Гипертекстовое приложение "Компьютер и информация"

• 1 слайд

• 2 слайд

  Единицы измерения информации
  

• 3 слайд

  Единицы измерения информации
  наименьшая единица измерения информации , которую ввёл Клод Шеннон
  БИТ
  
  

• 4 слайд

  Единицы измерения информации
  Й
  

• 5 слайд

  Единицы измерения информации
  1 байт = 8 битов.
  

• 6 слайд

  Единицы измерения информации
  Найдите информационный объем слова ИНФОРМАЦИЯ
  ИНФОРМАЦИЯ – 10 символов
  информационный объем равен 10 байтов
  10*8= 80 битов
  

• 7 слайд

  Единицы измерения информации
  Соотношение единиц
  1 Кбайт (один килобайт) =
  1024 байт;
  1 Мбайт (один мегабайт) =
  1024 Кбайт;
  1 Гбайт (один гигабайт) =
  1024 Мбайт.
  1 Тбайт (терабайт) =
  1024 Гбайт
  

• 8 слайд

  Единицы измерения информации
  Б
  5 бит – буква в клетке кроссворда.
  1 байт – символ, введенный с клавиатуры.
  100 Кбайт – фотография в низком разрешении
  1 Мбайт – небольшая художественная книга.
  

• 9 слайд

  Единицы измерения информации
  100 Мбайт – метровая полка с книгами
  3 Гбайт – час качественной видеозаписи
  1 Гбайт – прочитывает человек за всю жизнь.
  

• 10 слайд

  Единицы измерения информации
  Измерим информационный объем сообщения
  В байте восемь бит.
  

• 11 слайд

  Единицы измерения информации
  128 бит = 128 : 8 = 3 (байта)
  Сколько байтов в сообщении размером 128 бит
  

• 12 слайд

  Единицы измерения информации
  600 х 800 х 4 = 1920000 (байт)=
  
  Информационный объем
  =1875( Кбайт) ≈ 1,83 (Мбайт).
  

• 13 слайд

  Единицы измерения информации
  Домашнее задание: параграф 1.4, рабочая тетрадь № 44 на стр.38
  

Кодировочные таблицы.

Кодовая таблица ASCII (American Standard Code for Information Interchange),

 (коды от 0 до 32 отведены функциональным клавишам).

KOI8-R ("Код обмена информацией, 8-битный").

CP1251 Microsoft Windows, ("CP" означает "Code Page", "кодовая страница").

CP866 (MS DOS).

ISO (International Standards Organization,)

Mac Компьютеры фирмы Apple, работающие под управлением операционной системы Mac OS, используют свою собственную кодировку.

• 1 слайд

  Устройство компьютера
  В основу архитектуры современного компьютера положен магистрально-модульный принцип и принцип Джона фон Неймона
  Компьютер не является неделимым, цельным объектом. Он состоит из некоторого количества устройств – модулей. Комплектовать свой компьютер из этих модулей пользователь по собственному желанию. А связаны эти модули между собой через набор электронных линий – магистраль. Магистраль обеспечивает обмен данными между устройствами компьютера.
  Джон фон Неймон, блестящий математик и физик, изучив конструкцию первых ЭВМ, пришёл к идее новой организации ЭВМ, а именно:
  Наличие устройства ввода-вывода информации;
  Адресуемая память;
  Процессор, состоящий из устройства управления и арифметико-логического устройства;
  Данные и программы хранятся вместе.
  Именно эти устройства являются базовыми и достаточными для работы компьютера на пользовательском уровне.
  
  

• 2 слайд

  Материнская плата
  Процессор
  Внутренняя память (ОЗУ и ПЗУ)
  Шина данных
  Шина адреса
  Шина управления
  Устройства вывода
  Долговременная память
  Устройства
  ввода
  Сетевые устройства
  Магистрально-модульный принцип устройства компьютера
  

• 3 слайд

  Процессор и внутренняя память
  Основные внутренние устройства компьютера размещаются на самой большой микросхеме, которая называется системной или материнской. Внутри системного блока на материнской плате находится мозг компьютера: процессор и внутренняя память
  Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему - тонкую пластин кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Главной характеристикой процессора является его разрядность-это число одновременно обрабатываемых процессором битов.
  Внутренняя память бывает нескольких видов. Основным видом является ОЗУ. Процесс запоминания информации в ОЗУ можно сравнить с заучиванием чего – либо «на память», а информацию в ПЗУ – с врождёнными безусловными рефлексами.
  

• 4 слайд

  Накопители
  Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД)
  Накопитель на жёстких магнитных дисках (НЖМД)
  Лазерные дисководы (CD-ROM, DVD-ROM)
  Носители
  Гибкие магнитные диски (дискеты), информационная ёмкость-1,44 Мбайт.
  Жесткие магнитные диски (несколько десятков дисков на одной оси), информационная ёмкость до 150 Гбайт
  CD-R, CD –RW , информационная ёмкость до 700 Мбайт
  DVD-R, DVD-RW, информационная ёмкость до 17 Гбайт
  Flash – память представляет собой микросхему, помещённую в миниатюрный плоский корпус. Для считывания или записи информации карта вставляется в специальные накопители , встроенные в мобильные устройства или подключаемые к компьютеру через USB – порт.
  Долговременная память
  

• 5 слайд

  Устройства ввода информации
  Клавиатура
  Мышь
  Джойстик
  Сканер
  Цифровая камера, фотоаппарат
  ТВ - тюнеры
  Ввод информации
  

• 6 слайд

  Устройства вывода информации
  Монитор
  Принтер
  Плоттер
  Акустические колонки
  Акустические наушники
  Вывод информации
  

Единицы измерения информации.

Для измерения длины, массы, времени, силы тока и т.д. придуманы приборы и процедуры измерения. Чтобы узнать длину стержня, достаточно приложить к нему линейку с делениями, силу тока можно измерить амперметром. А как узнать количество информации в некотором сообщении, в каких единицах эту информацию измерять? Для двоичных сообщений в качестве такой числовой меры используется количество бит в сообщении. Это количество называют информационным объемом сообщения. Например, сообщение "МИРУ МИР" имеет информационный объем 8 байт (64 бит).

Биты и байты используются также для измерения "емкости", размера памяти и для измерения скорости передачи двоичных сообщений. Скорость передачи измеряется количеством передаваемых бит в секунду (например, 19200 бит/с).

Наряду с битами и байтами для измерения количества информации в двоичных сообщениях используются и более крупные единицы (более удобные для измерения больших объемов информации):

1 Кбит (один килобит) = 2¹⁰ =1024 бит (прибл. 1 тыс. бит)

1 Мбит (один мегабит) = 2²⁰ =1048576 бит (прибл. 1 млн. бит)

1 Гбит (один гигабит) = 2³⁰ = (прибл.)10⁹ бит (миллиард бит)

1 Кбайт (один килобайт) = 2¹⁰ =1024 байт (прибл. 1 тыс. байт)

1 Мбайт (один мегабайт) = 2²⁰ =1048576 байт (прибл. 1 млн. байт)

1 Гбайт (один гигабайт) = 2³⁰ = ( прибл. 1 миллиард байт)

К единицам измерения многих физических величин мы привыкли, и нам не нужно пояснять, что такое 1 миллиметр или 10 километров. А бит, байт, килобайт, мегабайт, гигабайт - много это или мало?

Например, в учебнике на страницу помещается чуть меньше 50 строк, в каждой строке - примерно 60 символов. Таким образом, полностью заполненная текстом страница учебника имеет информационный объем около 3000 байт (3 Кбайт). Если считать, что в учебнике около 200 страниц, то получаем информационный объем учебника равный около 600 Кбайт или 0,6 Мбайт. Если человек говорит по 8 часов в день без перерыва, то за 70 лет жизни он наговорит около 10 Гбайт информации (это 5 млн. страниц - стопка бумаги высотой 500 м.)

Один черно-белый телевизионный кадр (при 32 градациях яркости каждой точки) содержит примерно 300 Кбайт информации. Цветной кадр, образованный из трех кадров основных цветов (красный, синий, зеленый), содержит уже около Мбайта информации. А 1,5-часовой цветной телевизионный художественный фильм (при частоте 25 кадров в секунду) - 135 Гбайт.

Если на условной шкале изобразить бит примерно одним миллиметром (точнее, 1.25 мм), то байт в этом масштабе будет представлен сантиметром, килобайт - десятиметровым отрезком, мегабайт - десятикилометровым отрезком, ну а гигабайт вытянется в 10 000 километров - это расстояние от Москвы до Владивостока. Как видите, диапазон, который охватывают единицы измерения информации, очень велик.

Рассмотрим примеры задач:

1. Найти неизвестные x и y, если верны соотношения:

Решение:

Приведем левую и правую части каждого уравнения системы к
одной единице измерения :

Отбрасывая теперь размерности, получаем:

Отсюда следует, что x = 17, y = 7

2. Человек способен различать более 100 градаций яркости. Сколько бит необходимо, чтобы их закодировать, т.е. какова должна быть минимальная разрядность битовой комбинации?

