Вопросы к коллоквиуму по информатике
- Данные и методы.
Данные – это зарегистрированы сигнал.
Информация – это совокупность данных и методов, адекватных этим данным.
В структуре методов мы выделяем создание данных, форматирование, удаление и т.д.
Для оценки количество информации мы её кодируем. Для этого, пусть имеется N объектов. Каждому мы можем сопоставить двоичный вектор (a1,a2,a3…ad), ai < (0;1). Вектор длины d даёт нам 2^d различных комбинаций. d характеризует наиб. эконом. вектора и называется количеством информации. - Системы счисления.
Система счисления – это совокупность правил для обозначения и наименования чисел. Системы счисления бывают позиционные и непозиционные. Позиционные – каждое значение цифры зависит от места расположения. Непозиционные – не зависит от места расположения
Перевод из десятичной в двоичную систему счисления
Для перевода необходимо делить число с остатком на основание счисления до тех пор, пока частное больше основания счисления.
Перевод из двоичной в восьмеричную и шестнадцатеричную системы
Для восьмеричной — разбиваем число на триплеты, преобразуем триплеты по таблице
Для шестнадцатеричной — разбиваем на квартеты, преобразуем по таблице
Перевод из восьмеричной и шестнадцатеричной систем в двоичную
Для восьмеричной — преобразуем по таблице в триплеты
Для шестнадцатеричной — преобразуем по таблице в квартеты
- Логические операции.
Булевой алгеброй называется непустое множество с двумя бинарными операциями
, , унарной операцией 
и двумя выделенными элементами: 0 (Ложь) и 1 (Истина). у и ≡ – эквивалентность, => – следование. - Кодирование текстовых данных.
При кодировании информации каждому символу сопоставляется число. Это соответствие хранят в таблицах. Самая распространённая система кодирование – это ASCII. В ней каждому символу отводиться один байт, т.е. 256 различных символов. Первые 32 символа отданы производителям аппаратных средств. (управляющие коды и всё такое). С 32 по 127 – символы английского алфавита, знаков препинания, цифр, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов. А с 128 по 256 идут интернациональные символы.
Т.к. стандартов несколько и они не совпадают друг с другом, то возникают ситуации неправильного восприятия символов. Для решения проблемы существует таблица unicode, в которой каждому символу отводиться 16 бит. - Кодирование цифровых данных.
Цифровое кодирование – это способ представления битов в физическом канале передачи данных. Простейший метод NRZ используется в протоколах на базе интерфейса RS232, в сетях Ethernet применяется кодирование PE, а в телефонии используется алгоритм HDB3. Выбор метода кодирования зависит от полосы канала связи, используемой кабельной системы, скорости передачи данных и других параметров.
Требования к алгоритмам цифрового кодирования
, 1. Малая полоса цифрового сигнала для возможности передачи большого объема данных по имеющемуся физическому каналу.
2. Невысокий уровень постоянного напряжения в линии.
3. Достаточно высокие перепады напряжения для возможности использования сигнальных импульсов для синхронизации приемника и передатчика без добавления в поток сигналов дополнительной информации.
4. Неполяризованный сигнал для того, чтобы можно было не обращать внимания на полярность подключения проводников в каждой паре.
Методы: NRZ, RZ, NRZ I, PE, CDP
- Кодирование графических данных.
Графическая информация на экране монитора представляется в виде изображения, которое формируется из пикселей. В простейшем случае каждая точка экрана может иметь лишь два состояния — «черная» или «белая», т.е. для хранения ее состояния необходим 1 бит.
Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета (бит на точку: 4. 8, 16, 24). Каждый цвет – это возможное состояние точки.
Глубиа цвета | Кол. отображ цветов (N) |
4 | 2^4 |
8 | 2^8 |
16 | 2^16 |
24 | 2^24 |
Существует векторный способ кодирования информации, когда картинка состоит из линий, которые описывают уравнения. Такая графика экономичнее.
- Кодирование звуковых данных
Звуковой сигнал – это непрерывная волна с изменяющейся амплитудой и частотой. При двоичном кодировании непрерывного звукового сигнала он заменяется серией его отдельных выборок — отсчетов.
