Готовимся к экзамену по информатике

ИНФОРМАТИКА

Готовимся к экзамену по информатике

Е.А. Еремин, В. И. Чернатынский, А. П. Шестаков,

г. Пермь

БИЛЕТ № 1

1. Информация. Свойства информации. Единицы измерения количества информации.

2. Основы языка разметки гипертекста (HTML).

3. Практическое задание на поиск информации в глобальной компьютерной сети Интернет. I

1. Информация. Свойства информации. Единицы измерения количества информации

Базовые понятия

Информация, подходы к определению информации, виды информации, свойства информации; бит, байт, килобайт; вероятностный подход к измерению информации, объемный подход к измерению информации.

Обязательно изложить

Информация относится к фундаментальным, неопределяемым понятиям науки информатика. Тем не менее, смысл этого понятия должен быть разъяснен. Предпримем попытку рассмотреть это понятие с различных позиций.

Термин информация происходит от латинского слова informatio, что означает сведения, разъяснения, изложение. В настоящее время наука пытается найти общие свойства и закономерности, присущие многогранному понятию информация, но пока это понятие во многом остается интуитивным и получает различные смысловые наполнения в различных отраслях человеческой деятельности:

* в быту информацией называют любые данные, сведения, знания, которые кого-либо интересуют. Например, сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либо деятельности и т. п.;

* в технике под информацией понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов (в этом случае есть источник сообщений, получатель (приемник) сообщений, канал связи);

* в кибернетике под информацией понимают ту часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т. е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы;

* в теории информации под информацией понимают сведения об объектах и явлениях окружающей От редакции. В № 6—9 мы опубликовали материалы для подготовки к экзамену в 9-м классе. Начиная с этого номера, будут публиковаться материалы для 11-го класса. При этом мы рассматриваем билеты для уровня Б (см. № 5), так как билеты для уровня, А являются их подмножеством среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся степень неопределенности, неполноты знаний о них.

Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т. п.), несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объем сообщения.

Информация может существовать в виде:

* текстов, рисунков, чертежей, фотографий;

* световых или звуковых сигналов;

* радиоволн;

* электрических и нервных импульсов;

* магнитных записей;

* жестов и мимики;

* запахов и вкусовых ощущений;

* хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства организмов;

* и т. д. (приведите примеры других видов существования информации).

Свойства информации (с точки зрения бытового подхода к определению информации):

* релевантность — способность информации соответствовать нуждам (запросам) потребителя;

* полнота — свойство информации исчерпывающе (для данного потребителя) характеризовать отображаемый объект или процесс;

* своевременность — способность информации соответствовать нуждам потребителя в нужный момент времени;

* достоверность — свойство информации не иметь скрытых ошибок. Достоверная информация со временем может стать недостоверной, если устареет и перестанет отражать истинное положение дел;

* доступность — свойство информации, характеризующее возможность ее получения данным потре-бителем;

* защищенность — свойство, характеризующее невозможность несанкционированного использования или изменения информации;

* эргономичность — свойство, характеризующее удобство формы или объема информации с точки зрения данного потребителя.

1 бит — минимальная единица измерения информации, при вероятностном подходе к измерению информации, принятом в теории информации, это количество ин-формации, уменьшающее неопределенность знаний в 2 раза.

Связь между единицами измерения информации:

** 1 байт = 8 бит,

* 1 Кб (килобайт) = 2ю (1024) байт = 213 бит;

* 1 Мб (мегабайт) = 210 (1024) Кб = = 2го (1 048 576) байт = 223 бит;

* 1 Гб (гигабайт) = 210Мб = 220 Кб = 230 байт =

= 233 бит;

* 1 Тб (терабайт) = 210 Гб = 220Мб = 230 Кб = = 240 байт = 243 бит.

При объемном подходе к измерению информации, характерном для компьютерной обработки данных, информативность сообщения определяется количеством символов, его составляющих.

Желательно изложить

Сравнительная характеристика различных подходов к определению термина «информация». Место информации в системе «вещество, энергия, информация» .

Легализация понятия «информация» с точки зрения компьютерной обработки данных разнообразной природы.

Понятие информации в философии.

Примеры, характеризующие свойства информации, определяемой с бытовой точки зрения.

Детализация понятия «бит» с точки зрения вероятностного подхода к измерению информации. Философские и математические аспекты. Примеры.

Пример решения задачи с использованием разных единиц измерения информации.

Примечания для учителей

— Изучаемый вопрос находится на стыке философии, информатики, математики. Границы принадлежности указанного материала к той или иной науке достаточно условны. Важно донести это до учащихся. Проблемы введения понятия «информация» как фундаментального понятия информатики можно сравнить с проблемами аксиоматического подхода к изучению стереометрии в школьном курсе геометрии.

Чаще всего абстрактные вопросы малоинтересны уча-щимся, вызывают внутреннее отторжение. Поэтому в данной ситуации важен мотивационный момент.

Примечание для учеников

Первая часть вопроса представляется достаточно сложной, затрагивает определенные философские проблемы. Необходимо сравнить, как определяется понятие «информация» в различных литературных и учебных ис-точниках,-привлечь дополнительные материалы.

Ссылка на материалы вопроса

" Информатика" № 13, с. 9 — 11; № 18, с. 19/2002.

2. Основы языка разметки гипертекста (HTML) Базовые понятия

Разметка документа, языки разметки документов, Hyper Text Markup Language, тэг (tag), структура HTML-документа, основные тэги HTML.