Решение:

Очевидно, что для кодировки одного (двух) цветов нужна однобитовая комбинация (например, цвет белый - бит 0, черный - бит 1), кодируются 2¹ цвета; для кодирования 3-4 цветов необходима двухбитовая комбинация (например, белый - 00, желтый - 01, синий - 10, черный - 11), кодируются 2² цвета; для кодирования 5-8 цветов необходима трехбитовая комбинация (например, белый - 000, желтый - 001, синий - 010, черный - 011, красный - 100, голубой - 101, зеленый - 110, бежевый - 111), кодируются 2³ цвета. Отсюда видно (а это можно доказать методом математической индукции), что для кодировки 100 цветов необходимо выбрать число разрядов n так, чтобы было выполнено неравенство 2ⁿ >= 100. Так как 2⁷ = 128 >= 100, а 2⁶ = 64<100, то для кодировки 100 градаций яркости необходимо брать не менее семи разрядов битовой комбинации.

3. Сколько различных цветов можно закодировать двенадцатиразрядными битовыми комбинациями?

Решение:

Такими битовыми комбинациями можно закодировать не более чем 2¹² = 4096 различных цветов.

4. Экран дисплея имеет разрешение 1024x512 точек, причем каждая точка может быть одного из 256 цветов. Определить, сколько всего бит нужно для запоминания "одного экрана" в видеопамяти.

Решение:

Количество точек (пикселей) экрана 1024x512 = 2¹⁰x2⁹ = 2¹⁹. Так как каждая точка может принимать любой из 256 = 28 цветов, то для запоминания каждого цвета необходим 1 байт = 2³ бит. Следовательно, всего необходимо 2¹⁹ x 2³ = 2²² бит.

• 1 слайд

  Окно Мой компьютер
  

• 2 слайд

  Корневой каталог локального диска D
  

• 3 слайд

  Каталог папки «Информатика»
  

Файловая система

Файловая система (ФС) является важной частью любой операционной системы, которая отвечает за организацию хранения и доступа к информации на каких-либо носителях. Рассмотрим в качестве примера файловые системы для наиболее распространенных в наше время носителей информации – магнитных дисков. Как известно, информация на жестком диске хранится в секторах (обычно 512 байт) и само устройство может выполнять лишь команды считать/записать информацию в определенный сектор на диске. В отличие от этого файловая система позволяет пользователю оперировать с более удобным для него понятием - файл. Файловая система берет на себя организацию взаимодействия программ с файлами, расположенными на дисках. Для идентификации файлов используются имена. Современные файловые системы предоставляют пользователям возможность давать файлам достаточно длинные мнемонические названия.

Под каталогом в ФС понимается, с одной стороны, группа файлов, объединенных пользователем исходя из некоторых соображений, с  другой стороны каталог - это файл, содержащий системную информацию о группе составляющих его файлов. Файловые системы обычно имеют иерархическую структуру, в которой уровни создаются за счет каталогов, содержащих информацию о файлах и каталогах более низкого уровня.

Рассмотрим более подробно структуру жесткого диска. Базовой единицей жесткого диска является раздел, создаваемый во время разметки жесткого диска. Каждый раздел содержит один том, обслуживаемый какой-либо файловой системой и имеющий таблицу оглавления файлов - корневой каталог. Некоторые операционные системы поддерживают создание томов, охватывающих несколько разделов. Жесткий диск может содержать до четырех основных разделов. Это ограничение связано с характером организации данных на жестких дисках IBM-совместимых компьютеров. Многие операционные системы позволяют создавать, так называемый, расширенный (extended) раздел, который по аналогии с разделами может разбиваться на несколько логических дисков.

В первом физическом секторе жесткого диска располагается головная запись загрузки и таблица разделов (табл. 1). Головная запись загрузки (master boot record, MBR) - первая часть данных на жестком диске. Она зарезервирована для программы начальной загрузки BIOS (ROM Bootstrap routine), которая при загрузке с жесткого диска считывает и загружает в память первый физический сектор на активном разделе диска, называемый загрузочным сектором (Boot Sector). Каждая запись в таблице разделов (partition table) содержит начальную позицию и размер раздела на жестком диске, а также информацию о том, первый сектор какого раздела содержит загрузочный сектор.

Размер (байт)	Описание
446	Загрузочная запись (MBR)
16	Запись 1 раздела
16	Запись 2 раздела
16	Запись 3 раздела
16	Запись 4 раздела
2	Сигнатура 055AAh

Табл. 1. Таблица деления диска

В широком смысле понятие "файловая система" включает:

—  совокупность всех файлов на диске,

—  наборы служебных структур данных, используемых для управления файлами, такие как, например, каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске,

—  комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами, в частности операции по созданию, уничтожению, чтению, записи, именованию файлов, установке атрибутов и уровней доступа, поиску и т.д.

Различие между файловыми системами заключается, в основном, в способах распределения пространства между файлами на диске и организации на диске служебных областей.

Современные операционные системы стремятся обеспечить пользователя возможностью работать одновременно с несколькими файловыми системами. В этом случае ФС рассматривается как часть подсистемы ввода-вывода. В большинстве операционных систем (Windows 98, 2000, XP, OS/2) реализуется механизм переключения файловых систем (File System Switch, FSS), позволяющий поддерживать различные типы ФС. В соответствии с этим подходом информация о файловых системах и файлах разбивается на две части – зависимую от ФС и не зависимую. FSS обеспечивает интерфейс между ядром и файловой системой, транслируя запросы ядра в операции, зависящие от типа файловой системы. При этом ядро имеет представление только о независимой части ФС.

Файловая система представляет многоуровневую структуру, на верхнем уровне которой располагается так называемый переключатель файловых систем (в Windows, такой переключатель называется устанавливаемым диспетчером файловой системы - installable filesystem manager, IFS). Он обеспечивает интерфейс между приложением и конкретной файловой системой, к которой обращается приложение. Переключатель файловых систем преобразует запросы к файлам в формат, воспринимаемый следующим уровнем - уровнем драйверов файловых систем. Для выполнения своих функций драйверы файловых систем обращаются к драйверам конкретных устройств хранения информации.

Клиент-серверные приложения предъявляют повышенные требования к производительности файловых систем. Современные файловые системы должны обеспечивать эффективный доступ к файлам, поддержку носителей данных достаточно большого объема, защиту от несанкционированного доступа к данным и сохранение целостности данных. Под целостностью данных подразумевается способность ФС обеспечивать отсутствие ошибок и нарушений согласованности в данных, а также восстанавливать поврежденные данные.

FAT

Файловая система FAT (File Allocation Table) была разработана Биллом Гейтсом и Марком МакДональдом в 1977 году и первоначально использовалась в операционной системе 86-DOS. Чтобы добиться переносимости программ из операционной системы CP/M в 86-DOS, в ней были сохранены ранее принятые ограничения на имена файлов. В дальнейшем 86-DOS была приобретена Microsoft и стала основой для ОС MS-DOS 1.0, выпущенной в августе 1981 года. FAT была предназначена для работы с гибкими дисками размером менее 1 Мбайта, и вначале не предусматривала поддержки жестких дисков. В настоящее время FAT поддерживает файлы и разделы размеров до 2 Гбайт.

В FAT применяются следующие соглашения по именам файлов:

—  имя должно начинаться с буквы или цифры и может содержать любой символ ASCII, за исключением пробела и символов "/\[]:;|=,^*?

—  Длина имени не превышает 8 символов, за ним следует точка и необязательное расширение длиной до 3 символов.

—  регистр символов в именах файлов не различается и не сохраняется.

Структура раздела FAT изображена на рисунке 2. В блоке параметров BIOS содержится необходимая BIOS информация о физических характеристиках жесткого диска. Файловая система FAT не может контролировать отдельно каждый сектор, поэтому она объединяет смежные сектора в кластеры (clusters). Таким образом, уменьшается общее количество единиц хранения, за которыми должна следить файловая система. Размер кластера в FAT является степенью двойки и определяется размером тома при форматировании диска (табл. 2). Кластер представляет собой минимальное пространство, которое может занимать файл. Это приводит к тому, что часть пространства диска расходуется впустую. В состав операционной системы входят различные утилиты (DoubleSpace, DriveSpace), предназначенные для уплотнения данных на диске.

Загрузочный сектор Блок параметров BIOS (BPB)

FAT

FAT (копия)

Корневой каталог

Область файлов

Рис. 2

Свое название FAT получила от одноименной таблицы размещения файлов. В таблице размещения файлов хранится информация о кластерах логического диска. Каждому кластеру в FAT соответствует отдельная запись, которая показывает, свободен ли он, занят ли данными файла, или помечен как сбойный (испорченный). Если кластер занят под файл, то в соответствующей записи в таблице размещения файлов указывается адрес кластера, содержащего следующую часть файла. Из-за этого FAT называют файловой системой со связанными списками. Оригинальная версия FAT, разработанная для DOS 1.00, использовала 12-битную таблицу размещения файлов и поддерживала разделы объемом до 16 Мб (в DOS можно создать не более двух разделов FAT). Для поддержки жестких дисков размером более 32 Мб разрядность FAT была увеличена до 16 бит, а размер кластера - до 64 секторов (32 Кб). Так как каждому кластеру может быть присвоен уникальный 16-разрядный номер, то FAT поддерживает максимально 2¹⁶, или 65536 кластеров на одном томе.

