие множества: а) А  В  С; б) А  В  С; в) (А  В)  С; г) (А  В)  С;
д)А  В  С; е) (А  С)  (В  С). Для каждого случая сделайте отдельный рисунок. Найдите выражения, которые представляют собой равные множества.
9.Докажите, что для любого множества А верны равенства: а)А  Ø = Ø; б)А  Ø = А; в)А  А = А; г)А  А = А.
76
Вычитание множеств. Дополнение множества.
Определение. Разностью множеств А и В называется множество, содержащее все элементы, которые принадлежат множеству А и не принадлежат множеству В. Разность множеств А и В обозначают А\ В. Тогда, по определению,
имеем: А\В = {x x  А и x  В}. При помощи кругов Эйлера разность множеств А
и В изображается заштрихованной областью.
В школьном курсе математики чаще всего приходится выполнять вычитание множеств в случае,
когда одно из них является подмножеством другого.
Определение. Пусть В  А. Дополнением множества В до множества А называется множество, содержащее все элементы множества А, которые не принадлежат множеству В. Дополнение обозначают символом В'А, а наглядно изображают так, как представлено на рисунке.
Из определений получаем, если В  А, то А\В = В'А .
Выясним, как находить дополнение подмножества на конкретных примерах.
Если элементы множеств А и В перечислены и В  А, то, чтобы найти дополнение множества В
до множества А, достаточно перечислить элементы, принадлежащие множеству А и не принадлежащие
множеству В. Так, если А = {1, 2, 3, 4, 5}, В= {2, 4}, то В'А = {1, 3, 5}.
Замечание: Если В  А, то характеристическое свойство элементов дополнения множества В до
множества А имеет вид {x x  А и x  В}.
Замечание: Считают, что пересечение - более «сильная» операция, чем вычитание. Объединение
считают равноправным вычитанию.
Свойства: Вычитание множеств обладает рядом свойств.
1) (А\В)\С=(А\С)\В
2) (А  В)\С=(А\С)  (В\С)
3) (А\В)  С=(А  С)\(В  С)
4) А\(В  С)=(А\В)  (А\С)
5) А\(В  С)=(А\В)  (А\С)
Домашнее задание:
1. Сформулируйте условия, при которых истинны следующие утверждения: а) 5  А\В; б) 7 А\В.
2. Известно, что x  А \ В. Следует ли из этого: x  А и x  В.
3. Найдите разность множеств А и В, если
а) А = {1, 2, 3, 4, 5, 6}, В = {2, 4, 6, 8, 10};
б) А = {1, 2, 3, 4, 5, 6}, В = Ø;
в) А = {1, 2, 3, 4, 5, 6}, В = {1, 3, 5};
г) А = {1, 2, 3, 4, 5, 6}, В = {6, 2, 3, 4, 5, 1}.
4. Даны множества: А - натуральных чисел, кратных 3, В - натуральных чисел, кратных 9.
а) Сформулируйте характеристическое свойство элементов множества В'А
б) Верно ли, что 123  В'А , а 333  В'А
5. Найдите дополнение множества Y до множества X, если:
а) Х - множество точек прямой АВ, Y- множество точек отрезка АВ;
б) X - множество точек квадрата, Y - множество точек круга, вписанного в этот квадрат;
6. Из каких чисел состоит дополнение:
а) множества натуральных чисел до множества целых;
б) множества рациональных чисел до множества действительных.
7. А - множество натуральных чисел, кратных 7, В - множество натуральных чисел, кратных 3, С - множество
четных натуральных чисел. Из каких чисел состоят множества:
а) (А  В)\С;
б) (А  В)\С;
в) А  С\В;
г) С  В\А.
8. Найдите дополнение множества Y до множества X, если X - множество прямоугольников, Y- множество квадратов.
9. Из каких чисел состоит дополнение:
а) множества целых чисел до множества рациональных;
б) множества действительных чисел до множества комплексных.
10. Придумайте по два примера дополнений одного множества до другого из алгебры, геометрии и истории.
11. При помощи кругов Эйлера постройте области, представляющие множества:  
а) А\(В  С);
б) (А  В)\С;
в) (А\С)  (В\С);
г) (А\В)  (А\С);
д) (А\В)  С;
е) (А  С)\(В  С); ж) (А\В)  (А\С);
з) А\(В  С).