Обязательно изложить

Hyper Text Markup Language (HTML) является стандартным языком, предназначенным для создания ги-пертекстовых документов в среде Web. HTML-документы могут просматриваться различными типами браузеров (специальными программами, интерпретирующими такого рода гипертекстовые документы), наиболее известным из которых является Internet Explorer. В отличие от документов, например текстового процессора Microsoft Word, документы в формате HTML не организованы по принципу WYSIWYG (What You See Is What You Get — что видишь, то и получишь [при выводе на печать или монитор]). Когда документ создан с использованием HTML, браузер должен интерпретировать HTML для выделения различных элементов документа и первичной их обработки с целью их дальнейшего отображения в виде, задуманном автором.

Большинство документов имеют стандартные элементы, такие, как заголовки, параграфы или списки. Используя тэги (команды) HTML, можно обозначать данные элементы, обеспечивая браузеры минимальной информацией для их отображения, сохраняя в целом общую структуру и информационную полноту документов. В большинстве случаев автор документа строго определяет внешний вид документа. В случае HTML читатель (основываясь на возможностях браузера) может в определенной степени управлять внешним видом документа (но не его содержимым). HTML позволяет отметить, где в документе должен быть заголовок или абзац, при помощи тэга HTML, а затем предоставляет браузеру интерпретировать эти тэги.

Общая структура тэга и его содержимого такова: <�тэг параметр₁=значение₁ параметр₂=значение₂… параметр_К=значение_К>содержимое элемента</тэг>

Любой HTML-документ имеет следующую структуру:

Заголовок содержит служебную информацию, в част-ности, предназначенную для поисковых систем.

Все тэги, которые предназначены для оформления до-кумента, могут быть условно разделены на несколько групп:

* форматирование;

* верстка таблиц;

* верстка списков;

* формирование гиперссылок;

* вставка изображений.

Тэт верстки, таблиц позволяют формировать и отображать таблицы произвольной сложности. Вообще дизайне-ры довольно часто используют таблицы для оформления страниц, помещая в них меню, текст, рисунки и т. д.

Тэги верстки списков позволяют формировать маркированные и нумерованные списки.

Гипертекстовый документ невозможно представить себе без ссылок на другие документы (внутренние или внешние). Ссылки формирует тэг <�А>…</А> -с обязательным параметром HREF.

Тэг для отображения рисунков — . Он не имеет закрывающегося тэга и содержит обязательный параметр SRC, значением которого является адрес файла с рисунком {относительный, т. е. на данном сайте, но, например, в другом каталоге, или абсолютный, если рисунок, например изображение счетчика, подгружается с другого сайта).

Современные web-конструкторы и дизайнеры пользуются не только HTML, но и рядом его расширений, например, каскадными таблицами стилей (CSS), управляют содержанием страниц средствами программирования.

Желательно изложить

Примеры других программных продуктов для разметки документов, принцип их действия.

Заголовок HTML-документа и назначение его элементов.

Тэги форматирования текста и примеры их использования.

Тэги верстки таблиц и примеры их использования.

Тэги верстки списков и примеры их использования.

Графические форматы для web. Правила сохранения изображений для web, требования к изображениям. Параметры тэга IMG.

Понятие о CSS, языках программирования для web. Исполнение программ и скриптов на стороне сервера и клиента.

Примечания для учителей

Вопрос билета является в достаточной мере объемным, поэтому наилучшее запоминание и усвоение ма-териала может быть достигнуто хорошей его структуризацией.

Следует отметить, что учащиеся, занимавшиеся версткой web-страниц без использования визуальных редакторов (Front Page и др.), окажутся в гораздо более выигрышном положении перед учащимися, выполнявшими такого рода работу только с помощью указанных редакторов.

Примечание для учеников

Для успешного освоения материала данного вопроса достаточно сверстать вручную (без использования визуального редактора) 2—3 страницы HTML-документов. Это поможет понять смысл и назначение основных тэгов HTML.

Использованные источники информации

1. Усенков Д. Уроки web-мастера. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001, 432 с.

2. Мат&риалы вопроса // «Информатика» № 5, с. 13−22, 2003.

3. Практическое задание на поиск информации в глобальной компьютерной сети Интернет

Принципы составления задания

При составлении заданий следует учесть, чтобы искомая информация была достаточно доступной, актуальной, представляла познавательный интерес для учащихся. В случае невозможности реального поиска в глобальной сети следует воспользоваться программами — имитаторами поиска или осуществлять поиск в локальной сети (Еремин Е. А. Имитатор поиско-вой машины как эффективное средство обучения поиску информации в Интернете. // «Информатика» № 45, с. 15−20, 2001).

Примеры заданий

" Информатика" № 5, с. 13—22, 2003.

БИЛЕТ № 2

1. Информационные процессы. Хранение, передача и обработка информации.

2. Основы алгоритмического программирования (типы данных, операторы, функции, процедуры и т. д.).

3. Основные этапы инсталляции программного обеспечения. Практическое задание. Инсталляция программы с носителя информации (дискет, дисков CD-ROM).

1. Информационные процессы. Хранение, передача и обработка информации

Базовые понятия

Информационный процесс, восприятие информации, передача информации, получение информации, обработка информации, хранение информации, информационная деятельность человека

Обязательно изложить

Под информационным, понимают процесс, связанный с определенными операциями над информацией, в ходе которого может измениться содержание информации или форма ее представления. В информатике к таким процессам относят получение, хранение, передачу, обработку, использование информации.

