Зинкевич В.П. Вычислительная техника и программирование
Подождите немного. Документ загружается.
10.1. Общие положения
С помощью устройств вывода мы получаем от компьютера
переработанную информацию. Некоторые из перечисленных ранее устройств
ввода могут служить для вывода информации. К ним надо отнести монитор,
магнитные запоминающие устройства (ВЗУ), магнитооптические и
оптические пишущие устройства. Из специфических устройств, служащих
только для вывода информации необходимо рассмотреть принтеры, плоттеры
и акустические устройства.
10.2. Принтеры
По технологии печати принтеры можно разделить на
1. Матричные.
2. Струйные.
3. Лазерные.
4. Светодиодные.
В матричных принтерах печатающая головка содержит один или два
вертикальных ряда иголок. Общее количество иголок в головке чаще всего
бывает 9 или 24. У последних качество печати существенно выше, но все
равно оно уступает качеству струйных, лазерных и светодиодных принтеров.
Между печатающей головкой и бумагой располагается красящая лента. Из
схемы управления на печатающую головку приходят сигналы, которые
приводят в движение соответствующие иглы. Они ударяют по красящей
ленте и на бумаге остаются точки. Далее головка перемещается на
следующую позицию и печатает следующий вертикальный ряд точек. После
достижения конца строки печатающая головка перемещается на начало
новой строки, а бумага перемещается на одну строку. Отличительной чертой
матричных принтеров является относительно низкая стоимость самого
принтера, так и стоимость одной копии. Дополнительным достоинством
матричных принтеров является возможность получения на них одновременно
несколько копий с помощью копировальной бумаги. Это делает их удобными
при использовании в банках и регистрации финансовых операций.
В струйных принтерах печатающая головка имеет чернильницу с
соплами, через которые чернила подаются на бумагу. Перемещение
печатающей головки аналогично перемещению головки в матричном
принтере. Лучшее качество печати обеспечивается меньшими размерами
точки. Разрешающая способность принтеров измеряется в точках на дюйм.
Например, при разрешении принтера 600х600 dpi размер точки составляет
0,042 мм. В настоящее время существуют принтеры с гораздо лучшим
разрешением (до 4000 dpi). Количество сопел в одной головке может
достигать нескольких сотен. По стоимости струйные принтеры (даже
цветные) могут быть дешевле матричных. Однако стоимость получения
одной копии у них даже выше, чем у лазерных принтеров, что связано с
41
относительно высокой стоимостью картриджа (у него малый ресурс – 300-
500 стр.).
Лазерные (и светодиодные) принтеры, как и копировальные аппараты,
используют принцип сухой ксерографии, в основе которого лежит напыление
порошка на материал (бумагу) с последующим запеканием. В лазерном
принтере в качестве источника света используется лазер, который меняет
потенциал в определенных участках фоторецептора (барабана), на которые
затем наносится порошок (тонер). Лазерная пушка светит на зеркало, которое
вращается с высокой скоростью. Отраженный луч через систему зеркал и
призму попадает на светочувствительный барабан и за счет поворота зеркала
выбивает заряды по всей длине барабана. Затем происходит поворот
барабана на один шаг и вычерчивается новая линия. Лазерные принтеры
кроме механической части имеют в своем составе серьезную электронику :
ЗУ (могут быть и винчестеры), периферийный процессор. Это позволяет
значительную часть работы, связанную с обработкой контента (текста,
графики), передать от компьютера принтеру.
Лазерные принтеры обеспечивают несколько лучшее качество печати по
сравнению со струйными принтерами, но первоначальная стоимость их
существенно выше. Их основная область применения – офисы с высоким
объемом печати.
11. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ
42
11.1. Общие положения
Рассматривая развитие вычислительных сетей с точки зрения массового
применения целесообразно остановиться на изменениях в архитектуре
вычислительных систем. Здесь нужно выделить 4 ступеньки, приведшие к
появлению современного сетевого персонального компьютера [ 10 ].
1). Mainframe – первое массовое использование компьютеров. В этом случае
структура вычислительного комплекса выглядела следующим образом :
центром вычислений являлся Центральный Процессор (ЦП), который
осуществлял всю основную обработку информации; пользователи же
получали доступ к ЦП через периферийные терминалы – интерфейсы между
ЦП и компьютером. Здесь более экономично использовалось вычислительное
оборудование, так как на одном компьютере одновременно могли работать
несколько пользователей. Ограничением таких вычислительных комплексов
является возможность использование только того программного
обеспечения, которое на них установлено. Типичными примерами таких
систем является IBM 360 (США) и ЕС-1046 (СССР). Мэйнфреймы и до
настоящего времени широко используются в США.