Среди построенных множеств найдите равные. Для каждого случая выполните отдельный рисунок.
77
Разбиение множества на классы.
Определение: Любая классификация связана с разбиением некоторого множества объектов на
подмножества. При этом считают, что множество X разбито на классы Х1, Х2, …, Хn, …, если:
1) подмножества Х1, Х2, …, Хn, … попарно не пересекаются;
2) объединение подмножеств Х1, Х2, …, Хn, … совпадает с множеством X.
Замечание: Если не выполнено хотя бы одно из условий, то классификацию считают неправильной.
Например, если из множества X треугольников выделить подмножества равнобедренных, равносторонних и разносторонних треугольников, то разбиения мы не получим, поскольку подмножества
равнобедренных и равносторонних треугольников пересекаются (все равносторонние треугольники являются равнобедренными). В данном случае не выполнено первое условие разбиения множества на
классы.
Так как разбиение множества на классы связано с выделением его подмножеств, то классификацию можно выполнять при помощи свойств элементов множеств.
Пример. Рассмотрим множество натуральных чисел. Рассмотрим числа, обладающие свойством «быть кратным 3». Это свойство позволяет выделить из множества
натуральных чисел подмножество, состоящее из чисел, кратных 3. Тогда про остальные
натуральные числа можно сказать, что они не кратны 3, т.е. получаем еще одно подмножество. Так как выделенные подмножества не пересекаются, а их объединение совпадает с множеством натуральных чисел, то имеем разбиение этого множества на два класса. (Такую
классификацию называют дихотомической).
Рассмотрим теперь ситуацию, когда для элементов множества заданы два свойства:
«быть кратным 3» и «быть кратным 5». При помощи этих свойств из множества N
натуральных чисел можно выделить два подмножества: А - подмножество чисел,
кратных 3, и В - подмножество чисел, кратных 5. Эти множества пересекаются, но ни
одно из них не является подмножеством другого. Разбиения множества натуральных
чисел на подмножества А и В не произошло. Круг, изображающий множество N,
можно рассматривать как состоящий из четырех непересекающихся областей. Каждая область изображает некоторое подмножество множества N. Подмножество I состоит из чисел, кратных 3 и 5; подмножество II - из чисел, кратных 3 и не кратных 5; подмножество III - из чисел, кратных 5 и не кратных 3;
подмножество IV - из чисел, не кратных 3 и не кратных 5. Объединение этих четырех подмножеств есть
множество N. Таким образом, выделение двух свойств привело к разбиению множества N натуральных
чисел на четыре класса.
Не следует думать, что задание двух свойств элементов множества всегда приводит к разбиению этого множества на четыре класса. Например, при помощи таких
двух свойств «быть кратным 3» и «быть кратным 6» множество натуральных чисел
разбивается на три класса: I -класс чисел, кратных 6; II - класс чисел, кратных 3, но не
кратных 6; III - класс чисел, не кратных 3.
Домашнее задание:
1. Из множества Х = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12} выделим подмножества: а) четных и нечетных чисел; б)
чисел, кратных 2, кратных 3 и кратных 4; в) нечетных однозначных чисел и четных двузначных чисел. В
каком случае произошло разбиение множества X на классы?
2 . Из множества треугольников выделили подмножества: а) прямоугольные, равнобедренные, равносторонние;
б) остроугольные, тупоугольные, прямоугольные; в) равносторонние, прямоугольные, тупоугольные.
В каком случае произошло разбиение множества треугольников на классы?
3. На какие классы разбивается множество точек плоскости при помощи: а) окружности; б) круга; в) прямой?
4. Из множества четырехугольников выделили подмножество фигур с попарно параллельными сторонами. На
какие классы разбивается множество четырехугольников с помощью свойства «иметь попарно параллельные стороны»? Начертите по два четырехугольника из каждого класса.
5. На множестве четырехугольников рассматриваются два свойства: «быть прямоугольником» и «быть квадратом». На какие классы разобьется множество четырехугольников при помощи этих свойств? Начертите по
два четырехугольника из каждого класса. Изменится ли ответ в упражнении, если на множестве четырехугольников рассмотреть свойства: а)
«быть прямоугольником» и «быть ромбом»; б) «быть прямоугольником» и «быть трапецией»?