Получение информации основано на отражении различных свойств объектов, явлений и процессов окружающей среды. В природе такого рода отражение выража-ется в восприятии с помощью органов чувств. Человек пошел дальше по этому пути и создал множество приборов, которые многократно усиливают природные способности к восприятию.

Человек воспринимает с помощью органов чувств следующую информацию:

* визуальная (восприятие зрительных образов, различение цветов и т. д.) — с помощью зрения;

* звуковая (восприятие музыки, речи, сигналов, шума и т. д.) — с помощью слуха;

* обонятельная (восприятие запахов) — с помощью обоняния;

* вкусовая (восприятие посредством вкусовых рецепторов языка) — с помощью вкуса;

* тактильная (посредством кожного покрова восприятие информации о температуре, качестве предметов и т. д.) — с помощью осязания.

Хранение информации имеет большое значение для многократного использования информации, передачи информации во времени.

Передача информации необходима для того или иного ее распространения. Простейшая схема передачи такова:

источник информации — канал связи — приемник {получатель) информации Для передачи информации с помощью технических средств необходимо кодирующее устройство, предназначенное для преобразования исходного сообщения источника информации к виду, удобному для передачи, и декодирующее устройство, необходимое для преобразования кодированного сообщения в исходное.

Обработка информации подразумевает преобразование ее к виду, отличному от исходной формы или содержания информации.

Наиболее общая схема обработки информации такова: входная информация — преобразователь информации — выходная информация Процесс изменения информации может включать в себя, например, такие действия: численные расчеты, редактирование, упорядочивание, обобщение, систематизация и т. д.

Деятельность человека, которая связана с процессами получения, преобразования, накопления, передачи и использования информации, управления, называют информационной деятельностью.

Основные вехи в процессе развития и совершенство-вания информационной деятельности человека перечислены ниже.

Появление речи. Значительно расширило возможности информационной деятельности человека, в особенности передачи информации.

Возникновение письменности. Дало возможность долговременного хранения информации и передачи накопленных знаний и культурных ценностей последующим поколениям.

Изобретение книгопечатания. Революция в мире тиражирования знаний, хранящихся в письменном виде. Расширение научной информации, развитие художественной литературы и т. д.

Изобретение ЭВМ — универсальных инструментов информационной деятельности.

Желательно изложить

Провести аналогию между информационной деятельностью человека и реализацией информационных процессов в электронных вычислительных машинах. Привести примеры информационной деятельности человека.

Охарактеризовать основные вехи в процессе развития и совершенствования информационной деятельности человека. Почему компьютер является универсальным инструментом информационной деятельности?

Примечание для учителей

Данный вопрос является общим по информационным процессам. Детализированное изложение предполагается в других билетах. Поэтому следует ограничиться общим обзором с примерами по каждому виду деятельности.

Примечание для учеников

Необходимо выполнить полный обзор информационных процессов, привести примеры по каждому из них. Обзор выполнить в общем виде, подробности излагаются в других билетах.

Ссылка

" Информатика" № 13, с. 9—13, 2002.

2. Основы алгоритмического программирования (типы данных, операторы, функции, процедуры и т. д.)

Базовые понятия

Аргументы и результаты алгоритма, промежуточные величины.

Тип данных (определяет, какие значения может при-нимать величина, какие операции над ней можно выполнять и как она хранится в памяти машины).

Простые и сложные типы данных. Простому типу соответствует только одно текущее значение, а сложный объединяет несколько.

Операторы: присваивания и управляющие (развил-ка, цикл).

Процедура и функция.

Обязательно изложить

Примечание. Изложение стоит вести применительно к тому языку программирования, который изучался в школе. Из-за наличия некоторых особенностей языков данное замечание может в некоторых деталях оказаться существенным.

В программировании налицо две взаимосвязанные составляющие процесса решения задачи: собственно данные и инструкции по их обработке, т. е. алгоритм.

Рассмотрение начнем с первой составляющей — данных. По роли данных в алгоритме различают исходные (входные) данные, выходные (чаще говорят — резуль-тат) и рабочие (промежуточные) данные.

Каждая величина в алгоритме имеет свой тип. Тип величины определяет, какие значения может принимать величина, какие операции над ней можно выполнять и как она хранится в памяти машины.

БИЛЕТ № 5

1. Функциональная схема компьютера (основные устройства, их взаимосвязь). Характеристики современных персональных компьютеров.

2. Технология объектно-ориентированного: программирования (объекты, их свойства и методы, классы объектов).

3. Задача. Определение результата выполнения алгоритма по его блок-схеме или записи на языке программирования.

1. Функциональная схема компьютера (основные устройства, их взаимосвязь). Характеристики современных персональных компьютеров

Базовые понятия

Функциональные устройства компьютера: процессор, память (внутренняя и внешняя), устройства ввода и вывода информации.

Шина (информационная магистраль) — основное устройство для переноса информации между блоками компьютера. Ее составляющие: шина адреса, шина данных и шина управления.

Основные характеристики компьютера: процессор — тактовая частота; ОЗУ и видеопамять — объем; набор периферийных устройств и возможности их расширения.

Обязательно изложить

Современный компьютер есть сложное электронное устройство, состоящее из нескольких важных функциональных блоков, взаимодействующих между собой.

Главным устройством компьютера является процессор. Он служит для обработки информации и, кроме того, обеспечения согласованного действия всех узлов, входящих в состав компьютера.