Современные звуковые карты обеспечивают 16-битное кодирование звука. При каждой выборке значению амплитуды звукового сигнала присваивается 16-битный код.
Количество выборок в секунду может быть в диапазоне от 8000 до 48000, т.е. частота дискретизации аналогового звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 Кгц. При частоте 8 Кгц качество дискретизированного звукового сигнала соответствует качеству радиотрансляции, а при частоте 48 Кгц – качеству звучания аудио-CD. Следует также учитывать, что возможны как моно-, так и стерео-режимы.
- Виды классификации компьютеров.
по типоразмеру – palm, notebook, desktop, laptop
по назначению – mainframe, miniЭВМ, микро-ЭВМ, ПК
по уровню специализации – универсальные, специализированные
по совместимости – аппаратные, ОС, программные, данных. - Состав вычислительной системы.
- Принципы фон Неймана.
Каждый компьютер должен состоять из трех частей – устройства вывода, устройства ввода и обрабатывающего устройства
Этапы цикла выполнения:
1. Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса, и отдаёт памяти команду чтения
2. Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных, и сообщает о готовности
3. Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её
4. Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды
5. Снова выполняется п. 1
- Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера.
ПС состоит системного блока, монитора, клавиатуры и мышы. - Системный блок. Основные узлы.
Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты.
Основные узлы:
электронные схемы(процессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.д.);
блок питания;
накопители
- Материнская плата. Основные узлы.
Материнская плата – плата основной схемы компьютера.
Характеристики материнской платы — стандарт, определяющий размеры материнской платы для персонального компьютера, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, сокета центрального процессора (если он есть) и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания. - Процессор. Основные параметры процессоров.
Процессор — устройство, целью которого является обработка информации.
По изготовителю делятся на Intel, AMD, Cyrix, Rise, Centaur, VIA, SiS, Transmeta, Compaq.
Важная характеристика – битность (32, 64 битные), частота, кэш, «ядерность» - Шины. Основные шинные интерфейсы.
Шины- набор проводков, служащие для управления обменом данных с внешними устройствами.
Шины бывают PCI-E, SATA, SATA II, IDE, AGP, PCI - Оперативная память.
Оперативная память – это память, составляющая неотъемлемую часть вычислительной машины и находящаяся под ее непосредственным управлением.
Виды: SDRAM, DDR, DDR II, DDR III.
Основное различие между SDRAM и DDRx – скорость обработки данных. - Постоянная память.
Используется для хранения данных, не требующих изменения. Содержание памяти специальным образом "зашивается" в ПЗУ при изготовлении. В ПЗУ находятся программа управления работой самого процессора, программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств. Из ПЗУ можно только читать. - Внешняя память.
внешняя память – память, реализованная в виде устройств с различными принципами хранения информации и обычно с подвижными носителями. В настоящее время сюда входят устройства магнитной (дисковой и ленточной) памяти, оптической и магнитооптической памяти. - Накопители.
Накопители — это запоминающие устройства, предназначенные для длительного (то есть не зависящего от электропитания) хранения больших объемов информации. Выражение «большие объемы» означает, что емкость накопителя в десятки и сотни раз превосходит емкость ОЗУ или вообще не ограничена (если речь идет о накопителе со сменными носителями).
Виды – HDD, CD|DVD, Flash и пр. - Монитор. Основные пользовательские характеристики.
Монитор — устройство визуального представления данных. Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его основными потребительскими параметрами являются: размер и шаг маски экрана, максимальная частота регенерации изображения, класс защиты.
Мониторы бывают ЭЛТ, LCD и плазменные. Также мониторы бывают разной диагонали (от 14 до 23 дюймов). Ну и конечно же главный фактор, влияющий на ваше зрение – это частота регенерации. (60 и выше). - Принтеры. Виды принтеров и основные пользовательские характеристики.
Принтер – это периферийное устройство, служащее для вывода информации на бумагу, или другую поверхность. Принтеры бывают матричные, струйные и лазерные. Также их разделяют по скорости печати, по шумности, ну и конечно по формату печати (a3 и a4). - Сканеры.