6. Придумайте по два примера разбиения на классы из курса алгебры, геометрии и истории.
78
УРОК 10. Алгебра логики. Элементарные высказывания.
Логика очень древняя наука.
1-й этап связан с работами ученого и философа Аристотеля (384-322 г.г. до н.э.). Он пытался найти ответ на
вопрос “Как мы рассуждаем”, изучал правила мышления. Аристотель впервые дал систематическое изложение
логики. Он подверг анализу человеческое мышление, его формы – понятие, суждение, умозаключение. Так возникла формальная логика.
2-й этап – появление математической, или символической, логики. Основы ее заложил немецкий ученый и
философ Г.В. Лейбниц (1646-1716). Он сделал попытку построить первые логические исчисления, считал, что
можно заменить простые рассуждения действиями со знаками, и привел соответствующие правила. Но он выдвинул только идею, а развил её окончательно англичанин Д. Буль (1815-1864). Буль считается основоположником
математической логики как самостоятельной дисциплины. В его работах логика обрела свой алфавит, свою орфографию и грамматику.
Логика – эта наука, изучающая законы и формы мышления; способы рассуждений и доказательств.
Основными формами мышления являются понятие, суждение, умозаключение.
Понятие – это форма мышления, выделяющая существенные признаки предмета или класса предметов,
позволяющих отличить их от других.
Содержание понятия – совокупность существенных признаков, отраженных в этом понятии. Например, содержание понятия персональный компьютер-это универсальное электронное устройство для автоматической обработки информации, предназначенное для одного пользователя.
Объем понятия – множество предметов, каждому из которых принадлежат признаки, составляющие содержание понятий.
Суждение (высказывание, утверждение) – это форма мышления, в которой что-либо утверждается или
отрицается о свойствах реальных предметов и отношениях между ними. Высказывание может быть либо истинным, либо ложным. Оно может быть либо простым, либо составным (сложным).
Вопросительные и восклицательные предложения не являются высказываниями, так как в них ни чего не
утверждается и не отрицается. Такие предложения называются высказывательной формой, заданной на множестве X. При подстановке в него значений переменной из множества X, высказывательная форма обращается в
высказывание.
Высказывания могут выражаться с помощью математических, физических, химических и прочих знаков.
Например: 5>3, H2O+SO2=H2SO4.
Умозаключение – это форма мышления, с помощью которой из одного или нескольких суждений может
быть получено новое суждение.
Посылками умозаключения по правилам формальной логики могут быть только истинные суждения. Тогда,
если умозаключение проводится в соответствии с правилами формальной логики, то оно будет истинным. В противном случае можно прийти к ложному умозаключению.
Алгебра высказываний была разработана для того, чтобы можно было определять истинность или ложность
составного высказывания, не вникая в их содержание.
Алгебра логики (алгебра высказываний) – раздел математической логики, изучающий строение (форму,
структуру) сложных логических высказываний и способы установления их истинности с помощью алгебраических методов.
79
Высказывания и высказывательные формы.
Языковой формой суждений являются повествовательные предложения. (Например, а) число 12 - четное; б) 2 + 5 > 8; в) х + 5 = 8). О первом предложении можно сказать, что оно несет верную информацию, а
втором предложении – ложную. Относительно предложения х + 5 = 8 вообще нельзя сказать: истинное
оно или ложное. Взгляд на предложение с позиции – истину или ложь оно нам сообщает – привел к понятию высказывания.
Определение: Высказыванием в математике называют предложение, относительно которого имеет
смысл вопрос: истинно оно или ложно. Высказывания принято обозначать прописными буквами латинского алфавита: А, В, С,..., Z.. Если высказывание А истинно, то записывают: А - «и», если же высказывание А - ложно, то пишут: А - «л». «Истина» и «ложь» называются значениями истинности высказывания. Каждое высказывание либо истинно, либо ложно, быть одновременно тем и другим оно не может.
Под высказыванием (суждением) будем понимать повествовательное предложение, относительно которого
можно сказать, истинно или ложно. Высказывания могут быть истинными или ложными. Истинному высказыванию соответствует значение логической переменной 1, а ложному – значение 0 .