Для хранения данных и программы их обработки в компьютере предусмотрена память. Информация по решаемым в данный момент задачам хранится в опе-ративном запоминающем устройстве (ОЗУ). Для сохранения результатов необходимо использовать носи-тель внешней памяти, например, магнитный или оптический диск.

Для задания исходных данных и получения информации о результатах необходимо дополнить компьютер устройствами ввода и вывода.

Все устройства компьютера взаимодействуют между собой единым способом через посредство специальной информационной магистрали или шины. Непос-редственно к шине подсоединяются процессор и внутренняя память (ОЗУ и ПЗУ). Остальные устройства для согласования с шиной имеют специальные контроллеры, назначение которых состоит в обеспечении стандартного обмена информацией через шину. Шина компьютера состоит из трех частей:

* шина адреса, на которой устанавливается адрес требуемой ячейки памяти или устройства, с которым будет происходить обмен информацией;

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

* шина управления, регулирующая этот процесс.

Рассмотрим в качестве примера, как процессор читает содержимое ячейки памяти. Убедившись, что шина свободна, процессор помещает на шину адреса требуемый адрес и устанавливает необходимую служебную информацию (операция — чтение, устройство — ОЗУ и т. п.) на шину управления. ОЗУ, «увидев» на шине обращенный к нему запрос на чтение информации, извлекает содержимое необходимой ячейки и помещает его на шину данных (разумеется, реальный процесс значительно более детальный).

Подчеркнем, что на практике функциональная схема может быть значительно сложнее: компьютер мо-жет содержать несколько процессоров, прямые информационные каналы между отдельными устройствами, несколько взаимодействующих шин и т. д.

Магистральная структура позволяет легко подсоединять к компьютеру именно те внешние устройства, которые нужны для данного пользователя.

Характеристики персональных компьютеров фактически представляют собой совокупность характеристик отдельных устройств, его составляющих (хотя, строго говоря, они должны разумно соответствовать друг дру-гу). Наиболее важными из них являются следующие.

Главная характеристика процессора — тактовая час-тота. Такты — это элементарные составляющие машинных команд. Для организации их последовательного выполнения в компьютере имеется специальный генератор импульсов. Очевидно, что чем чаще следуют импульсы, тем быстрее будет выполнена операция, состоящая из фиксированного числа тактов. Тактовая частота в совре-менных компьютерах измеряется в гигагерцах, что соответствует миллиардам импульсов в секунду.

С теоретической точки зрения важной характеристикой процессора является его разрядность. На практике же все выпускаемые в данный момент процессоры имеют одинаковую (причем достаточную для подавляющего большинства практических целей) разрядность. С другой стороны, при выборе компьютера важное значение имеет набор окружающих процессор микросхем (так называемый «чипсет»), но детали этого вопроса выходят далеко за рамки билета.

Объемы ОЗУ и видеопамяти также являются важными характеристиками компьютера. Единицей их измерения в настоящий момент является мегабайт, хотя в некоторых наиболее дорогих моделях оперативная память уже превышает 1 гигабайт. Еще одной, «более технической», характеристикой является время доступа к памяти — время выполнения операций записи или считывания данных, которое зависит от принципа действия и технологии изготовления запоминающих элементов.

По технологии изготовления различают статические и динамические микросхемы памяти. Первая является более быстродействующей, но, соответственно, и более дорогой. В качестве компромиссного решения в совре-менных компьютерах применяется сочетание большого основного объема динамического ОЗУ с промежуточной (между ОЗУ и процессором) статической кэш-па-мятью. Ее объем также оказывает существенное влияние на производительность современного ПК.

Важной характеристикой компьютера является его оснащенность периферийными устройствами. Читатели легко смогут привести здесь достаточное количество примеров. Хочется только подчеркнуть, что существенна также возможность подключения к машине дополнительных внешних устройств. Например, современно-му компьютеру совершенно необходимо иметь разъемы USB1, через которые к нему можно подключать множество устройств: от принтера и мыши до флэш-диска и цифрового фотоаппарата.

Желательно изложить

При обращении к внешним устройствам используются специальные регистры, которые принято называть портами.

Обмен по шине между устройствами при определенных условиях и при наличии вспомогательного контроллера может происходить без непосредственного участия процессора. В частности, возможен такой обмен между периферийным устройством и ОЗУ (прямой доступ к памяти).

Оба вида запоминающих микросхем — статические и динамические — успешно конкурируют между собой. С одной стороны, статическая память значительно проще в эксплуатации и приближается по быстродействию к процессорным микросхемам. С другой стороны, она имеет меньший информационный объем и большую стоимость, сильнее нагревается при работе. На практике в данный момент выбор микросхем для построения ОЗУ всегда решается в пользу динамической памяти. И все же быстродействующая статическая память в современном компьютере обязательно есть: она называется кэш-памятью.

Кэш невидим для пользователя, так как процессор использует его исключительно самостоятельно. Кроме сохранения данных и команд, считываемых из ОЗУ, в специальном каталоге кэш запоминаются также адреса, откуда информация была извлечена. Если информация потребуется повторно, уже не надо будет терять время на обращение к ОЗУ — ее можно получить из кэш-памяти значительно быстрее. Кэш-память является очень эффективным средством повышения производительности компьютера.

Примечания для учителей

Если в аналогичном билете 9-го класса упор делался на перечисление основных устройств компьютера, их примеров и функций, то при ответе на выпускном экзамене данный материал служит лишь введением. Основное содержание первой части вопроса служит описанием процесса взаимодействия узлов компьютера через общую информационную шину.