2). Персональные компьютеры связаны с появлением интегральных схем и
построенных на их основе микропроцессоров. ПК содержат все компоненты
вычислительной системы и позволяют пользователю иметь собственное
программное обеспечение. Однако сими по себе ПК не позволяют
пользоваться информацией и вычислительными ресурсами других
компьютеров.
3). Локальные вычислительные сети (ЛВС) – снимают ограничения,
свойственные автономным и централизованным вычислительным системам.
Они состоят из ПК, соединенных друг с другом линиями связи. Они
используются как для передачи данных, так и для совместного
использования дорогостоящих ресурсов (лазерных принтеров, плоттеров,
сканеров и т.п.). Их недостаток – небольшая покрываемая площадь (в
пределах одного здания).
4) Глобальные вычислительные сети (ГВС) – позволяют объединить
удаленные компьютеры с использованием дальних линий связи (как правило,
низкоскоростных аналоговых телефонных линий). Здесь не существуют
ограничения по дальности передачи.
11.2. Типы вычислительных сетей
Сетью называют группу компьютеров, соединенных между собой при
помощи специальной аппаратуры, обеспечивающей обмен данными между
любыми компьютерами. Компьютер в сети называется рабочей станцией.
Компьютер для управления сетью – сервером.
Локальная сеть LAN (Local Area Network) представляет собой соединение
нескольких компьютеров в рамках одного здания.
43
Сеть CAN (Campus Area Network) представляет собой объединение
нескольких сетей нескольких зданий.
Сеть MAN (Metropolitan Area Network) – объединение сетей в пределах
города.
Сеть GAN (Global Area Network) объединяет континенты.
Преимущества вычислительных сетей может быть сведено к четырем
пунктам.
1). Распределение данных (Data Sharing) . Данные хранятся на центральном
ПК и могут быть доступны всем остальным ПК. На рабочем месте нет
необходимости иметь накопители информации.
2). Распределение ресурсов (Resource Sharing) Периферийные устройства
доступны всем ПК.
3). Распределение программ (Software Sharing). Все пользователи имеют
доступ к программам.
4). Электронная почта (Electronic Mail). Все пользователи могут
интерактивно соединяться друг с другом.
11.3. Сетевые топологии
Рассмотрим основные сетевые топологии.
Одноранговая сеть (рeer-to-peer) не имеет центрального ПК и работает без
резервирования файлов. Аппаратные средства (принтеры, сканеры и т.п.),
подключаемые к отдельным ПК, используются совместно на всех рабочих
местах.
Сети типа клиент-сервер В таких сетях имеется мощный ПК (сервер),
соединяемый с отдельными рабочими станциями. Отдельные рабочие
станции используют ресурсы сервера и поэтому могут быть менее мощными.
Управление сетью, т.е. управление рабочими станциями и периферийными
устройствами осуществляется мощным программным обеспечением.
Компьютеры в сети могут соединяться по следующим видам : звезда,
общая шина и кольцо.
Звезда
Каждый компьютер через сетевой адаптер соединяется отдельным
кабелем с объединяющим устройством – сервером, находящимся в центре
(фиг. 11.1).
Достоинства:
- Повреждение кабеля выводит из строя только одну рабочую станцию.
- Простота подключения. Каждая рабочая станция соединена только с
сервером.
- Простота системы защиты от несанкционированного доступа.
- Высокая скорость передачи от сервера к рабочим станциям.
Недостатки:
44
- Если сервер находится не в центре, то подключение к нему удаленных
рабочих станций может быть дорогим.
- Скорость передачи между рабочими станциями мала.
- Мощность сети зависит от сервера.
сервер
Фиг. 11.1. Конфигурация вычислительной сети типа «звезда».
Фиг. 11.2. Кольцевая конфигурация вычислительной сети.
…………….
Фиг. 11.3.. Шинная топология вычислительной сети.
Кольцевая топология
В этом случае данные передаются от одного компьютера к другому как бы
по эстафете. Если компьютер получает данные, предназначенные для другого
компьютера, он передает их дальше по кольцу.
Достоинства :
- Нет ограничения на длину всей сети и ограничений на расстояние
между компьютерами.