Сканер – это периферийное устройство, служащее для сканирования информации. Сканнер состоит из лучевой трубки и корпуса с микросхемами. Сканеры бывают домашние, профессиональные и протатипные. - Модем.
Модем – это такая железяка, которая обеспечивает на доступ в Интернет по средством подключения к нему через телефонную сеть. Модемы бывают внешние и внутренние. Главная характеристика модема – это скорость подключения (стандарт 56k). - Программное обеспечение персонального компьютера. Классификация.
- Базовое ПО.
Вопрос спорный. К базовому ПО неопытного пользователя можно отнести: ОС, офис, графический просмоторщик, аудио/видео плейер, браузер, cофт для начинающих - Системные программы. Назначение и примеры.
Это набор программ, которые управляют компонентами вычислительной системы, такими как процессор, коммуникационные и периферийные устройства, а также которые предназначены для обеспечения функционирования и работоспособности всей системы.
Системное программное обеспечение противопоставляется прикладному программному обеспечению, которое напрямую решает проблемы пользователя.
Виды – загрузчики, операционные системы, драйверы устройств, инструментальные программные средства, компиляторы, ассемблеры, компоновщики, утилиты. - Классификация служебных программных средств. Примеры.
- Классификация прикладных программных средств. Примеры.
- Операционная среда. Основные понятия.
Совокупность компьютерных программ, обеспечивающая возможность управлять вычислительными процессами и файлами.
ОС графического пользовательского интерфейса, такие как «Enlightenment», «Gnome», «KDE».
ОС для работы под альтернативными операционными системами («GEOS», «Microsoft Windows», “DOS”. - Интерфейсы пользователя.
Совокупность средств, при которых мы можем общаться с др. устройствами, т.е. с компом.
Интерфейс пользователя компьютерного приложения включает:
средства отображения информации, отображаемую информацию, форматы и коды;
командные режимы, язык «пользователь — интерфейс»;
устройства и технологии ввода данных;
диалоги, взаимодействие и транзакции между пользователем и компьютером, обратную связь с пользователем;
поддержку принятия решений в конкретной предметной области;
порядок использования программы и документацию на неё.
- Программные интерфейсы.
Набор функций, который опытный человек может использовать для доступа к программным компонентам. Одним словом такие интерфейсы мы видим в Досе. Он очень не удобен для обычных пользователей. - Понятие вычислительного процесса. Состояние процесса.
- Понятие потока. Многопоточность.
Поток – это канал передачи цифровых данных.
Многопоточность – свойство ОС, заключающееся в том, что задача может выполняться в более чем 1 потоке, за счёт чего достигается более эффективное использование ресурсов вычислительной машины. Как правило, ОС, реализующая многозадачность, реализуют и многопоточность. - Понятие ресурса. Распределение и управление ресурсами.
- Многозадачность (вытесняющая и невытесняющая).
Свойство операционной системы или среды программирования, когда обеспечивается возможность параллельной обработки нескольких процессов.
невытесняющая многозадачность (NetWare, Windows 3.x);
вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, UNIX).
Различие – степень централизации механизма планирования процессов. Т.Е. При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется пока он самне отдаст управление OC для того, чтобы та выбрала из очереди другой процесс. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается OC, а не самим активным процессом.
- Прерывания. Механизм прерываний.
прерывание — это принудительная передача управления от выполняемой программы к системе
Механизм – установление факта прерывания, идентификация прерывания, запоминание состояния активного процесса, управление аппаратно передается подпрограмме обработки прерывания, сохранение информации о прерванной программе, обработка прерывания, восстановление информации, возврат в прерванную программу - Классификация операционных систем.
Многозадачные(Symbian)/однозадачные(MSDOS), Однопользовательские(Windows 3x)/Многопользовательские(UNIX),вытесняющие(UNIX, OS/2)/невытесняющие(Windows 3x,9x) - Особенности областей использования (системы пакетной обработки, системы разделения времени, системы реального времени)
- Архитектура операционных систем.
- Понятие ядра операционной системы. Механизмы работы ядра.
- Структура ядра операционной системы.
Ядро может состоять из следующих слоев:
Средства аппаратной поддержки ОС.