Размер раздела	Размер кластера	Тип FAT
< 16 Мб	4 Кб	FAT12
16 Мб – 127 Мб	2 Кб	FAT16
128 Мб – 255 Мб	4 Кб	FAT16
256 Мб – 511 Мб	8 Кб	FAT16
512 Мб – 1023 Мб	16 Кб	FAT16
1 Гб – 2 Гб	32 Кб	FAT16

Табл. 2

Поскольку загрузочная запись слишком мала для хранения алгоритма поиска системных файлов на диске, то системные файлы должны находиться в определенном месте, чтобы загрузочная запись могла их найти. Фиксированное положение системных файлов в начале области данных накладывает жесткое ограничение на размеры корневого каталога и таблицы размещения файлов. Вследствие этого общее число файлов и подкаталогов в корневом каталоге на диске FAT ограничено 512.

Каждому файлу и подкаталогу в FAT соответствует 32-байтный элемент каталога (directory entry), содержащий имя файла, его атрибуты (архивный, скрытый, системный и “только для чтения”), дату и время создания (или внесения в него последних изменений), а также прочую информацию (табл. 3).

Содержание	Размер (байт)
Имя файла	8
Расширение	3
Байт атрибутов	1
Зарезервировано	10
Время	2
Дата	2
Номер начального кластера с данными	2
Размер файла	4

Табл. 3. Элемент каталога

Файловая система FAT всегда заполняет свободное место на диске последовательно от начала к концу. При создании нового файла или увеличении уже существующего она ищет самый первый свободный кластер в таблице размещения файлов. Если в процессе работы одни файлы были удалены, а другие изменились в размере, то появляющиеся в результате пустые кластеры будут рассеяны по диску. Если кластеры, содержащие данные файла, расположены не подряд, то файл оказывается фрагментированным. Сильно фрагментированные файлы значительно снижают эффективность работы, так как головки чтения/записи при поиске очередной записи файла должны будут перемещаться от одной области диска к другой. В состав операционных систем, поддерживающих FAT, обычно входят специальные утилиты дефрагментации диска, предназначенные повысить производительность файловых операций.

Еще один недостаток FAT заключается в том, что ее производительность сильно зависит от количества файлов, хранящихся в одном каталоге. При большом количестве файлов (около тысячи), выполнение операции считывания списка файлов в каталоге может занять несколько минут. Это обусловлено тем, что в FAT каталог имеет линейную неупорядоченную структуру, и имена файлов в каталогах идут в порядке их создания. В результате, чем больше в каталоге записей, тем медленнее работают программы, так как при поиске файла требуется просмотреть последовательно все записи в каталоге.

Поскольку FAT изначально проектировалась для однопользовательской операционной системы DOS, то она не предусматривает хранения такой информации, как сведения о владельце или полномочия доступа к файлу/каталогу.

FAT является наиболее распространенной файловой системой и ее в той или иной степени поддерживают большинство современных ОС. Благодаря своей универсальности FAT может применяться на томах, с которыми работают разные операционные системы.

Хотя нет никаких препятствий использовать при форматировании дискет любую другую файловую систему, большинство ОС для совместимости используют FAT. Отчасти это можно объяснить тем, что простая структура FAT требует меньше места для хранения служебных данных, чем остальные системы. Преимущества других файловых систем становятся заметны только при использовании их на носителях объемом более 100 Мб.

Надо отметить, что FAT - простая файловая система, не предотвращающая порчи файлов из-за ненормального завершения работы компьютера. В состав операционных систем, поддерживающих FAT, входят специальные утилиты проверяющие структуру и корректирующие несоответствия в файловой системе.

HPFS

Высокопроизводительная файловая система HPFS (High Performance File System) была представлена фирмой IBM в 1989 году вместе с операционной системой OS/2 1.20. Файловая система HPFS также поддерживалась ОС Windows NT до версии 3.51 включительно. По производительности эта ФС существенно опережает FAT. HPFS позволяет использовать жесткие диски объемом до 2 Терабайт (первоначально до 4 Гбайт). Кроме того, она поддерживает разделы диска размером до 512 Гб и позволяет использовать имена файлов длиной до 255 символов (на каждый символ при этом отводится 2 байта). В HPFS по сравнению с FAT уменьшено время доступа к файлам в больших каталогах.

HPFS распределяет пространство на диске не кластерами как в FAT, а физическими секторами по 512 байт, что не позволяет ее использовать на жестких дисках, имеющих другой размер сектора. Эти секторы принято называть блоками. Чтобы уменьшить фрагментацию диска, при распределении пространства под файл HPFS стремится, по возможности, размещать файлы в последовательных смежных секторах. Фрагмент файла, располагающийся в смежных секторах, называется экстентом.

Для нумерации единиц распределения пространства диска HPFS использует 32 разряда, что дает 2³², или более 4 миллиардов номеров. Однако HPFS использует числа со знаком, что сокращает число возможных номеров блоков до 2 миллиардов. Помимо стандартных атрибутов файла, HPFS поддерживает расширенные атрибуты файла (Extended Attributes, EA), которые могут содержать до 64 Кб различных дополнительных сведений о файле.

Диск HPFS имеет следующие три базовые структуры (рис. 3): загрузочный блок (BootBlock), дополнительный блок (SuperBlock) и резервный блок (SpareBlock).

Загрузочный блок

Дополнительный блок

Резервный блок

Группа 1

Битовая карта группы 1

Битовая карта группы 2

Группа 2

Группа 3

Битовая карта группы 3

Битовая карта группы 4

Группа 4

Рис. 3. Дисковый раздел HPFS

Загрузочный блок в HPFS аналогичен загрузочному блоку в FAT. Он располагается в секторах с 0 по 15 и занимает на диске 8 Кб. Системные файлы, также как и в FAT, располагаются в корневом каталоге, но при этом физически могут находиться в любом месте на диске.

В 16 секторе размещается дополнительный блок, содержащий указатель на список блоков битовых карт (bitmap block list). В этом списке перечислены все блоки на диске, в которых расположены битовые карты, используемые для обнаружения свободных секторов. Также в дополнительном блоке хранится указатель на список дефектных блоков (bad block list), указатель на группу каталогов (directory band), указатель на файловый узел корневого каталога и дата последней проверки диска. Файловый узел (fnode) – это структура диска HPFS, которая содержит информацию о расположении файла и о его расширенных атрибутах.

В следующем секторе находится резервный блок, содержащий карту аварийного замещения (hotfix map), указатель на список свободных запасных блоков (directory emergency free block list) и ряд системных флагов. Резервный блок обеспечивает высокую отказоустойчивость HPFS и позволяет восстанавливать поврежденные данные на диске.

Остальное пространство диска разделено на группы (band) хранения данных. Каждая группа занимает 8 Мб и имеет свою собственную битовую карту свободного пространства, которая похожа на таблицу размещения файлов FAT. Каждому сектору группы соответствует один бит к ее битовой карте, показывающий занят ли соответствующий сектор. Битовые карты двух групп располагаются на диске рядом, также как располагаются и сами группы. Это дает возможность непрерывно разместить на жестком диске файл размером до 16 Мб.

Одна из групп данных размером 8 Мб, расположенная в середине жесткого диска и называемая группой каталогов, хранит информацию о каталогах диска. В ней наряду с остальными каталогами располагается и корневой каталог. Расположение группы каталогов в центре диска значительно сокращает время позиционирования головок чтения/записи.

В отличие от линейной структуры FAT, структура каталога в HPFS представляет собой сбалансированное дерево (так называемое B-дерево) с записями, расположенными в алфавитном порядке. Сбалансированное дерево состоит из корневого (root block) и оконечных блоков (leaf block). Блоки занимают 4 последовательных сектора и в среднем могут содержать 40 записей. Каждая запись корневого блока указывает на один из оконечных блоков (если только в каталоге не меньше 40 файлов); в свою очередь, каждая запись в оконечном блоке указывает на файловый узел файла или на оконечный блок следующего уровня. Таким образом, двухуровневая структура может содержать 40 оконечных блоков по 40 записей в каждом и описывать до 1600 файлов. При поиске файловая система HPFS просматривает только необходимые ветви дерева.