Предложение х + 5 = 8 не является высказыванием, так как о нем нельзя сказать: истинно оно или
ложно. Однако при подстановке конкретных значений переменной х оно обращается в высказывание:
истинное или ложное.
Определение: Высказывательной формой, заданной на множестве X, называется предложение с
переменной, которое обращается в высказывание при подстановке в него значений переменной из множества X. По числу переменных, входящих в высказывательную форму, различают одноместные, двухместные и т.д. высказывательные формы и обозначают: А(х), А(х, у) и т.д. (Например, х + 5 = 8 - одноместная
высказывательная форма, а предложение «Прямая х параллельна прямой у» - двухместная). Следует иметь в виду, что
в высказывательной форме переменные могут содержаться неявно. (Например, в предложениях: «число четное», «две прямые пересекаются» переменных нет, но подразумевается: «Число х - четное», «Прямые х и у пересекаются»).
Определение: Задание высказывательной формы, как правило, предполагает и задание того множества, из которого выбираются значения переменной, входящей в высказывательную форму. Это
множество называется областью определения высказывательной формы. (Например, неравенство х < 5
можно рассматривать на множестве натуральных чисел, а на множестве действительных чисел. Тогда в первом случае пастью определения неравенства х < 5 будет {1, 2, 3, 4}, а во втором - множество действительных чисел, меньших 5).
Определение: Среди всех возможных значений переменной нас в первую очередь интересуют те,
которые обращают высказывательную форму в истинное высказывание. Множество таких значений переменных называют множеством истинности высказывательной формы. (Например, множеством истинности высказывательной формы х > 5, заданной на множестве действительных чисел, будет промежуток (5; + ∞). Множество
истинности высказывательной формы х + 5 = 8, заданной на множестве целых неотрицательных чисел, состоит из одного
числа 3). Условимся обозначать множество истинности высказывательной формы буквой Т. Тогда, со-
гласно определению, всегда Т  Х.
Замечание: В логике считают, что из двух и более предложений можно образовать новое предложение. Для этого используют союзы «и»; «или»; «если ..., то ...»; «тогда и только тогда»; частицы «не»
или словосочетания «неверно, что», которые называют логическими связками. Предложения, образованные из других предложений с помощью логических связок, называют составными. Предложения, не
являющиеся составными, называют элементарными.
Построим алгебру логики.
В этой алгебре каждая переменная x, y, z, … принимает значение {0,1}. Никаких других значений переменная принимать не может.
Зададим функцию алгебры логики. Для этого мы должны задать область определения D(x) и область значений функции E(x). f: D(x) → E(x).
~
Областью определения D(x) функции f будет являться множество наборов x длины n, состоящих
из наборов переменных xi, где каждая переменная xi принимает значения 0 или 1.
~
D(x) = { x =( x1, x2, … , xn), xi =(0, 1), i=1, 2, …, n}
Областью значений E(x) функции f будет являться либо 0, либо 1. Функция, либо истинна, либо ложна. E(x) = (0, 1).
Как же нам реально задать функцию алгебры логики?
Для этого существуют 2 способа: наглядный (с помощью таблицы) и аналитический (с помощью формулы).
80
Элементарные функции алгебры логики.
1. Константа (постоянная). Существуют 2 константы: ложь (0) и истина (1).
2. Тождественная функция.
xx
3. Отрицание. x
Отрица́ние в логике — унарная операция над суждениями, результатом которой является суждение (в известном смысле) «противоположное» исходному. Обозначается знаком ¬ перед или чертой над суждением.
Синоним: логическое "НЕ".
Построим таблицу истинности.
x
x
0
1
1
0
Как в классической, так и в интуиционистской логике «двойное отрицание» ¬¬A является следствием суждения A, то есть имеет место тавтология:
.
Обратное утверждение
верно в классической логике (закон двойного отрицания), но не имеет
места в интуиционистской. То есть, отрицание отрицания искомого утверждения не может служить интуиционистским доказательством, в отличие от классической логики. Это различие двух логических систем
обычно полагается главным.
81
Элементарные функции от двух переменных.
1. КОНЪЮНКЦИЯ. от латинского conjunctio - союз, связь.
Конъюнкцией высказываний А и В называется высказывание А  В, которое истинно, когда оба высказывания истинны, и ложно, когда хотя бы одно из этих высказываний ложно.