45
- Высокая эффективность информационного потока, так как
информация постоянно циркулирует по кругу.
Недостатки :
- Время передачи данных увеличивается пропорционально числу
компьютеров.
- Каждая рабочая станция участвует в передаче информации. Выход из
строя одной станции приводит к нейтрализации всей сети.
- Подключение новых компьютеров требует отключения сети.
Шинная топология
Эта топология предполагает использование одного кабеля, к которому
подключаются все компьютеры. Кабель здесь используется всеми рабочими
станциями по очереди. Сообщения, посылаемые отдельными компьютерами,
принимаются всеми остальными компьютерами. Надежность
вычислительной сети здесь выше, чем в предыдущих случаях. Эта топология
получила наибольшее распространение.
Достоинства:
- Небольшие затраты на кабель.
- Рабочие станции могут быть установлены в любой момент без
перерыва в работе сети.
Недостатки:
- При обрыве кабеля выходят из строя участки сети от места разрыва.
- Возможность несанкционированного подключения к сети.
11.4. Методы доступа к данным
Передача данных в локальных сетях организуется под управлением
протоколов, т.е. набора правил обмена данными. Следует выделить
следующие методы доступа:
- Ethernet;
- Token Ring;
- FDDI.
Существуют и другие, менее распространенные методы как, например,
Arcnet, 100VG-AnyLAN, Demand Priority и т.п.
46
12. ПРОГРАММИРОВАНИЕ
12.1. Общие положения.
В общем случае, решение какой-то конкретной задачи с помощью
компьютера предусматривает прохождение следующих этапов (процедур) :
1. Разработка методики решения задачи;
2. Разработка алгоритма решения задачи;
3. Создание программы решения задачи на алгоритмическом языке;
4. Перевод программы с алгоритмического языка на язык машинных
команд;
5. Отладка программы.
Первый пункт этого перечня относится чаще всего к научной части.
Например, если мы хотим теоретически построить график (таблицу)
изменения скорости автомобиля в зависимости от мощности двигателя и
сопротивления воздуха, необходимо найти аналитическую зависимость
между этими переменными. Такая зависимость может быть найдена путем
составления и последующего решения соответствующего
дифференциального уравнения. Выбранная (разработанная, найденная)
методика позволяет учесть наиболее важные параметры автомобиля для
решения поставленной задачи и пренебречь его несущественными
свойствами. Подобная часть задачи не является предметом изучения нашей
дисциплины и поэтому не будет рассматриваться в дальнейшем.
Алгоритм - точное предписание исполнителю совершить определенную
последовательность действий для достижения поставленной цели за
конечное число шагов. Для полученного конкретной зависимости (таблицы
или графика функции скорости от мощности двигателя и сопротивления
воздуха) составляется подробный, однозначный перечень действий с
указанием конкретных значений переменных, подставляемых в
определенной последовательности в указанное аналитическое выражение
скорости автомобиля. Этот перечень последовательных действий и
представляет собой алгоритм решения задачи.
Алгоритм обладает следующими основными свойствами.
1. Дискретность – т.е. алгоритм представляет процесс решения как
последовательность выполнения простых шагов (этапов). Каждый этап
требует для своего выполнения определенный отрезок времени, т.е.
преобразование исходных данных осуществляется во времени дискретно.
2. Определенность. Это свойство означает, что каждое правило алгоритма
должно быть однозначным, четким, не оставлять места произволу.
Благодаря этому свойству выполнение алгоритма носит механический
(четкий логический) характер и не требует дополнительных указаний.
3. Результативность - т.е. алгоритм должен приводить к решению задачи
за конечное число шагов.
47
4. Массовость - означает, что алгоритм разрабатывается в общем виде, т.е.
он разрабатывается для некоторого класса задач, отличающихся
исходными данными.
Программа – (ГОСТ 19781 – 90) - данные, предназначенные для
управления конкретными компонентами системы обработки информации с
целью реализации алгоритма. В нашем случае программа это описание
алгоритма с помощью набора специальных приемов и знаков. Такое
описание и представляет собой программу на алгоритмическом языке. Т.е.
алгоритмический язык это набор средств и приемов для описания
алгоритмов.
Четвертая процедура из вышеперечисленных выполняется компьютером
автоматически с помощью транслятора. Пользователь в этой процедуре
участие не принимает.