Файловый узел имеет размер 512 байт и всегда по возможности располагается непосредственно перед первым блоком своего файла. Каждый файл и каталог диска HPFS имеет свой файловый узел. Информация, хранящаяся в файловом узле, включает в себя расширенные атрибуты файла, если они достаточно малы, чтобы поместится в один сектор диска, и сокращенное имя файла в формате 8.3. Если расширенные атрибуты не помещаются в файловый узел, то в него записывается указатель на них. Положение файла на диске описывается в файловом узле двумя 32-битными числами. Первое из чисел представляет собой указатель на первый блок файла, а второе - длину экстента. Если же файл фрагментирован, то его размещение описывается дополнительными парами 32-битных чисел. В файловом узле можно хранить информацию максимум о 8 экстентах файла. Если файл имеет больше число экстентов, то в его файловый узел записывается указатель на блок размещения (allocation block), который может содержать до 40 указателей на экстенты или на другие блоки размещения. Таким образом, двухуровневая структура блоков размещения может хранить информацию о 480 (12*40) секторах, что теоретически, позволяет работать с файлами размером до 7.68 Гб (12*40*16 Мб).

VFAT

Файловая система VFAT (Virtual FAT), реализованная в Windows NT 3.5, Windows 95 (DOS 7.0), - это файловая система FAT, включающая поддержку длинных имен файлов (Long File Name, LFN) в кодировке UNICODE (каждый символ имени кодируется 2 байтами). VFAT использует ту же самую схему распределения дискового пространства, что и файловая система FAT, поэтому размер кластера определяется величиной раздела.

В VFAT ослаблены ограничения, устанавливаемые соглашениями по именам файлов FAT:

—  имя может быть длиной до 255 символов.

—  в имя можно включать несколько пробелов и точек, однако, текст после последней точки рассматривается как расширение.

—  регистр символов в именах не различается, но сохраняется.

Основной задачей при разработке VFAT была необходимость корректной работы старых программ, не поддерживающих длинные имена файлов. Как правило, прикладные программы для доступа к файлам используют функции ОС. Если у элемента каталога установить “нереальную” комбинацию битов атрибутов: “только для чтения”, “скрытый”, “системный”, “метка тома” – то любые файловые функции старых версий DOS и Windows не заметят такого элемента каталога. В итоге для каждого файла и подкаталога в VFAT хранится два имени: длинное и короткое в формате 8.3 для совместимости со старыми программами. Длинные имена (LFN) хранятся в специальных записях каталога, байт атрибутов, у которых равен 0Fh. Для любого файла или подкаталога непосредственно перед единственной записью каталога с его именем в формате 8.3 находится группа из одной или нескольких записей, представляющих длинное имя. Каждая такая запись содержит часть длинного имени файла не более 13 символов, из всех таких записей ОС составляет полное имя файла. Поскольку одно длинное имя файла может занимать до 21 записи, а корневой каталог FAT ограничен 512 записями, желательно ограничить использование длинных имен в корневом каталоге.

Содержание	Размер (байт)
Порядок следования	1
Первые пять символов LFN	10
Байт атрибутов (0Fh)	1
Указатель типа (всегда 0)	1
Контрольная сумма части имени	1
Следующие шесть символов LFN	12
Номер начального кластера (всегда 0)	2
Следующие два символа LFN	4

Табл. 4. Элемент каталога для длинного имени

Короткое имя генерируется файловой системой автоматически в формате 8.3. Для создания коротких имен (псевдонимов) файлов используется следующий алгоритм:

1.     Из длинного имени удалить все символы не допустимые в именах FAT. Удалить точки в конце и начале имени. После этого удалить все точки, находящиеся внутри имени кроме последней.

2.     Обрезать строку, расположенную перед точкой, до 6 символов и добавить в ее конец "~1". Обрезать строку за точкой до 3 символов.

3.     Полученные буквы преобразовать в прописные. Если сгенерированное имя совпадает с уже существующим, то увеличить число в строке "~1".

Данный алгоритм зависит от версии операционной системы и в будущих версиях может меняться.

Редактирование файлов программами, не поддерживающими длинные имена файлов, может приводить к потере длинных имен. Windows обнаруживает подобные элементы каталога, так как их контрольная сумма не соответствует больше тому, что записано в последующей записи каталога в формате 8.3. Однако такие записи не удаляются системой автоматически, они занимают дисковое пространство, до тех пор, пока вы не запустите программу ScanDisk, входящую в состав операционной системы. Большинство старых дисковых утилит воспримут записи, соответствующие длинным именам, как ошибки логической структуры диска. Попытки использовать данные утилиты, в лучшем случае приведет к потере длинных имен, а в худшем - к потере информации на диске.

FAT 32

В настоящее время появляются новые поколения жестких дисков, имеющие все бoльшие объемы дискового пространства, в то время как возможности FAT уже достигли своего предела (FAT может поддерживать разделы размером до 2 Гб).

FAT32 - усовершенствованная версия файловой системы VFAT, поддерживающая жесткие диски объемом до 2 терабайт. Впервые файловая система FAT32 была включена в состав ОС Windows  95 OSR 2. В FAT32 были расширены атрибуты файлов, позволяющие теперь хранить время и дату создания, модификации и последнего доступа к файлу или каталогу.

Из-за требования совместимости с ранее созданными программами структура FAT32 содержит минимальные изменения. Главные отличия от предыдущих версий FAT состоят в следующем. Блок начальной загрузки на разделах с FAT32 был увеличен до 2 секторов и включает в себя резервную копию загрузочного сектора, что позволяет системе быть более устойчивой к возможным сбоям на диске. Объем, занимаемый таблицей размещения файлов, увеличился, поскольку теперь каждая запись в ней занимает 32 байта, и общее число кластеров на разделе FAT32 больше, чем на разделах FAT. Соответственно, выросло и количество зарезервированных секторов.

Необходимо отметить, что официально Microsoft не поддерживает разделы FAT32 объемом менее 512 Мб. Однако в версии утилиты FDISK, поставляемой вместе с OSR2, имеется недокументированный флаг /FPRMT, позволяющий отформатировать под FAT32 разделы объемом менее 512 Мб. Microsoft также не поддерживает FAT32-разделы с размером кластера меньшим, чем 4 Кб. Размеры кластера, предлагаемые по умолчанию при форматировании FAT32 дисков, приведены в таблице 5. Параметр /Z утилиты FORMAT позволяет самостоятельно установить размер кластера на разделе FAT32: FORMAT <диск> /Z:n, где n – число секторов в кластере.

Размер раздела	Размер кластера
< 260 Мб	512 байт
260 Мб – 8 Гб	4 Кб
8 Гб – 16 Гб	8 Кб
16 Гб – 32 Гб	16 Кб
> 32 Гб	32 Кб

Табл. 5

Корневой каталог в FAT32 больше не располагается в определенном месте, вместо этого в блоке BPB хранится указатель на начальный кластер корневого каталога. В результате снимается ранее существовавшее ограничение на число записей в корневом каталоге.

Кроме того, для учета свободных кластеров, в зарезервированной области на разделе FAT32 имеется сектор, содержащий число свободных кластеров и номер самого последнего использованного кластера. Это позволяет системе при выделении следующего кластера не перечитывать заново всю таблицу размещения файла.

В данный момент FAT32 поддерживается в следующих ОС: Windows 95 OSR2, Windows 98, Windows ME, Windows 2000 и Windows XP.

NTFS

NTFS (New Technology File System) - наиболее предпочтительная файловая система при работе с ОС Windows NT (Windows 2000 и XP также являются NT системами), поскольку она была специально разработана для данной системы. В состав Windows NT входит утилита convert, осуществляющая конвертирование томов с FAT и HPFS в тома NTFS. В NTFS значительно расширены возможности по управлению доступом к отдельным файлам и каталогам, введено большое число атрибутов, реализована отказоустойчивость, средства динамического сжатия файлов, поддержка требований стандарта POSIX. NTFS позволяет использовать имена файлов длиной до 255 символов, при этом она использует тот же алгоритм для генерации короткого имени, что и VFAT. NTFS обладает возможностью самостоятельного восстановления в случае сбоя ОС или оборудования, так что дисковый том остается доступным, а структура каталогов не нарушается.

Каждый файл на томе NTFS представлен записью в специальном файле – главной файловой таблице MFT (Master File Table). NTFS резервирует первые 16 записей таблицы размером около 1 Мб для специальной информации. Первая запись таблицы описывает непосредственно саму главную файловую таблицу. За ней следует зеркальная запись MFT. Если первая запись MFT разрушена, NTFS считывает вторую запись, чтобы отыскать зеркальный файл MFT, первая запись которого идентична первой записи MFT. Местоположение сегментов данных MFT и зеркального файла MFT хранится в секторе начальной загрузки. Копия сектора начальной загрузки находится в логическом центре диска. Третья запись MFT содержит файл регистрации, применяемый для восстановления файлов. Семнадцатая и последующие записи главной файловой таблицы используются собственно файлами и каталогами на томе.

В журнале транзакций (log file) регистрируются все операции, влияющие на структуру тома, включая создание файла и любые команды, изменяющие структуру каталогов. Журнал транзакций применяется для восстановления тома NTFS после сбоя системы. Запись для корневого каталога содержит список файлов и каталогов, хранящихся в корневом каталоге.

Схема распределения пространства на томе хранится в файле битовой карты (bitmap file). Атрибут данных этого файла содержит битовую карту, каждый бит которой представляет один кластер тома и указывает, свободен ли данный кластер или занят некоторым файлом.