Определение конъюнкции можно записать с помощью таблицы, называемой
таблицей истинности. Таблица истинности для этой функции имеет вид:
Логические связки конъюнкции – союзы «и», «а», «но», «однако», «не только..., но и ...».
Конъюнкцию также можно обозначить знаком: А&В, А*В.
Пример 1. "У кота есть хвост" (высказывание А), "У зайца есть хвост" (высказывание В). Тогда высказывание "У кота есть хвост и у зайца есть хвост" есть конъюнкция высказываний А^В. Оно будет
истинно, т.к. истинны оба высказывания А и В.
Пример 2. "У кота длинный хвост" (высказывание С), "У зайца длинный хвост" (высказывание D).
Тогда высказывание "У кота длинный хвост и у зайца длинный хвост" есть конъюнкция высказываний
С^Д. Оно будет ложным, т.к. ложно высказывание D.
2. ДИЗЪЮНКЦИЯ. от латинского disjunctio - разобщение, различие.
Дизъюнкцией высказываний А и В называется высказывание А  В, которое истинно, когда истинно хотя бы одно из этих высказываний, и ложно, когда оба высказывания ложны. Таблица истинности дизъюнкции имеет вид:
Логическая связка конъюнкции – союз «или».
Пример. Рассмотрим сложное единичное высказывание: «Летом я поеду в деревню или в туристическую поездку». Обозначим через А простое высказывание «Летом я поеду в деревню», а через В простое высказывание «Летом я поеду в туристическую поездку». Тогда логическое выражение сложного высказывания имеет вид А  В, и оно будет ложным только, если ни одно из простых высказываний не будет истинным.
3. БУЛЕВА СУММА.
Булевой суммой высказываний А и В называется высказывание А  В, которое
истинно, когда истинно только одно из высказываний А или В, и ложно, когда оба
высказывания принимают одинаковое значение истинности. Таблица истинности булевой суммы имеет вид:
Такая операция естественным образом возникает в кольце вычетов по модулю 2.
При сложении чётного количества единиц, результатом будет “0”, а при сложении нечётного числа единиц, результат станет равен “1”.
Логическая связка булевой суммы – союз «либо … либо».
Операция “булевой суммы” выражается: А  В  А  В  ( А  В )  ( А  В)
Пример. Обозначим через А простое высказывание «Я буду сдавать экзамен по математике», а через В - простое высказывание «Я буду сдавать экзамен по физике». Тогда истинное значение высказывания А  В примет вид «Либо я буду сдавать экзамен по математике, либо по физике».
4. ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ
Эквивалентностью высказываний А и В называется высказывание А~В, которое
истинно, когда оба высказывания принимают одинаковое значение истинности, и
ложно, когда ложно только одно из высказываний А или В.
Таблица истинности для этой функции имеет вид:
Логические связки эквивалентности – «если и только если», «тогда и только тогда, когда».
Эквивалентность также можно обозначить знаком: А  В, А  В.
Операция “эквивалентность” выражается: А  В  ( А  В)  ( А  В )  ( А  В)  ( А  В )
Пример. «Числа X1 и X2 являются корнями квадратного уравнения ax2+bx+c=0 тогда и только тогда, когда x1 + x2 = - b/a , x1 • x2 = c/a».
Доказательство предлагаю на самостоятельное рассмотрение.
82
5. ИМПЛИКАЦИЯ. от латинского implico - тесно связываю.
Импликацией высказываний А и В называется высказывание А  В, которое
ложно, когда А истинно, а В ложно, и истинно во остальных случаях.
Таблица истинности для этой функции имеет вид:
Логические связки импликации – «если …, то …», «когда…,тогда…», «коль
скоро…, то…». Здесь высказывание, расположенное после слов «если», «когда»,
«коль скоро» называется основанием или посылкой, а высказывание, расположенное после слов «то»,
«тогда» называется следствием или заключением.