Последний же этап решения задачи на компьютере является чисто
практическим и одновременно может быть самым трудоемким, поскольку
серьезные, трудоемкие программы не обходятся без ошибок и требуется
значительное время для их ликвидации.
Таким образом, для того чтобы решить какую-то задачу на компьютере
должна быть составлена программа на алгоритмическом языке. Такие языки
бывают высокого и низкого уровня. К языкам низкого уровня относятся,
например, автокод и ассемблер. Работа на этих языках требует высокого
профессионализма, знания конкретного компьютера (его внутреннюю
систему команд), больших трудозатрат. Это удел немногих профессионалов,
которые разрабатывают и внедряют операционные системы,
многопользовательский интерфейс, когда требуется учитывать
быстродействие машины, экономичность, оперативную память, учитывать
возникновение будущих технических разработок. Именно благодаря таким
профессионалам в настоящее время разработано огромное количество
программ, позволяющих пользователю с минимальной подготовкой
выполнять на ПК различные работы.
Все остальные языки относятся к языкам высокого уровня. Это, например,
С, С++, АDA, Pascal, Basic. Наличие таких языков превратило
программирование из узкопрофессиональной деятельности в достояние
пользователей.
Язык Бейсик был разработан как язык программирования в 1963 г.
профессорами Дартмутского университета (США) Д. Кемени и Т. Курц для
непрофессиональных программистов (название получено из сокращения
Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code – т.е. многоцелевой язык
символических инструкций для начинающих). В 1974 г. в качестве
международного стандарта был утвержден MINIMAL BASIC. С тех пор
появилось несколько версий этого языка от GWBASIC до Visual Basic
(объектно-ориентированный язык). Учитывая общую принципиальную
особенность всех этих языков программирования – их совместимость снизу
48
вверх - становится понятным, что язык Бейсик по объему использования
занимает лидирующее место в среде разработок прикладных программ [ 11 ].
12.2. Символы языка Бейсик.
К основным символам языка Бейсик относятся:
1. Буквы – 26 заглавных (прописных) букв латинского алфавита – A,B,C,D
…X,Y,Z (в некоторых операторах – PRINT, INPUT - допускается
использование букв русского алфавита).;
2. Цифры – 10 больших цифр – 0, 1, 2, …8, 9 ;
3. Знаки математических операций:
+ (сложение)
- (вычитание)
* (умножение)
/ (деление)
\ (целочисленное деление – округление до целых чисел)
^ (возведение в степень).
4 4. Знаки операций отношений
> (больше)
< (меньше)
= (равно)
< > (не равно)
<= (меньше или равно)
>= (больше или равно)
5. Вспомогательные знаки :
( ) (круглые открывающие и закрывающие скобки)
. (точка)
, (запятая)
; (точка с запятой)
: (двоеточие)
“ (кавычки)
6. Стандартные функции :
Функция Обозначение в Бейсике
sinx SIN(X)
cosx COS(X)
tgx TAN(X)
arctgx ATN(X)
lnx LOG(X)
lgx LOG10(X)
e
-x
EXP(-X)
49
Модуль IxI ABS(X)
Целая часть INT(X)
Квадратный корень √x SQR(X)
ctgx COS(X) / SIN(X)
Аргументы тригонометрических функций задаются в радианах:
значение в радианах = значение в градусах • π/180
Чтобы пользоваться языком Бейсик, необходима специальная программа,
которая называется программной оболочкой GWBASIC или средой
программирования GWBASIC. Среда программироваия – это программа,
которая позволяет писать тексты компьютерных программ, редактировать их,
исправлять ошибки и запускать программы на выполнение. Файл с
программной средой программирования GWBASIC называется gwbasic.exe.
После запуска этой программы появляется диалоговое окно, в котором
пользователь и работает.
12.3. Типовые программы на языке Бейсик.
В общем случае программу можно представить, как состоящую из трех
частей (рис.12.1).
1
2
3
Рис. 12.1. Составные блоки программы
В блоке 1 программы производится ввод исходных данных. В блоке 2 –
непосредственно решается задача. В блоке 3 производится вывод полученного
решения. Понятно, что отсутствие хотя бы одного из этих блоков не позволит
получить результат.
Все алгоритмы и, соответственно, программы можно разбить на три группы:
- линейные
- разветвленные
- циклические.
Линейные и разветвленные программы в чистом виде используются редко,
так как они достаточно просты и подобные задачи легко решаются с
помощью калькулятора. Но линейные и разветвленные части практически
50
Ввод
Решение
Вывод