В загрузочном файле (boot file) хранится код начального загрузчика Windows NT.

NTFS также поддерживает файл плохих кластеров (bad cluster file) для регистрации поврежденных участков на томе и файл тома (volume file), содержащий имя тома, версию NTFS и бит, который устанавливается при повреждении тома. Наконец, имеется файл, содержащий таблицу определения атрибутов (attribute definition table), которая задает типы атрибутов, поддерживаемые на томе, и указывает можно ли их индексировать, восстанавливать операцией восстановления системы и т.д.

NTFS распределяет пространство кластерами и использует для их нумерации 64 разряда, что дает возможность иметь 2⁶⁴ кластеров, каждый размером до 64 Кбайт. Как и в FAT размер кластера может меняться, но необязательно возрастает пропорционально размеру диска. Размеры кластеров, устанавливаемые по умолчанию при форматировании раздела, приведены в табл. 6.

Размер раздела	Размер кластера
< 512 Мб	512 байт
513 Мб - 1024 Мб (1 Гб)	1 Кб
1 Гб - 2 Гб	2 Кб
2 Гб - 4 Гб	4 Кб
4 Гб - 8 Гб	8 Кб
8 Гб - 16 Гб	16 Кб
16 Гб - 32 Гб	32 Кб
> 32 Гб	64 Кб

Табл. 6

NTFS позволяет хранить файлы размером до 16 эксабайт (2⁶⁴ байт) и располагает встроенным средством уплотнения файлов в реальном времени. Сжатие является одним из атрибутов файла или каталога и подобно любому атрибуту может быть снято или установлено в любой момент (сжатие возможно на разделах с размером кластера не более 4 Кб). При уплотнении файла, в отличие от схем уплотнения используемых в FAT, применяется пофайловое уплотнение, таким образом, порча небольшого участка диска не приводит к потере информации в других файлах.

Для уменьшения фрагментации NTFS всегда пытается сохранить файлы в непрерывных блоках. Эта система использует структуру каталогов в виде B-дерева, аналогичную высокопроизводительной файловой системе HPFS, а не структуре со связанным списком применяемой в FAT. Благодаря этому поиск файлов в каталоге осуществляется быстрее, поскольку имена файлов хранятся сортированными в лексикографическом порядке.

NTFS была разработана как восстанавливаемая файловая система, использующая модель обработки транзакций. Каждая операция ввода-вывода, изменяющая файл на томе NTFS, рассматривается системой как транзакция и может выполняться как неделимый блок. При модификации файла пользователем сервис файла регистрации фиксирует всю информацию необходимую для повторения или отката транзакции. Если транзакция завершена успешно, производится модификация файла. Если нет, NTFS производит откат транзакции.

Несмотря на наличие защиты от несанкционированного доступа к данным NTFS не обеспечивает необходимую   конфиденциальность хранимой информации. Для получения доступа к файлам достаточно загрузить компьютер в DOS с дискеты и воспользоваться каким-нибудь сторонним драйвером NTFS для этой системы.

Начиная с версии  Windows 2000 Microsoft поддерживает новую файловую систему NTFS 5.0. В новой версии NTFS были введены дополнительные атрибуты файлов; наряду с правом доступа введено понятие запрета доступа, позволяющее, например, при наследовании пользователем прав группы на какой-нибудь файл, запретить ему возможность изменять его содержимое. Новая система также позволяет:

—  вводить ограничения (квоты) на размер дискового пространства, предоставленного пользователям;

—  проецировать любой каталог (как на локальном, так и на удаленном компьютере) в подкаталог на локальном диске.

Интересной возможностью новой версии Windows NT является динамическое шифрование файлов и каталогов, повышающее надежность хранения информации. В состав Windows 2000 и Windows XP входит файловая система с шифрованием (Encrypting File System, EFS), использующая алгоритмы шифрования с общим ключом. Если для файла установлен атрибут шифрования, то при обращении пользовательской программы к файлу для записи или чтения происходит прозрачное для программы кодирование и декодирование файла.

UFS (Unix File System)

Так же, как Unix представляет не одну систему, а ряд совместимых, так же UFS - не одна система, а целый ряд. Информации о поддержке разными Unix'ами чужих UFS у меня пока нет; информацию по поводу поддержки чужих файловых систем для каждого конкретного Unix'а скорее всего можно найти в документации к программе 'mount'.

Основным отличием UFS от других известных мне систем является выделение атрибутов файла в отдельном объекте файловой системе - inode; это позволяет иметь доступ к файлу (к набору данных, хранящихся в файле) более чем по одному имени (так называемый жесткий линк; см.ниже), а заодно повысить эффективность функционирования системы.

Классическая UFS Отводит на файл 16 байт - 14-буквенное имя файла и двухбайтный номер inode; современые UFS позволяют создавать длинные имена (до 255 символов), а имена файлов хранят не подряд, а более разумно - в двоичном дереве или hash-таблице, а номер inode может быть любым - четырехбайтным или восьмибайтным.

Сам блок inode содержит:

—  количество ссылок на файл - каждое имя, ссылающееся на файл, а также открытие файла увеличивают этот счетчик на единицу; файл стирается с высвобождением занятого места как только счетчик становится равным нулю (т.е. можно стереть открытый файл, а реально он сотрется когда его закроют);

—  размер файла;

—  дату и время создания, последнего изменения и последего чтения файла;

—  тип файла - в Unix это бывает:

-          обычный файл;

-          директория;

-          файл блочного устройства;

-          файл символьного (последовательного) устройства;

-          поименованный пайп (название происходит от символа "|", называемого "pipe" - см.его значение в shell);

-          символьный линк (алиас);

обычный файл и директория встречаются во всех файловых системах; файлы устройств являются интерфейсами к драйверам этих устройств; UID (идентификатор хозяина файла) и GID (идентификатор группы);

       атрибуты доступа:

Unix использует атрибуты 'Read', 'Write' и 'eXecute' для хозяина файла (owner), для одногрупника (group) и для остальных (other) - итого 9 бит; для директории эти атрибуты означают соответственно права на чтение списка файлов, на создание/удаление файлов и на обращение к файлам внутри директории;

важной особенностью является то, что права доступа для хозяина определяются атрибутами для него, права для одногрупника и остальных для хозяина игнорируются; аналогично для одногркпника не играют никакой роли права для остальных;

   кроме них есть атрибуты SetUID и SetGID - для запускаемого файла (не интерпретируемого) эти атрибуты определяют запуск процесса под правами не запустившего их пользователя, а хозяина и/или группы файла соотвнтственно;

   и еще есть один атрибут - для директории он запрещает стирание файлов, не принадлежащих стирающему;

       расширенный ACL (Access Control List, Список Управления Доступом) или ссылку на ACL, если файловая система поддерживает ACL;

       несколько (в классической UFS - 13) ссылок на кластеры файловой системы (раскладка приведена для классической UFS):

—  первые 10 указывают на первые 10 кластеров файла;

—  11-й указывает на кластер, содержащий адреса следующих 128-ми кластеров файла (в классической UFS размер кластера - полкилобайта, а адрес кластера - четыре байта);

—  12-й указывает на кластер, содержащий адреса 128-ми кластеров, в свою очередь содержащих адреса следующих 16`384-рех кластеров файла;

—  последний указывает на кластер, ... вобщем, здесь используется еще на один уровень больше, что позволяет адресовать еще 2`097`152 кластера файла;

итого получается 2`113`674 кластера по полкилобайта - чуть более гигабайта в файловой системе, способной работать с томами до двух терабайт (2^{^32} кластеров по полкилобайта).

В современных UFS многое изменено: можно задавать произвольный размер кластера и использовать 64-битные указатели, так что ограничени классической UFS давно преодолены. Основное преимущество такой адресации в том, что маленькие файлы, к которым часто обращаются, достижимы прямо из inode, и так же быстро происходит обращение к началу большого файла; обращение в середину и конец большого файла происходят медленнее, чем в начало, но я не представляю, как можно обеспечить бОльшую скорость, не налагая жесткого требования заведомой дефрагментированности файла или хотя бы таблицы размещения его кластеров.

Во многих UFS если после создания файла в кластер ничего не писалось (например, после открытия файла переместили указатель далеко-далеко и что-то туда записали), то под этот кластер не отводится место, а ссылке, которая должна на него указывать, присваивается 0 (это особенно актуально в свете использования hash-таблиц, которые обычно имеют внутри себя пустое пространство). То же самое делается если кластер оказывается заполнен нулями (незаполненное место считается залитым нулями, хотя полагаться на это программисту я бы не советовал). По-моему, неплохой способ экономии места.

Часть систем UFS реализованы как отказоустойчивые с журналированием, а часть по традиции обходится без этого - считается, что если на машине хранятся действительно важные данные, то эту машину можно обеспечить бесперебойным питанием и не подпускать к ней ламеров.

NetWare

Сведений об устройстве файловой системы NetWare у мня нет - знаю лишь, что она какая-то своя, естественно, более эффективная, чем FAT, и имеет более сложные ACL, чем классический Unix с его 'rwx' для owner, group и other.