Во второй половине вопроса следует не просто требовать от учеников перечисления характеристик компьютера и их значений, но и разъяснения их сущности и особенно знания тех свойств компьютерной системы, на которых данные характеристики сказываются. Например, какое влияние оказывает недостаточный объем ОЗУ и почему, для каких приложений требует-ся большое количество видеопамяти, а какие вполне работоспособны при минимальном и т. п.

Примечание для учеников

Вопрос довольно объемный, но с практической точки зрения понятный. Поэтому ограничимся единственной рекомендацией: изобразите все упомянутые в рассказе блоки компьютера в виде схематического рисунка, что значительно 'облегчит объяснения.

Ссылки

Большое количество дополнительного материала по данному билету можно найти в книге Е. А. Еремина «Популярные лекции об устройстве компьютера» (СПб.: BHV-Петербург, 2003).

" Информатика" № 9, 2002, с. И —13.

2. Технология объектно-ориентированного программирования (объекты, их свойства и методы, классы объектов)

Базовые понятия

Парадигма программирования, объектно-ориентированное программирование, объект, метод, инкапсуляция, наследование, полиморфизм.

Обязательно изложить

Основополагающей идеей одного из популярных в настоящее время подходов к программированию — объектно-ориентированного — является объединение

БИЛЕТ № 6

1. Устройства памяти компьютера. Внешние носители информации (гибкие диски, жесткие диски, диски CD-ROM/R/RW, DVD и др.). Принципы записи и считывания информации.

2. Визуальное объектно-ориентированное программирование. Графический интерфейс: форма и управляющие элементы.

3. Векторная графика. Практическое задание. Создание, преобразование, сохранение, распечатка рисунка в среде векторного графического редактора.

1. Устройства памяти компьютера. Внешние носители информации (гибкие диски, жесткие диски, диски CD-ROM/R/RW, DVD и др.). Принципы записи и считывания информации

Базовые понятия

Внешняя память, накопитель, носитель информации, магнитный носитель, оптический носитель.

Обязательно изложить

Внешняя (долговременная) память — это место длительного хранения данных (программ, результатов рас-четов, текстов и т. д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является энергонезависимой. Носители внешней памяти, кроме того, обеспечивают транспортировку данных в тех случаях, когда компьютеры не объединены в сети (локальные или глобальные).

Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения — но-сителя.

Основные виды накопителей:

* накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

* накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);

* накопители на магнитной ленте (НМЛ);

* накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.

Им соответствуют основные виды носителей:

* гибкие магнитные диски (Floppy Disk)',

* жесткие магнитные диски (Hard Disk);

* кассеты для стримеров и других НМЛ;

* диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW. Основные характеристики накопителей и носителей:

* информационная емкость;

* скорость обмена информацией;

* надежность хранения информации;

* стоимость.

Принцип работы магнитных запоминающих устройств основан на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который непосредственно осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т. д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей — дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение величины напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и при намагничивании носителя означает смену зна-чения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.

Компакт-диск диаметром 120 мм (около 4,75″) изготовлен из полимера и покрыт металлической пленкой. Информация считывается именно с этой металлической пленки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. CD-ROM является односторонним носителем информации.

Считывание информации с диска происходит за счет регистрации изменений интенсивности отраженного от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. Приемник, или фотодатчик, определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности, был рассеян или поглощен. Рассеивание или поглощение луча происходит в местах, где в процессе записи были нанесены углубления. Фотодатчик воспринимает рассеянный луч, и эта информация в виде электрических сигналов поступает на микропроцессор, который преобразует эти сигналы в двоичные данные или звук.

Скорость считывания информации с CD-ROM сравнивают со скоростью считывания информации с музыкального диска (150 Кб/с), которую принимают за еди-ницу. На сегодняшний день наиболее распространенными являются 52-скоростные накопители CD-ROM (скорость считывания — 7500 Кб/с).

Устройства с возможностью многократной записи на оптический диск используют многослойный диск с отражающей поверхностью, перед которой находится слой

БИЛЕТ № 8

1. Назначение и состав операционной системы компьютера. Загрузка компьютера

2. Законы логики.

3. Практическое задание на построение таблицы и графика функции в среде электронных таблиц.

1. Назначение и состав операционной системы компьютера. Загрузка компьютера

Базовые понятия

Операционная система — важнейшая часть системного программного обеспечения, которая организует процесс выполнения задач на ЭВМ, распределяя для этого ресурсы машины, управляя работой всех ее устройств и взаимодействием с пользователем.

Ресурсы компьютера: процессорное время, память всех видов, устройства ввода/вывода, программы и данные.

Hardware (компьютерное оборудование) и software (программное обеспечение).

Функции операционной системы.

Обязательно изложить

Операционная система организует совместную работу компьютерного оборудования и прикладного программного обеспечения и служит своеобразным программным расширением управляющего устройства компьютера.

Зачем нужен еще один дополнительный программный слой По нескольким причинам. Во-первых, не-возможно заложить в компьютер информацию обо всех устройствах, которые к нему могут быть подсоединены. Загружаемая (а следовательно, изменяемая) программная часть, обеспечивающая работу компьютерной аппаратуры, решает данную проблему. Во-вторых, наличие операционной системы очень существенно облегчает разработку нового прикладного ПО, поскольку все наиболее часто встречающиеся при работе с компьютерным оборудованием функции сконцентрированы в ОС и о них уже не надо заботиться. В-третьих, пользователь получает стандартный интерфейс для диалога с ПО, что существенно облегчает освоение новых программ.