Машинно-зависимые компоненты ОС.
Базовые механизмы ядра.
Менеджеры ресурсов.
Интерфейс системных вызовов. - Вспомогательные модули операционной системы.
Вспомогательные модули ОС обычно подразделяются на следующие группы:
утилиты программы, решающие отдельные задачи управления и сопровождения компьютерной системы, такие, например, как программы сжатия дисков, архивирования данных на магнитную лен-ту;
системные обрабатывающие программы текстовые или графические редакторы, компиляторы, компоновщики, отладчики;
программы предоставления пользователю дополнительных услуг специальный вариант пользо-вательского интерфейса, калькулятор и даже игры;
библиотеки процедур различного назначения, упрощающие разработку приложений, например биб-лиотека математических функций, функций ввода-вывода и т. д. - Машинно-зависимые компоненты операционной системы.
Этот слой образуют программные модули, в которых отражается специфика аппаратной платформы компьютера. В идеале этот слой полностью экранирует вышележащие слои ядра от особенностей ап-паратуры. Это позволяет разрабатывать вышележащие слои на основе машинно-независимых моду-лей, существующих в единственном экземпляре для всех типов аппаратных платформ, поддерживае-мых данной ОС. Примером экранирующего слоя может служить слой HAL операционной системы Win-dows NT. - Концепция микроядерной архитектуры.
Суть микроядерной архитектуры состоит в следующем. В привилегированном режиме остается рабо-тать только очень небольшая часть ОС, называемая микроядром. Микроядро защищено от остальных частей ОС и приложений. В состав микроядра обычно входят машинно-зависимые модули, а также модули, выполняющие базовые (но не все!) функции ядра по управлению процессами, обработке прерываний, управлению виртуальной памятью, пересылке сообщений и управлению устройствами ввода-вывода, связанные с загрузкой или чтением регистров устройств. Набор функций микроядра обычно соответствует функциям слоя базовых механизмов обычного ядра. Такие функции операци-онной системы трудно, если не невозможно, выполнить в пространстве пользователя.
Все остальные более высокоуровневые функции ядра оформляются в виде приложений, работающих в пользовательском режиме. Однозначного решения о том, какие из системных функций нужно оста-вить в привилегированном режиме, а какие перенести в пользовательский, не существует. В общем случае многие менеджеры ресурсов, являющиеся неотъемлемыми частями обычного ядра файло-вая система, подсистемы управления виртуальной памятью и процессами, менеджер безопасности и т. п., становятся "периферийными" модулями, работающими в пользовательском режиме.
Совсем другая ситуация возникает, когда в форме приложения оформляется часть операционной системы. По определению, основным назначением такого приложения является обслуживание запро-сов других приложений, например создание процесса, выделение памяти, проверка прав доступа к ресурсу и т. д. Именно поэтому менеджеры ресурсов, вынесенные в пользовательский режим, назы-ваются серверами ОС, то есть модулями, основным назначением которых является обслуживание за-просов локальных приложений и других модулей ОС. Очевидно, что для реализации микроядерной архитектуры необходимым условием является наличие в операционной системе удобного и эффек-тивного способа вызова процедур одного процесса из другого. Поддержка такого механизма и явля-ется одной из главных задач микроядра.
Клиент, которым может быть либо прикладная программа, либо другой компонент ОС, запрашивает выполнение некоторой функции у соответствующего сервера, посылая ему сообщение. Непосредст-венная передача сообщений между приложениями невозможна, так как их адресные пространства изолированы друг от друга. Микроядро, выполняющееся в привилегированном режиме, имеет доступ к адресным пространствам каждого из этих приложений и поэтому может работать в качестве по-средника. Микроядро сначала передает сообщение, содержащее имя и параметры вызываемой про-цедуры нужному серверу, затем сервер выполняет запрошенную операцию, после чего ядро возвра-щает результаты клиенту с помощью другого сообщения. Таким образом, работа микроядерной опе-рационной системы соответствует известной модели клиент-сервер, в которой роль транспортных средств выполняет микроядро. - Файловые системы. Основные понятия и функции.