Импликацию также можно обозначить знаком: А  В
Операция “импликация” выражается: А  В  А  В , или ( А  В)  А  В
Пример 1: Утверждение "если каждое слагаемое делится на 3, то и сумма делится на 3" истинно,
т.е. из высказывания "каждое слагаемое делится на 3" следует высказывание "сумма делится на 3". Посмотрим, какие наборы значений истинности посылки и заключения возможны, когда истинно все
утверждение. Возьмем, например, в качестве слагаемых числа 6 и 9. В этом случае истинны и посылка,
и заключение, и все утверждение. Если же взять числа 4 и 5, то посылка будет ложной, а заключение
истинным. Для чисел 4 и 7 и посылка и заключение ложны. (Если Вы сомневаетесь в истинности высказывания для последнего случая попробуйте произнести его в сослагательном наклонении: если бы числа
4 и 7 делились бы на 3, то и их сумма делилась бы на 3). Очевидно, что только один случай невозможен:
мы не найдем таких двух слагаемых, чтобы каждое из них делилось на 3, а их сумма не делилась на 3,
т.е. чтобы посылка была истинной, а заключение ложным. Из истины не может следовать ложь, иначе
логика теряет смысл.
Пример 2. (первая теорема Больцано-Коши – о нуле функции) Если функция непрерывна на промежутке I и в двух его точках А и В принимает значения разных знаков, то по крайней мере в одной
точке С между А и В функция обращается в нуль, т.е. f(С)=0
6. ШТРИХ ШЕФФЕРА
Штрихом Шеффера высказываний А и В называется высказывание А I В, которое ложно, когда оба высказывания истинны, и истинно во остальных случаях.
Таблица истинности для этой функции имеет вид:
Операция “ штрих Шеффера” выражается: АВ  ( А  В)
7. СТРЕЛКА ПИРСА
Импликацией высказываний А и В называется высказывание А  В, которое
истинно, когда оба высказывания ложны, и ложно во остальных случаях.
Таблица истинности для этой функции имеет вид:
Операция “ стрелка Пирса” выражается: А  В  ( А  В)
83
Законы алгебры логики.
ЗАКОН ТОЖДЕСТВА. А = А
ЗАКОН НЕПРОТИВОРЕЧИЯ. А  А  0
ЗАКОН ИСКЛЮЧЕННОГО ТРЕТЬЕГО. А  А  1
ЗАКОН ДВОЙНОГО ОТРИЦАНИЯ. А  А
01
А 0  А
ЗАКОНЫ КОНСТАНТ.
А11
А0  0
А 1  А
ЗАКОНЫ ИДЕМПОТЕНТНОСТИ.
ЗАКОНЫ КОММУТАТИВНОСТИ.
ЗАКОНЫ АССОЦИАТИВНОСТИ.
ЗАКОНЫ ДИСТРИБУТИВНОСТИ.
ЗАКОНЫ ПОГЛОЩЕНИЯ.
ЗАКОНЫ ДЕ МОРГАНА.
А А А
А А  А
А В  В А
А В  В  А
А  ( В  С )  ( А  В)  С
А  ( В  С )  ( А  В)  С
А  ( В  С )  ( А  В)  ( А  С )
А  ( В  С )  ( А  В)  ( А  С )
А  ( А  В)  А
А  ( А  В)  А
( А  В)  А  В
( А  В)  А  В
ЗАКОНЫ ЗАМЕНЫ ИМПЛИКАЦИИ.
АВ  АВ
АВ  В  А
А  В  ( А  В )  ( А  В)
ЗАКОНЫ ЗАМЕНЫ ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ.
А  В  ( А  В )  ( А  В)
А  В  ( А  В)  ( В  А)
84
Высказывания с кванторами.
Мы выяснили, что среди математических предложений есть высказывания и высказывательные
формы. Для того, чтобы высказывательную форму преобразовать в высказывание, достаточно вместо
каждой из переменных, входящих в форму, подставить ее значение. Однако существуют и другие способы получения высказываний из высказывательных форм.
Определение: Выражение «для всякого х» в логике называется квантором общности по переменной х и обозначается символом  х. Запись  х, (А(х)) означает: «для всякого значения х предложение
А(х) - истинное высказывание».
Определение: Выражение «существует х такое, что ...» в логике называется квантором существования по переменной х и обозначается символом  х. Запись  х, (А(х)) означает: «существует такое
значение х, что А(х) -истинное высказывание».