ОС современного компьютера выполняет следующие функции.

* Организация согласованного выполнения всех процессов в компьютере. Планирование работ, распределение ресурсов.

* Организация обмена с внешними устройствами. Хранение информации и обеспечение доступа к ней, предоставление справок.

* Запуск и контроль прохождения задач пользователя.

* Реакция на ошибки и аварийные ситуации. Контроль за нормальным функционированием оборудования.

* Обеспечение возможности доступа к стандартным системным средствам (программам, драйверам, информации о конфигурации и т. п.).

* Обеспечение общения с пользователем.

* Сохранение конфиденциальности информации в многопользовательских системах.

Значительная часть операционной системы загружена в память постоянно. Программы для некоторых редко используемых операций типа форматирования дискет чаще всего оформляются в виде самостоятельных служебных программ и хранятся на внешних носителях. Такие программы часто называют утилитами. Кроме того, в ОС, как правило, включают небольшой стандартный набор самого необходимого программного обеспечения, например, простейший текстовый редактор.

Процесс загрузки ОС в заметно упрощенном виде выглядит так. При включении компьютера стартует выполнение программы начальной загрузки, находящейся в ПЗУ. Сначала ищется и тестируется установленное оборудование. Если все устройства функционируют нормально, информация о них запоминается и происходит переход к поиску начального загрузчика операционной системы. Он может находиться на жестком диске, на дискете, на CD-ROM и даже быть получен с помощью сетевой платы. Поэтому компьютер опрашивает перечисленные устройства по очереди до тех пор, пока не обнаружит требуемую информацию. Загрузчик представляет собой не что иное, как программу дальнейшей загрузки. Он загружает в ОЗУ остальную часть операционной системы, и машина сможет, наконец, нормально общаться с пользователем.

Современные компьютеры в основном используют внешние устройства Plug and Play (переводится «включил и работай»), поэтому они способны в процессе загрузки' сообщить процессору свои основные харак-теристики и условия работы.

Желательно изложить

Первые операционные системы (СР/М, MS-DOS, Unix) вели диалог с пользователем на экране текстового дисплея: человек вводил очередную команду, а компьютер, проверив ее, либо выполнял, либо отвергал по причине ошибки. Такие системы в литературе принято называть ОС с командной строкой.

Развитие графических возможностей дисплеев привело к появлению графического интерфейса, когда объекты манипуляций в ОС изображаются в виде небольших рисунков, а необходимые действия тем или иным образом выбираются либо из меню, либо с помощью манипулятора «мышь». Примерами операционных систем с графическим интерфейсом служат MacOS (для компьютеров Macintosh), OS/2 и Windows.

Для «классических» ОС с командной строкой довольно четко выделяются три основные части:

* машинно-зависимая часть для работы с конкретными видами оборудования;

* базовая часть, не зависящая от конкретных деталей устройств: она работает с абстрактными логиче-скими устройствами и при необходимости вызывает функции из предыдущей части; отвечает за наиболее общие принципы работы ОС;

* программа ведения диалога с пользователем.

Состав операционных систем с графическим интерфейсом типа Windows заметно шире, но в целом имеет похожее строение.

Порядок опроса устройств при поиске начального загрузчика ОС может быть легко изменен с помощью коррекции сведений о конфигурации компьютерного оборудования (BIOS setup).

Примечание для учителей

По сравнению с билетом для 9-го класса в тексте вопроса нет прямого упоминания о типе интерфейса. Именно поэтому нам пришлось перенести достаточно важный материал об ОС с командной строкой и с графическим интерфейсом в необязательный раздел. Кстати, очень забавно, когда формулировка билета в одиннадцатом классе меньше, чем в девятом…

Примечание для учеников

Лучше не механически заучивать перечисленные для изложения факты, а постараться разобраться в них и привести для себя в какую-то определенную систему. Может быть, постараться дать каждому из них короткое легко понятное вам название и запоминать уже эти названия. В любом случае не забывайте, что в ответе на экзамене ценится не дословность воспроизведения материала, а умение им пользоваться, т. е. объяснять и отвечать на вопросы.

2. Законы логики Базовые понятия

Понятие, суждение, умозаключение. Истинность, ложность суждений и умозаключений. Законы логики как возведенные в принципы харак-терные черты мышления.

Обязательно изложить

Предметом логики является структура мышления, его формы и законы. Выделяются три формы мышления: понятие, суждение, умозаключение. Понятие — это форма мышления, в которой фиксируются существенные признаки отдельного предмета или класса однородных предметов. Понятия выражаются словами или группами слов. Примером понятия является термин «пап-ка», обозначающий один из элементов файловой системы большинства ОС. Суждение — форма мышления, в которой что-либо утверждается или отрицается о предметах, их свойствах или отношениях. Суждение выражается в форме повествовательного предложения. Суждение может быть простым или сложным. Пример сужде-ния — «Папка не является файлом». Умозаключение — форма мышления, посредством которой из одного или нескольких суждений, называемых посылками, по определенным правилам получается заключение.

Закон в логике понимается как требование или принцип, которому необходимо следовать, чтобы мышле-ние было правильным. Из многих возможных требований были выделены те, которые наиболее тесно связаны с такими свойствами мышления, как последовательность, определенность, непротиворечивость и обоснованность: закон тождества, закон непротиворечия, закон исключенного третьего, закон достаточного основания. Рассмотрим каждый из них более подробно.