Развитие файловых систем персональных компьютеров определялось двумя факторами - появлением новых стандартов на носители информации и ростом требований к характеристикам файловой системы со стороны прикладных программ (разграничение уровней доступа, поддержка длинных имен файлов в формате UNICODE). Первоначально, для файловых систем первостепенное значение имело увеличение скорости доступа к данным и минимизация объема хранимой служебной информации. Впоследствии с появлением более быстрых жестких дисков и увеличением их объемов, на первый план вышло требование надежности хранения информации, которое привело к необходимости избыточного хранения данных.

Эволюция файловой системы была напрямую связана с развитием технологий реляционных баз данных. Файловая система использовала последние достижения, разработанные для применения в СУБД: механизмы транзакций, защиты данных, систему самовосстановления в результате сбоя.

Развитие файловых систем привело к изменению самого понятия "файл" от первоначального толкования как упорядоченная последовательность логических записей, до понятия файла, как объекта, имеющего набор характеризующих его атрибутов (включая имя файла, его псевдоним, время создания и собственно данные), реализованного в Структура NTFS.

За свою почти 30 летнюю историю файловая система прошла путь от простой системы, взявшей на себя функции управления файлами, до системы, представляющей собой полноценную СУБД, обладающую встроенным механизмом протоколирования и восстановления данных.

В отличие от попыток ввести стандарт на протокол, описывающий правила доступа к удаленным файловым системам (CIFS, NFS), не стоит ожидать появления подобного стандарта, описывающего файловые системы для жестких дисков. Это можно объяснить тем, что файловая система жестких дисков все еще продолжает оставаться одной из главных частей операционной системы, влияющей на ее производительность. Поэтому каждый производитель операционных систем будет стремиться использовать файловую систему, "родную" для его ОС.

Дальнейшая эволюция файловых систем пойдет по пути совершенствования механизмов хранения данных, оптимизации хранения мультимедийных данных, использования новых технологий, применяемых в базах данных (возможность полнотекстового поиска, сортировка файлов по различным атрибутам), как это будет в Windows Longhorn.

• 1 слайд

  История вычислительной техники
  Абак и счёты
  С развитием цивилизации появились различные приёмы счёта. Они были необходимы и сборщикам налогов, и купцам, и ремесленникам, и ростовщикам. Искусством счёта владели немногие обученные люди – счётчики. Они использовали счётные инструменты – абаки. Абак использовался уже в V-IV веках до нашей эры. Их изготавливали из бронзы, камня, слоновой кости, цветного стекла. Слово «абак» имеет греческое происхождение и буквально означает «пыль».
  Абак похож на знакомые вам счёты – косточки на вставленных в рамку металлических спицах. У каждого народа счёты имели свои особенности:
  в русских счётах по 10 косточек в каждом ряду;
  в западноевропейских – по 9 косточек;
  в китайских по 7, причём два отделены от остальных пяти.
  

• 2 слайд

  Арифмометр
  В 1642 году знаменитым французским физиком и математиком Блезом Паскалем была создана первая механическая счётная машина – арифмометр. Счётная машина Паскаля была похожа на шкатулку, на крышке которой, как на часах, были расположены циферблаты. На них и устанавливали числа
  В 1677 году великий немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал свою счётную машину, позволяющую не только складывать и вычитать, но и умножать, делить многозначные числа. В своём арифмометре Лейбниц использовал вместо колёс цилиндры. На цилиндры были нанесены цифры.
  

• 3 слайд

  Машина Беббиджа
  Следующий важный этап развития вычислительной техники приходится на XIX век. В 1830 году английский математик, профессор Кембриджского университета Чарльз Бэббидж разработал проект программируемой вычислительной машины.
  Машина Беббиджа имела конструкцию, подобную конструкции фабрики. Набор специальных колёс – «склад» чисел. Механизм из шестеренок, рычагов и пружин – «цех» Есть и «контора», которая управляет всем вычислительным процессом с помощью заранее подготовленных вычислителем картонных лент с отверстиями - перфокарт
  В 1991 году машина была построена и произвела серьёзные вычисления.
  

• 4 слайд

  Счётная машина Холлерита
  Если Чарльз Бэббидж был первым, кому пришла идея использовать перфокарты применительно к вычислительной технике, то первым, кто реализовал эту идею, был американский инженер Герман Холлерит, разработавший машину для обработки результатов переписи населения.
  Пол и возраст, работа и место жительства – всё обозначалось отверстиями. Все эти данные потом «прочитывались» машиной, которая прощупывала перфокарту системой игл. Если напротив иглы оказывалось отверстие, то игла, пройдя сквозь него, касалась металлической поверхности, расположенной по картой и замыкала контакт
  В 1890 году машина Холлерита впервые использовалась для обработки результатов переписи и сократила период обработки с 8 до 3 лет
  

• 5 слайд

  Поколения ЭВМ
  Первая полностью электронная вычислительная машина «Эниак» была построена в США в 1946 году. Её размеры были громадны: более 30 м в длину и 85 м3 по занимаемому объёму (вес примерно 30 тонн). Хранение и обработка данных в ней осуществлялись с помощью 18 тысяч электронных ламп. В нашей стране первая ЭВМ была построена в 1951 году.
  В 1953 году наша промышленность стала выпускать электронную вычислительную машину «Стрела». Она состояла из десятков больших металлических шкафов, в которых находились сотни ламп. Рядом стояли мощные трансформаторы, обеспечивающие нужное напряжение для ламп . «Стрела» вместе с вспомогательным оборудованием занимала площадь в 500 квадратных метров (площадь 10 квартир)
  

• 6 слайд

  Гигантские компьютеры на электронных лампах 50-х годов ХХ века составили первое поколение вычислительной техники.
  Спустя десятилетие, в начале 60-х годов на смену электронных ламп пришли транзисторы. С ними связано появление второго поколения ЭВМ.
  Металлы – серебро, медь, алюминий – проводят электрический ток. Их называют проводниками. Некоторые редкие вещества - кремний, германий, селен – то проводят электрический ток, то не проводят, в зависимости от его направления (полупроводники). Они и стали основой для транзисторов.
  Рождение машин третьего поколения связывают с появлением интегральных схем - кремниевых кристаллов с миниатюрной электронной схемой . Слово «интегральная» означает «цельный, единый»
  С развитием микроэлектроники появилась возможность размещать на кристалле не одну, а тысячи интегральных схем. Началась эпоха микрокомпьютеров
  Процесс развития вычислительной техники продолжается и сегодня.
  
  

Кодирование текстовой информации. Кодовые таблицы.

Текстовая информация, как и все другие виды  информации, кодируется двоичными кодами. Каждая ЭВМ имеет свою внутреннюю таблицу кодов, реализующую тот или иной метод бинарного кодирования символьной информации в оперативной, внешней памяти и на носителях .

Определение: алфавит - множество неповторяющихся символов.

Определение: Мощность алфавита - количество символов алфавита.

Определение: Кодовая таблица - это внутреннее представление символов в компьютере.

Во всем мире в качестве стандарта принята таблица ASCII (American Standard Code for Information Interchange - Американский стандартный код для обмена информацией), в которой зарезервировано 128  7-ми разрядных кодов для кодирования:

• символов латинского алфавита
• цифр
• знаков препинания
• математических символов

Добавление 8-го разряда позволяет увеличить   количество кодов  таблицы ASCII до 255. Коды от 128 до 255 представляют собой расширение таблицы ASCII. Эти коды в таблице ASCII  использованы для кодирования некоторых символов, отличающихся от латинского алфавита, и встречающихся в языках с письменностью, основанной на латинском алфавите, - немецком, французском, испанском. Кроме этого, часть кодов использована для кодирования символов псевдографики, которые можно использовать, например, для оформления в тексте различных рамок и текстовых таблиц. Для хранения двоичного кода одного символа выделен 1 байт = 8 бит. Учитывая, что каждый бит принимает значение 0 или 1, количество их возможных сочетаний в байте равно 2*8=256. Значит, с помощью 1 байта можно получить 256 разных двоичных кодовых комбинаций и отобразить с их помощью 256 различных символов. Эти комбинации и составляют таблицу ASCII.
Для сокращения записей и удобства  пользования кодами символов используют шестнадцатеричную систему счисления, состоящую из 16 символов - 10 цифр и 6 латинских букв: A,B,C,D,E,F. Так, буква S будет представлена в шестнадцатеричной системе по сравнению с двоичной более компактным кодом 53.  Стандарт ASCII определяет первые 128 символов от 0 до 127: цифры, буквы латинского алфавита, управляющие символы. Первые 32 символа являются управляющими и предназначены в основном для передачи команд управления. Вторая половина таблицы от 128 до 255 – национальный алфавит.

8-ми разрядная таблица ASCII

Слово COMPUTER, закодированные в кодах ASCII выглядит так: C O M P U T E R 067 079 077 080 085 084 069 082 00100011 01001111 01001101 1010000 01010101 1010100 01000101 01010010 А если учесть, что в двоичном представлении для кодирования каждого символа используется 8-ми разрядный код, то получится двоичный код длиной в 64 символа.

