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

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 при­нимать 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 (развил­ка, 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 — резуль­тат) 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 опе­ративном запоминающем устройстве (ОЗУ). Для сохранения результатов необходимо использовать носи­тель 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. Непос­редственно 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 мо­жет 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 дру­гу) . Наиболее важными из них являются следующие.

Главная характеристика процессора — тактовая час­тота. 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 совре­менных 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 совре­менных компьютерах применяется сочетание большого основного объема динамического ОЗУ с промежуточной (между ОЗУ и процессором) статической кэш-па­мятью. 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, современно­му 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 требует­ся 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 рас­четов, 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 — но­сителя.

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 зна­чения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.

Компакт-диск диаметром 120мм (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 еди­ницу. 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, не­возможно заложить в компьютер информацию обо всех устройствах, которые к нему могут быть подсоединены. Загружаемая (а следовательно, изменяемая) программная часть, обеспечивающая работу компьютерной аппаратуры, решает данную проблему. Во-вторых, наличие операционной системы 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 харак­теристики 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 логиче­скими 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.

Похожие работы

Свойства информации. Единицы измерения количества информации

Скачать

225314

2

0

... раза. В силу специфичности информации схемы определения количества информа­ции, связанные с ее содержательной стороной, оказы­ваются не универсальными. Универсальным оказывается алфавитный подход к измерению количества информации. В этом подходе сообщение, представленное в какой-либо знаковой системе, рассматривается как совокупность сообще­ний о том, что заданная позиция в последовательнос­ти ...

Формирование содержания предмета информатика и ИКТ для информационно - технологического профиля

Скачать

15486

3

1

... , коллективной реализации информационных проектов, информационной деятельности в различных сферах, востребованных на рынке труда. В соответствии с целями и задачами обучения в классе информационно-технологического профиля на профильном (повышенном) уровне изучаются предметы: информатика, математика, физика. Ведущим предметом является информатика. Информатика - современная, динамично развивающаяся ...

Изучение технологии нейронных сетей в профильном курсе информатики

Скачать

89261

12

5

... одном из элективных курсов. Выбор естественно-математического профиля, во-первых, определяется целью введения данного курса в школе (расширение научного мировоззрения) и, во-вторых, сложностью темы в математическом аспекте. Глава 2. Содержание обучения технологии нейронных сетей Авторы данной работы предлагают следующее содержание обучения технологии нейронных сетей. Содержание образования ...

Методика и технология разработки web-сайта образовательного учреждения (на примере сайта социально-гуманитарного факультета БГПУ им. М. Акмуллы)

Скачать

68616

3

0

... сайта на английском языке, а может быть другой версией, возможно, состоящей на первых порах из одной страницы. Глава 2. Проектирование web-сайта образовательного учреждения и размещение его в сети Интернет   2.1 Разработка web-сайта   Разработка сайта включает в себя целый комплекс процессов, от которых зависит эффективный конечный результат. Формирование целей и задач сайта. Это первый ...