Закон тождества формулируется следующим образом: «В процессе определенного рассуждения всякое понятие или сведение должны быть тождественны самим себе». В мышлении этот закон выступает в качестве нормативного правила: в процессе рассуждения нельзя подменять одну мысль другой, одно понятие другим. Нельзя выдавать тождественные мысли за различные, а различные — за тождественные. Нарушение закона тождества приводит к двусмысленности. Например: «Откуда берется хлеб? Отвечай! — Это я знаю, он печется… — Печется? О ком это он печется? — Не о ком, а из чего… Берешь зерно, мелешь его… — Не зерно ты мелешь, а чепуху!» (Л.Кэрролл. «Алиса в Зазеркалье»).

Закон непротиворечия утверждает: «Два противоположных суждения не могут быть истинными в одно и то же время и в одном и том же отношении». Например, суждения «Петя Иванов учится в нашем классе» и «Петя Иванов не учится в нашем классе» являются противоречивыми, и истинным может быть лишь одно из них. Суждения «Петя Иванов учится в нашем классе» и «Петя Иванов не учился в нашем классе» могут быть непротиворечивыми, а значит, могут быть истинными или ложными одновременно.

Закон исключенного третьего формулируется следующим образом: «Из двух противоречащих друг другу сведений одно истинно, другое ложно, а третьего не дано». Действие этого закона оказывается неограниченным лишь в «жестких» предсказуемых ситуациях. Например, суждения «Завтра в 15 часов будет солнечное затмение» и «Завтра в 15 часов не будет солнечного затмения» подчиняются этому закону, поскольку день и час очередного

БИЛЕТ № 10

1. Представление целых и вещественных чисел в памяти персонального компьютера.

2. Логическая схема триггера. Использование триггеров в оперативной памяти.

3. Задача. Разработка алгоритма (программы), содержащего команду (оператор) ветвления.

1. Представление целых и вещественных чисел в памяти персонального компьютера

Базовые понятия

Целые и вещественные числа.

Знаковый разряд. Дополнительный код.

Переполнение — получение результата, для сохранения которого в машине недостаточно двоичных разрядов.

Представление с плавающей запятой; мантисса и порядок. Нормализованные числа.

Обязательно изложить

Числовая информация была первым видом информации, который начали обрабатывать ЭВМ, и долгое время она оставалась единственным видом. Поэтому неудивительно, что в современном компьютере существует большое разнообразие типов чисел.

Целые числа. Для того чтобы различать положительные и отрицательные числа, в их двоичном представле-нии выделяется знаковый разряд. По традиции используется самый старший бит, причем нулевое значение в нем соответствует знаку плюс, а единичное — минусу.

Из сказанного следует, что положительные числа представляют собой обычное двоичное изображение числа (с нулем в знаковом бите). А вот для записи отрицательных чисел используется специальный код, называемый в, литературе дополнительным. Для практического получения кода отрицательных чисел используется Следующий алгоритм:

* модуль числа перевести в двоичную форму;

* проинвертировать каждый разряд получившегося кода, т. е. заменить единицы нулями, а нули — единицами;

* к полученному результату обычным образом прибавит единицу.

Вещественные числа. Для хранения этого типа данных в памяти современных ЭВМ обычно используется представление чисел с плавающей запятой. Оно фактически взято из математики, где любое число, А в системе счисления с основанием О предлагается записывать в виде, А = (±М) * Q±f,

где М называют мантиссой, а показатель степени Р — порядком числа. Для десятичной системы это выглядит очень привычно, например: заряд электрона равен — 1,6 * 1СГ'19 Кл, а скорость света в вакууме составляет 3 * 108 м/с.

Арифметика чисел с плавающей запятой оказывается заметно сложнее, чем для целых. Тем не менее, вычислительные машины со всем этим великолепно умеют автоматически справляться. Заметим, что для процессоров Intel все операции над вещественными числами вынесены в отдельный функциональный узел, который принято называть математическим сопроцессором; до 486-й модели он представлял собой отдельную микросхему.

Таким образом, при использовании метода представ-ления вещественных чисел с плавающей запятой в памяти фактически хранятся два числа: мантисса и порядок. Разрядность первой части определяет точность вычислений, а второй — диапазон представления чисел.

К описанным выше общим принципам представления вещественных чисел необходимо добавить правила кодирования мантиссы и порядка. Эти правила могут отличаться для различных машин, и мы не будем их здесь рассматривать.

Таким образом, если сравнить между собой представление целых и вещественных чисел, то станет отчетливо видно, как сильно различаются числа, скажем, 3 и 3.0.

Желательно изложить

Беззнаковые целые числа. Хотя в математических задачах не так часто встречаются величины, принципиально не имеющие отрицательных значений, беззнаковые типы данных получили в ЭВМ большое распространение. Причина состоит в том, что в самой машине и программах для нее имеется много такого рода объектов: прежде всего адреса ячеек, а также всевозможные счетчики (количество повторений циклов, число параметров в списке или символов в тексте). К этому списку добавим наборы чисел, обозначающие дату и время, размеры графических изображений в пикселях. Все перечисленное выше принимает только целые и неотрицательные значения.

Минимальное значение для данного числового типа по определению равно 0, а максимальное состоит из единиц во всех двоичных разрядах, а потому зависит от их количества:

max- 2NI, — где N — разрядность чисел.