В языках, использующих кириллический алфавит, в том числе русском, пришлось полностью менять вторую половину таблицы ASCII, приспосабливая ее под кириллический алфавит. Но отсутствие согласованных стандартов привело к появлению различных кодовых таблиц для кодирования русскоязычных текстов, среди которых:

• альтернативная кодовая таблица CP-866
• международный стандарт ISO 8859
• кодовая таблица фирмы Microsoft CP-1251 (кодировка Windows)
• кодовая таблица, применяемая в ОС Unix  KOI 8-r
• Mac – (для компьютера Макинтош)

В СССР действовала 7-значная система кодирования КОИ-7 (код обмена семизначный). Но американский стандарт ASCII стал международным (поддержка производителей оборудования и программ.) и национальные системы кодирования используют коды с 128 по 255. Кодировка символов русского языка WINDOWS 1251 была введена компанией Microsoft и широко спользуется в Глобальных мировых сетях.

КОИ-8 (код обмена восьмизначный) происхождение относится ко временам СЭВ. Сейчас эта кодировка имеет широкое распространение в компьютерных сетях на территории России.

Кодовая таблица Windows (CP-1251)

Альтернативная кодовая таблица ( KOI -8r )

Сравните: в альтернативной кодировке русский прописной символ А имеет код 128, а в кодировке Windows - 192.

Примечание: полный перечень кодовых таблиц можно взять здесь.

Универсальная система кодирования текстовых данных.

8 бит дают ограниченный набор кодов (256). В начале 90-х Была разработана универсальная 16-разрядная система кодирования UNICODE. 16 разрядов обеспечивают 216 (65 536) различных кодов, что вполне достаточно для размещения большинства языков планеты. Развитие сдерживалось из-за нехватки ресурсов, т.к. все текстовые документы увеличивались вдвое. С середины 90-х годов технические средства достигли необходимого уровня, но кодировка UNICODE так и не получила должного распространения.

 

 

Примеры решения задач.

Задача 1.

С помощью последовательности десятичных кодов: 66 65 83 73 67 зашифровано слово BASIC . Какая последовательность десятичных кодов будет соответствовать этому слову, записанному строчными буквами.

Решение:

Учитываем, что разница между десятичным кодом строчной буквы латинского алфавита и десятичным кодом соответствующей заглавной буквы равна 32, и то, что заглавные буквы записываются раньше строчных, имеем, код слова basic : 98 97 115 105 99

Ответ: 98 97 115 105 99

Задача 2.

Представьте в форме шестнадцатеричного кода слово «ЭВМ» во всех пяти кодировках.

Решение:

1. Последовательности десятичных кодов слова «ЭВМ» в различных кодировках составляем на основе кодировочных таблиц:

• KOI8-r: 252 247 237
• CP 1251: 221 194 204
• CP866: 157 130 140
• Mac: 157 130 140
• ISO: 205 178 188        

2. Переводим с помощью калькулятора последовательности кодов из десятичной системы в шестнадцатеричную:

• KOI8-r: FC F 7 ED
• CP1251: DD C2 CC
• CP866: 9D 82 8C
• Mac: 9D 82 8C
• ISO: CD B2 BC

Ответ:

• KOI8-r: FC F 7 ED
• CP1251: DD C2 CC
• CP866: 9D 82 8C
• Mac: 9D 82 8C
• ISO: CD B2 BC

• 1 слайд

  Компьютерная графика
  

• 2 слайд

  Виды компьютерной графики
  растровая
  векторная
  фрактальная
  точка
  линия
  треугольник
  Наименьший элемент
  

• 3 слайд

  Применение компьютерной графики
  векторная
  для разработки рекламных буклетов и дизайнерских работ
  Фрактальная
  при разработки развлекательных программ
  растровая
  для разработки электронных и полиграфических изданий
  Сканер и цифровые устройства
  Компьютерные программы
  языки программи-ровавния
  Чаще при создании используют
  

• 4 слайд

  Растровая графика
  Если изображение экранное, то точка называется пикселом. Стандартными счинаются: 640Х480, 800Х600, 1024Х768, 1200Х1024 и т.д.
  С размером изображения непосредственно связано его разрешение, оно измеряется в точках на дюйм (dots per inch – dpi).
  К примеру экран 15” монитора составляет 28Х21 см. При настройке экрана 800Х600 пикселов и учитывая, что 1”=25,4мм его разрешение составит 72 dpi.
  

• 5 слайд

  Векторная графика
  Векторная графика является объектной.
  Простейшими объектами являются:
  Точка, Линия, Отрезок прямой, Кривая второго порядка, Кривая третьего порядка, Кривая Безье
  
  Все они задаются своими формулами
  

• 6 слайд

  Точка
  М (x,y)
  Линия
  y=kx+b
  Отрезок прямой
  a(M;P)
  Кривая второго порядка
  x2+a1y2+a2xy+a3x+a4y+a5=0
  Кривая третьего порядка
  x3+a1y3+a2x2y+a3xy2+a4x2+a5y2+a6xy+a7x+a8y+a9=0
  Кривая Безье
  упрощенный вид кривой третьего порядка описываемый всего восемью переменными.
  

• 7 слайд

  Фрактальная графика
  Фрактальная графика, как и векторная является вычисляемой, но отличается от неё тем, что никакие объекты в памяти ПК не хранятся. Изображение строится по уравнению.
  Простейшим элементом является фрактальный треугольник.
  
  

• 8 слайд

  НЕДОСТАТКИ
  РАСТРОВАЯ
  Большой объем данных
  Эффект пикселизации
  ВЕКТОРНАЯ
  Сложность рисования детализированных рисунков
  ФРАКТАЛЬНАЯ
  Трудность восприятия результатов изменения параметров
  

• 1 слайд

  Системы счисления
  Система счисления – это совокупность приёмов и правил для обозначения и именования чисел
  Обозначение чисел в счёт в Древнем Египте
  = 3 252
  
  Система счисления называется непозиционной, если в ней количественные значения символов, используемых для записи чисел, не зависят от их положения в коде числа
  

• 2 слайд

  Римская система счисления
  В основе Римской системы счисления лежат знаки I (один палец), V (раскрытая ладонь), X (две сложенные ладони), а также есть специальные знаки для обозначения 50, 100, 500, 1000.
  MCMXCV = 1000 + (1000 -100) + (100 -10) + 5 = 1995
  MDCCCCLXXXXV = 1000 + 500 + 100 + 100+ 100 + 100 + 50 + 10 + 10 + 10 + 10 + 5 = 1995
  

• 3 слайд

  Алфавитные системы счисления
  Наряду с иероглифическими в древности широко применялись алфавитные системы счисления, в которых числа изображались буквами алфавита
  Греческий алфавит с числовыми значениями входящих в него букв
  

• 4 слайд

  Славянский цифровой алфавит
  Тысячи обозначались теми же буквами с «титлами», но со специальным знаком
  Десятки тысяч назывались «тьмами»
  Сотни тысяч назывались «легионами»
  Миллионы назывались «леордами»
  Десятки миллионов назывались «воронами»
  Сотни миллионов назывались «колодами»
  Славянский цифровой алфавит, который сохранялся до конца XVII века. При Петре 1 возобладала арабская нумерация, которой мы пользуемся и сейчас.
  

• 5 слайд

  Позиционные системы счисления
  Система счисления называется позиционной, если количественные значения символов, используемых для записи чисел, зависят от их положения в коде числа.
  Французский математик Пьер Симон Лаплас (1749 – 1827) такими словами оценил «открытие» позиционной системы счисления: «Мысль – выражать все числа немногими знаками, придавая им значение по форме, ещё значение по месту, настолько проста, что именно из-за этой простоты трудно оценить, насколько она удивительна.»
  Широкое распространение до первой трети XX века имели элементы двенадцатеричной системы счисления. И только возможность счёта на пальцах рук склонила чашу весов на сторону десятичной системы.
  А вот шведский король Карл XII в 1717 году увлекался восьмеричной системой счисления, считал её более удобной чем десятичная.
  

• 1 слайд

• 1 слайд

Работа №1. Работаем с файлами и папками.

1.     Займите своё рабочее место за компьютером.

2.     Откройте двойным щелчком левой копкой мыши окно Мой компьютер

3.     Дважды щёлкните на значке локального диска D и рассмотрите его содержимое

4.     Найдите и двойным щелчком левой клавиши мыши откройте папку «6 класс», в ней найдите папку своего класса (6 А, 6 Б), откройте эту папку

5.     С помощью команды «Файл – Создать – Папку» создайте папку с названием своей группы (1 группа или 2 группа)

6.     Откройте двойным щелчком левой клавиши мыши созданную вами папку и с помощью команды «Файл – Создать – Документ Microsoft Word» создайте текстовый файл с именем «Первый документ»

7.     Двойным щелчком левой кнопки мыши откройте документ и напечатайте там данные о себе.