Замечание : Если задана одноместная высказывательная форма А(х), то чтобы превратить ее в высказывание, достаточно связать квантором общности или существования содержащуюся в ней переменную. Заметим, что в математике наряду со словом «всякий» употребляют слова «каждый», «любой», а
со словом «существует» используют слова «некоторые», «найдется», «есть», «хотя бы один».
Задача 1. Установить, истинны или ложны следующие высказывания:
а)  х  {0, 1, 4}, значение выражения (4 - х):(2х + 1) есть число целое. – ИСТИННО.
Действительно, чтобы убедиться в истинности данного высказывания, достаточно показать, что при подстановке каждого числа из множества {0, 1, 4} в выражение (4-х):(2х + 1) получается целое число. Пусть х = 0, тогда (4-0):(2-0 + 1) = 4;
если х = 1,то (4-1):(2-1 + 1) = 1; если х = 4,то (4-4):(2-4 + 1) = 0.
б) Произведение двух любых последовательных натуральных чисел кратно 2.
Докажем методом математической индукции.
– Пусть x = 1, тогда x*(x+1) = 1*2 = 2 – кратно 2.
– Пусть x = n, и пусть выражение n*(n+1) тоже кратно 2.
– Пусть x = n+1. Покажем истинность утверждения. (n+1)(n+2) = n2+3n+2 = (n2+n)+(2n+2) = (n*(n+1))+(2(n+1)). n*(n+1)
кратно 2 согласно вышеописанному. 2(n+1) – кратно 2, и это очевидно. сумма кратных чисел также кратно. Что и требовалось доказать.
в) Всякое натуральное число делится на 5. – ЛОЖНОЕ.
Убедиться в этом можно, назвав натуральное число, которое не делится на 5, например число 12.
Утверждение 1: Истинность высказывания с квантором общности устанавливается путем доказательства. Показать ложность таких высказываний можно, приведя контрпример.
Задача 2. Установить, истинны или ложны следующие высказывания:
а) Среди треугольников есть прямоугольные. – ИСТИННО.
Чтобы убедиться в истинности такого высказывания, достаточно привести пример. В данном случае прямоугольный
треугольник можно начертить.
б) Некоторые прямоугольные треугольники являются равносторонними. – ЛОЖНО.
Если треугольник прямоугольный, то в нем один угол равен 90°, а в равностороннем все углы 60°. Следовательно, ни
один прямоугольный треугольник не может быть равносторонним. Поэтому данное высказывание ложное.
Утверждение 2: Истинность высказывания с квантором существования устанавливается при помощи конкретного примера. Чтобы убедиться в ложности такого высказывания, необходимо провести
доказательство.
Домашнее задание:
1. Выделите квантор и высказывательную форму в высказываниях: «всякий прямоугольник является четырехугольником», «хотя бы одно из чисел первого десятка составное» Переформулируйте высказывания, заменив
квантор его синонимом.
3. Прочтите следующие записи, заменив символические обозначения кванторов общности и существования их
словесными выражениями: а)  x  R,x2-1=(x-1)(x+1); б)  y  Z, 5-y=5; в)  x  Z, y+3>0; г)  x  Q, x+3<0.
4. Запишите следующие предложения, используя символические обозначения кванторов:
а) Существует такое натуральное число х, что х + 5 = 9; б)Каково бы ни было число х, х + 0 = х;
в)Уравнение ах2 + Ьх + с = 0 имеет хотя бы один корень.
5. Запишите, используя символы, следующие высказывания и определите их значения истинности: а) Всякое число, умноженное на нуль, есть нуль; б) Произведение любого числа и единицы равно этому числу; в) При делении
нуля на любое другое число получается нуль; г) Квадрат любого числа неотрицателен.
6. Установите, какие из высказываний истинны, а какие ложны. а)При делении некоторых натуральных чисел на
5, в остатке получается 7; б)существуют числовые выражения, значения которых нельзя найти; в) во всяком четырехугольнике диагонали равны
7. Докажите или опровергните высказывания: а) существуют уравнения, множество решений которых пусто; б)
Сумма двух четных чисел есть число четное; в) Всякое целое число является натуральным; г) Хотя бы одно натуральное число является решением уравнения х=2.
8. Приведите по три утверждения высказываний с квантором общности и по три утверждения с квантором существования из курса алгебры и геометрии. Докажите или опровергните эти утверждения.
85