ФС – это регламент, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации. Она определяет формат физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла, максимальный возможный размер файла, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.
Перечислим основные функции файловой системы:
1. Идентификация файлов. Связывание имени файла с выделенным ему пространством внешней па-мяти.
2. Распределение внешней памяти между файлами. Для работы с конкретным файлом не требуется иметь информацию о местоположении этого файла на внешнем носителе информации. Например, для того, чтобы загрузить документ в редактор с жесткого диска нам не требуется знать на какой стороне какого магнитного диска и на каком цилиндре и в каком секторе находится требуемый доку-мент.
3. Обеспечение надежности и отказоустойчивости. Стоимость информации может во много раз пре-вышать стоимость компьютера.
4. Обеспечение защиты от НСД.
5. Обеспечение совместного доступа к файлам, не требуя от пользователя специальных усилий по обеспечению синхронизации доступа.
6. Обеспечение высокой производительности. - Файлы. Операции над фалами.
Логический блок информации, хранимой на носителях информации. Он обязан иметь имя, атрибуты и может содержать произвольный объём информации (зависит от файловой системы)
Файлы можно создавать, удалять, переименовывать, редактировать, копировать, перемещать, разбивать на части и т.д. - Доступ к файлам
Порядок доступа к файлам.
Последовательный доступ – записи считываются в порядке очереди (поступления)
Прямой доступ – мы можем обратиться к любой записи файла с помощью индекса. - Директории.
Директория — название каталогов в файловой системе. Должна иметь имя и атрибуты. - Защита файлов.
Защищать наши файлы мы можем путём пароливания и шифрование. Мы можем защищать файлы от удаления, восстановления, редактирования и прочее. Всё это делается с помощью ПО. Лучшая защита файлов – это хранение их на съёмном диске. - Интерфейс и общая структура файловой системы.
Интерфейс пользователя — это совокупность средств, при помощи которых пользователь общается с различными устройствами.
Файловая система Linux основана на модели иерархического дерева каталогов. НО в Linux отсутствует понятие логического диска, все каталоги являются подкаталогами одного дерева и начинаются с так называемого корневого каталога.
В именах файлов и каталогов могут встречаться практически любые символы, однако далеко не все программы могут работать с именами, в которых используется, например, символ звездочка (*). Необходимо проявлять особую осторожность и при работе с файлами, содержащими в именах символы с кодами, превышающими 127. Имена физических устройств компьютера выглядят как имена файлов в подкаталоге первого уровня /dev. Разделы жесткого диска с интерфейсом IDE (EIDE) имеют имена вида /dev/hdXY, где X это одна из букв a, b, c, d, обозначающие соответственно с 1 по 4 физический диск (от Primary Master до Secondary Slave), а Y число, обозначающее номер раздела на диске (разделы нумеруются в том порядке, в котором они перечислены в таблице разделов диска). - Файловые системы FAT, FAT32.
Файловая система, используемая в операционных системах DOS и Windows.
Для хранения файлов всё доступное для них пространство разбивается на кластеры. Таблица размещения файлов содержит цепочку номеров кластеров для каждого файла, неиспользуемые кластеры помечены нулём.
Существует три версии FAT — FAT12, FAT16 и FAT32. Они отличаются количеством бит, отведённых для хранения номера кластера. FAT12 применяется в основном для дискет, FAT16 — для дисков малого объёма.
- Файловая система NTFS.
Стандартная файловая система для семейства операционных систем Microsoft Windows NT (Windows 2000, Windows XP, Windows Server 2003, Windows Vista).
NTFS поддерживает систему метаданных и использует структуры данных для хранения информации о файлах для улучшения производительности, надёжности и эффективности использования дискового пространства; имеет возможности разграничивать доступ к данным для пользователей и групп пользователей, а также назначать квоты. NTFS использует систему журналов для надёжности. - Управление свободным дисковым пространством.
- Операционная система MS DOS. Основные файлы, их назначение.
Их три: io.sys ; msdos.sys и command.com Всё остальное – утилиты, драйверы…
io.sys – отвечатет за ввод и вывод информации. msdos.sys – сердце DOS command.com – интерпретатор команд