8.     Закройте окно текстового редактора и сохраните изменения в документе

9.     Выполните следующие действия: «ПУСК – ВЫКЛЮЧИТЬ – ЖДУЩИЙ РЕЖИМ»

Работа 2. Знакомство с текстовым процессором MS Word

1.     Откройте текстовый процессор (Пуск – программы - Microsoft office 2003- Microsoft office Word 2003)

2.     Введите следующий текст:

На поляне с брусничным настоем стоял медвежонок. Он был один и делал то, что хотел. А делал медвежонок что-то странное. То вдруг взмахивал головой, а лапками и носом тыкался в землю. То переваливался через тощий задок и носом тыкался в землю. Медвежонок явно что-то ловил и никак не мог поймать. Я вдруг понял: медвежонок ловил свою тень!

3.     Сохраните его под именем Медвежонок в своей папке

4.     Последовательно выделяйте двойным щелчком левой кнопки мыши в тексте каждое слово медвежонок и вводите вместо него слово волчонок.

5.     Выбрав в меню Файл команду Сохранить как сохраните изменённый файл под именем Волчонок в своей папке.

6.     Откройте файл Волчонок

7.     Установите курсор в начале первой строки

8.     Отдайте команду Правка – Заменить.

9.     В поле Найти: введите слово волчонок

10.  В поле Заменить на: введите слово лисёнок

11.  Нажмите кнопку Заменить всё

12.  Закройте окно Найти и заменить

13.  Выбрав в меню Файл команду Сохранить как сохраните изменённый файл под именем Лисёнок в своей папке.

Работа 3. Редактируем и форматируем текст. Вставляем надписи

1.     Запустите текстовый процессор MS Word 2003

2.     На панели рисования найдите кнопку Вставить объект WordArt  и с её помощью вызовите коллекцию WordArt, содержащую различные варианты надписей.

3.     Щёлкните левой клавишей мыши на понравившейся Вам надписи, затем на кнопку ОК.

4.     Рассмотрите раскрывшееся диалоговое окно Изменение надписи WordArt. В нём можно выбрать шрифт, его размер и начертание.

5.     Введите текст «Воздействие цвета на человека»

6.     Расположите надпись по центру, нажав на кнопку По центру  

7.     Перейдите на следующею строку, нажав клавишу Enter

8.     Наберите текст по образцу:

Оранжевый – вызывает лёгкое возбуждение, ускоряет кровообращение, способствует пищеварению

Жёлтый – стимулирует умственную деятельность

Зелёный – нежный, умиротворяющий, спокойный

Голубой – снижает кровяное давление, холодный

Синий – обусловливает серьёзность, строгость в поведении

Фиолетовый – возбуждает деятельность сердца, увеличивает сопротивляемость организма простудным заболеваниям.

9.     Для названия цветов задайте соответствующий цвет шрифта, начертание – жирный, курсивный и размер – 16 пт

10.  для описания цвета задайте шрифт – Arial, размер – 12 пт

11.  Сохраните файл под именем Цвета.

Редактируем и форматируем текст.

Создаём надписи.

1. Откройте текстовый процессор MS Word.

2. С помощью меню Вид установите панель Рисование.

3. На панели Рисование найдите кнопку Вставить объект WordArt  и с её помощью вызовите коллекцию WordArt,содержащую различные варианты надписей.

4. Щёлкните мышью на понравившейся вам надписи, затем - на кнопке OK.

5. Рассмотрите раскрывшееся диалоговое окно Изменение надписи WordArt . В нем можно выбирать шрифт, его размер и начертание.

6. Нажав клавишу {Delete}, очистите рабочее поле.

7. Введите текст надписи <<ШКОЛА>>, окружённая восемью белыми квадратиками - маркерами.

8. Нажмите клавишу {Delete} – надпись должна исчезнуть.

9. Самостоятельно выполните п. 3 – 7. Щелкните на любом месте вне надписи – маркеры должны  исчезнуть. Нажмите на клавишу {Delete} – надпись не исчезнет.

10. Щелкните на надписи (обратите внимание на форму , которую примет указатель мыши).Удерживая нажатой  левую кнопку мыши, перетащите надпись в верхнюю часть страницы.

11. Последовательно наводите указатель мыши на маркеры и наблюдайте, как меняется форма указателя. Перетаскивая поочередно маркеры, попытайтесь изменить размеры надписи.

12. Попытайтесь перетащить желтый ромбик, находящийся под надписью, и проследите за тем, как меняется форма надписи.

13. Выделите надпись ( поместите на надпись указатель мыши и выполните щелчок левой кнопкой мыши). Обратите внимание на появившуюся панель WordArt.С её помощью можно полностью изменить исходную надпись. Попытайтесь это сделать самостоятельно.

14. Сохраните файл в собственной папке под именем Школа и закройте программу.

Создаём нумерованные списки

Задание 1

1.     Откройте текстовый процессор MS Word.

2.     Включите нумерацию, щелкнув на кнопке Нумерация.

3.     Наберите текст (для перехода в каждому следующему пункту надо нажимать клавишу {Enter}):

	Записать слово, разделив его на фонетические слоги. Указать количество слогов, выделить ударный. Дать характеристику звуков- гласных и согласных. Указать количество букв и звуков в слове.

 

4.     Отмените продолжение списка, два раза нажав клавишу {Enter}.

5.     Создайте красочную надпись «ФОНЕТИЧЕСКИЙ РАЗБОР» и поместите её над текстом.

6.     Сохраните файл в собственной папке под именем Фонетика и закройте программу.

Задание 2

1.     Откройте текстовый процессор MS Word.

2.     Откройте файл Слова.doc (Мои компьютер\Информатика\6 класс\Заготовки):

	Число; столица России; учебник; наука; житель Москвы; столица; самая высокая гора; А.С. Пушкин; сказочный персонаж; Змей Горыныч.

 

3.     Из приведенных слов сформируйте два нумерованных списка – общие понятия и единичные понятия.

4.     Заголовок каждого списка оформите в виде красочной надписи.

5.     Сохраните файл в собственной папке под именем Понятия и закройте программу.

Проведём небольшой эксперимент

1.     Запустите приложение Калькулятор и выполните команду [Вид - Инженерный]. Обратите внимание на группу переключателей, определяющих систему счисления:

 

2.     Убедитесь, что Калькулятор настроен на работу в десятичной системе счисления. С помощью клавиатуры или мыши введите в поле ввода произвольное десятичное число. Активизируйте переключатель Bin и проследите за изменением в окне ввода. Очистите поле ввода и вернитесь в десятичную систему счисления.

3.     Повторите пункт 2 несколько раз.

4.     Переведите числа 123, 456, 789 в двоичную систему счисления сами и проверьте себя с помощью Калькулятора

123

456

789

Декодируйте следующие сообщения с помощью кодовой таблицы  КОИ 8

Десятичный код	205 197 32 196 197 203 192 201 32 200 199 32 204 211 213 200 32 209 203 206 205 192 46
Текст

Десятичный код	211 32 209 210 208 192 213 192 32 195 203 192 199 192 32 194 197 203 200 202 200 46
Текст

Десятичный код	11001101 11000101 11010010 00100000 11000100 11011011 11001100 11000000 00100000 11000001 11000101 11000111 00100000 11001110 11000011 11001101 11011111 00101110
Текст

Десятичный код	11001101 11100101 11110010 00100000 11110101 11110011 11100100 11100000 00100000 11100001 11100101 11100111 00100000 11100100 11101110 11100001 11110000 11100000 00101110
Текст

Проведём небольшой эксперимент

1.     Запустите графический редактор Paint и выполните команду [Палитра – Изменить палитру].

2.     В открывшемся диалоговом окне  Изменение палитры щёлкните по кнопке  Определить цвет; обратите внимание на информацию в правой нижней части экрана.

3.     Задайте несколько раз по своему усмотрению значения в полях ввода для основных цветов и проследите за изменениями в окне Цвет \ Заливка.

4.     Установите,  какие цвета  получатся при следующих значениях основных цветов:

Красный	Зелёный	Синий	Цвет
0	0	0
0	0	255
0	255	0
190	190	190
255	0	0
0	255	255
255	0	255
255	255	0
255	255	255

Точное число различных оттенков вы можете получить, если с помощью приложения Калькулятор вычислите значение произведения 256*256*256

1. Установите соответствие между значками и обозначаемыми ими компьютерными объектами (соедините стрелками)

	Папка Мои документы Ярлык гибкого диска Ярлык программы Paint Корзина Ярлык локального диска

2. Установите соответствие между значками и обозначаемыми ими устройствами памяти (соедините стрелками)

	Жёсткий магнитный  диск Лазерный диск Гибкий магнитный диск

3. Выберите цепочки символов, которые могут использоваться в качестве имени файлов (отметьте «галочками»)

¨ Письмо Пете

¨ Грамота

¨ 12>13

¨ 12 меньше 13

¨ Письмо_Пете

¨ Задание *

¨ Что?

¨ Ура!

¨ Ку-ку

4. Установите соответствие между значками и обозначенными ими компьютерными объектами (соедините стрелками)