Результат вычислений, например, после умножения, при определенных условиях может потребовать для своего размещения большего количества разрядов, чем имеется на практике. Проблема выхода за отведен-ную разрядную сетку машины называется переполне-нием. Факт переполнения всегда фиксируется путем установки в единицу специального управляющего бита, который последующая программа имеет возможность проанализировать. Образно говоря, процессор заметит переполнение, но предоставляет программному обеспечению право принять решение реагировать на него или проигнорировать.

При сохранении вещественного числа некоторое неудобство вносит тот факт, что представление числа в плавающей форме не является единственным:

3 * 108= 30 * 107 = 0,3 * 109 = 0,03 * 1010 = …

Поэтому договорились для выделения единственного варианта записи числа считать, что мантисса всегда меньше единицы (т.е. целая часть отсутствует), а первый разряд содержит отличную от нуля цифру — в нашем примере обоим требованиям удовлетворит только число 0,3 * 109. Описанное представление чисел называется нормализованным и является единственным. Любое число легко нормализуется с помощью формального алгоритма.

Все сказанное о нормализации можно применять и к двоичной системе:

А = (±Л4) * 2±р, причем ½ < М < 1.

Существенно, что двоичная мантисса всегда начинается с единицы (М > ½). Поэтому во многих ЭВМ эта единица даже не записывается в ОЗУ, что позволяет сохранить вместо нее еще один дополнительный разряд мантиссы (так называемая «скрытая единица»).

Примечание для учителей

Изложение, приведенное ранее в полных материалах билета (см. ссылку после вопроса), гораздо подробнее, чем это необходимо для ответа на экзамене, зато представляет собой достаточно полное систематическое описание вопроса. Автор надеется, что знание деталей будет полезно учителю при подготовке рассказа на уроке. В данной публикации сделана попытка выделить тот самый минимум, который ученику необходимо включить в свой ответ на экзамене.

Примечания для учеников

При ответе надо быть готовым к дополнительным вопросам об обосновании тех или иных утверждений. Например, каковы максимальное и минимальное значения 8-битного целого числа со знаком и почему их модули не равны.

Как обычно, при подготовке вопроса необходимо продумать и подобрать примеры к своему рассказу.

Ссылка на материалы по вопросу Полный текст материалов вопроса опубликован в «Информатике» № 11, 2003, с. 9 — 13.

2. Логическая схема триггера. Использование триггеров в оперативной памяти

Базовые понятия

Триггер.

Входы для сброса и установки триггера, прямой и инверсный выходы.

Статическое (на триггерах) и динамическое (на базе конденсаторов) ОЗУ.

Обязательно изложить Триггер — это электронная схема, которая может находиться в одном из двух устойчивых состояний; последним условно приписывают значения 0 и 1. При отсутствии входных сигналов триггер способен сохранять свое состояние сколь угодно долго. Таким образом, из определения следует, что триггер способен хранить ровно 1 бит информации.

Можно без преувеличения сказать, что триггер является одним из существенных узлов ЭВМ. Как правило, некоторое количество триггеров объединяют вместе, при этом полученное устройство называется регистром.

Рассмотрим логическое устройство триггера. На рисунке, а приведена простейшая схема триггера, а на рисунке б показано его обозначение на схемах как единого функционального узла.

— Начнем с расшифровки обозначений входов и выходов. Триггер имеет два входа — S (от англ. Set — уста-новка) и R (Reset — сброс), которые используются соответственно для установки триггера в единичное и сброса в нулевое состояния. Вследствие таких обозначе-ний рассматриваемую схему назвали RS-триггером. Один из выходов, обозначенный на схеме Q, называется прямым, а противоположный выход — инверсным (это показывает черта над Q, которая в математической логике обозначает отрицание). За единичное состояние триггера договорились принимать такое, при котором

Q=i;

Обратимся теперь к рисунку а. Видно, что триггер состоит из двух одинаковых двухвходовых логических элементов ИЛИ-НЕ (ИЛИ обозначается символом 1 внутри элемента, а отрицание НЕ — небольшим кружочком на его выходе), соединенных определенным

БИЛЕТ № 13

1. Понятие алгоритма. Свойства алгоритма. Исполнители алгоритмов (назначение, среда, режим работы, система команд). Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ).

2. Позиционные и непозиционные системы счисления. Запись чисел в позиционных системах счисления.

3. Практическое задание. Решение простейшей оптимизационной задачи в среде электронных таблиц.

1. Понятие алгоритма. Свойства алгоритма. Исполнители алгоритмов (назначение, среда, режим работы, система команд). Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ)

Базовые понятия

Алгоритм — понятное и точное указание исполнителю совершить последовательность действий, направлен-ных на решение поставленной задачи.

Свойства алгоритма: дискретность, понятность, определенность, результативность, корректность, массовость.

Исполнитель — человек или автоматическое устройство, которое выполняет алгоритмы.

Система команд, режим работы исполнителя.

Обязательно изложить

Наша жизнь буквально насыщена алгоритмами. Вспомним кулинарные рецепты, инструкции к сложной бытовой технике, умножение «столбиком» и деление «уголком», перевод из десятичной системы в двоичную и множество других примеров.

Алгоритм — это правила, описывающие процесс преобразования исходных данных в требуемый результат. Чтобы произвольные правила действительно были алгоритмом, они должны обладать следующими свойствами.

Дискретность. Процесс решения задачи должен быть разбит на четкую последовательность отдельных шагов, каждый из которых принято называть командой.