Тема 10. Реализация основных информационных процессов с помощью

компьютеров.

1. Хранение информационных объектов различных видов на различных цифровых носителях.

2. Основные понятия процесса архивации и записи

Носители информации

Носитель информации (информационный носитель) — любой материальный объект или среда, используемый для хранения или передачи информации.

Все носители информации применяются для: записи, хранения, чтения, передачи информации. Бумажные носители начали постепенно вытесняться сначала аналоговыми, а за тем и цифровыми запоминающими устройствами. Минусом их является то, что для работы с носителями разного типа и формата необходимы соответствующие ему устройства считывания. Информация записывается на носители информации посредством изменения физических, химических или механических свойств запоминающей среды.

Запоминающее устройство — носитель информации, предназначенный для записи и хранения данных.

В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям. Запоминающие устройства можно классифицировать по различным признакам.

Классификация запоминающих устройств:

I. По форме записанной информации:

·                     аналоговые

·                     цифровые

II. По устойчивости записи и возможности перезаписи ЗУ делятся на:

1.                Постоянные ЗУ (ПЗУ), содержание которых не может быть изменено конечным пользователем (например, CD-ROM). ПЗУ в рабочем режиме допускает только считывание информации. Записываемые ЗУ, в которые конечный пользователь может записать информацию только один раз (например, CD-R). Многократно перезаписываемые ЗУ (CD-RW, FLASH).

2.                Оперативные ЗУ (ОЗУ) обеспечивает режим записи, хранения и считывания информации в процессе её обработки.

  III. По типу доступа ЗУ делятся на:

§                Устройства с последовательным доступом (например, магнитные ленты).

§                Устройства с произвольным доступом (например, оперативная память).

§                Устройства с прямым доступом (например, жесткие магнитные диски).

   IV. По геометрическому исполнению:

·                     дисковые (магнитные диски, оптические, магнитооптические);

·                     ленточные (магнитные ленты, перфоленты);

·                     барабанные (магнитные барабаны);

·                     карточные (магнитные карты, перфокарты, флэш-карты, и др.);

·                     печатные платы (карты DRAM).

   V. По физическому принципу:

·                     перфорационные (с отверстиями или вырезами) перфокарта, перфолента;

·                     с магнитной записью ферритовые сердечники, магнитные диски: жесткий магнитный диск (носителем информации является пластина с магнитным покрытием), гибкий магнитный диск магнитные ленты, магнитные карты;

·                     оптические CD (Compact Disc);

·                     магнитооптические: CD-MO (Compact Disc-Magneto-Optical, Магнитооптический компакт-диск);

·                     использующие накопление электростатического заряда в диэлектриках (конденсаторные ЗУ, запоминающие электроннолучевые трубки);

·                     использующие эффекты в полупроводниках (EEPROM ( Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ, ЭСППЗУ). Флэш-память — разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти (ПППЗУ). Принцип транзистора (ячейка флэш-памяти изменяет свое состояние под воздействием электрического разряда). Носителем информации является полупроводниковая среда. Она может быть прочитана сколько угодно раз и перезаписана около миллиона циклов, не содержит подвижных частей, так что, в отличие от жёстких дисков, более надёжна и компактна. Благодаря своей компактности, дешевизне и низкому энергопотреблению флэш-память широко используется в цифровых портативных устройствах.

 

2.                Основные понятия процесса архивации и записи.

Одним из наиболее широко распространенных видов сервисных программ являются программы, предназначенные для архивации, упаковки файлов путем сжатия хранимой в них информации.

Сжатие информации — это процесс преобразования информации, хранящейся в файле, к виду, при котором уменьшается избыточность в ее представлении и соответственно требуется меньший объем памяти для хранения.

Сжатие информации в файлах производится за счет устранения избыточности различными способами, например за счет упрощения кодов, исключения из них постоянных битов или представления повторяющихся символов или повторяющейся последовательности символов в виде коэффициента повторения и соответствующих символов. Применяются различные алгоритмы подобного сжатия информации.

Сжиматься могут как один, так и несколько файлов, которые в сжатом виде помещаются в так называемый архивный файл или архив.

Архивный файл — это специальным образом организованный файл, содержащий в себе один или несколько файлов в сжатом или несжатом виде и служебную информацию об именах файлов, дате и времени их создания или модификации, размерах и т.п.

Целью упаковки файлов обычно являются обеспечение более компактного размещения информации на диске, сокращение времени и соответственно стоимости передачи информации по каналам связи в компьютерных сетях. Кроме того, упаковка в один архивный файл группы файлов существенно упрощает их перенос с одного компьютера на другой, сокращает время копирования файлов на диски, позволяет защитить информацию от несанкционированного доступа, способствует защите от заражения компьютерными вирусами.

Степень сжатия зависит от используемой программы, метода сжатия и типа исходного файла. Наиболее хорошо сжимаются файлы графических образов, текстовые файлы и файлы данных, для которых степень сжатия может достигать 5 - 40%, меньше сжимаются файлы исполняемых программ и загрузочных модулей — 60 - 90%. Почти не сжимаются архивные файлы. Программы для архивации отличаются используемыми методами сжатия, что соответственно влияет на степень сжатия.

Архивация (упаковка) — помещение (загрузка) исходных файлов в архив­ный файл в сжатом или несжатом виде.

Разархивация (распаковка) — процесс восстановления файлов из архива точно в таком виде, какой они имели до загрузки в архив. При распаковке файлы извлекаются из архива и помещаются на диск или в оперативную память.__

Программы, осуществляющие упаковку и распаковку файлов, называются программами-архиваторами.

Большие по объему архивные файлы могут быть размещены на нескольких дисках (томах). Такие архивы называются многотомными. Том — это составная часть многотом­ного архива. Создавая архив из нескольких частей, можно записать его части на несколько дискет.

Основные виды программ-архиваторов

В настоящее время применяется несколько десятков программ-архиваторов, которые отличаются перечнем функций и параметрами работы, однако лучшие из них имеют примерно одинаковые характеристики. Из числа наиболее популярных программ можно выделить: ARJ, РКРАК, LHA, ICE, HYPER, ZIP, РАК, ZOO, EXPAND, разработанные за рубежом, а также AIN и RAR, разработанные в России. Обычно упаковка и распаковка файлов выполняются одной и той же программой, но в некоторых случаях это осуществляется разными программами, например, программа PKZIP производит упаковку файлов, a PKUNZIP — распаковку файлов.

Программы-архиваторы позволяют создавать и такие архивы, для извлечения из которых содержащихся в них файлов не требуются какие-либо программы, так как сами архивные файлы могут содержать программу распаковки. Такие архивные файлы называются самораспаковывающимися.

Самораспаковывающийся архивный файл — это загрузочный, исполняемый модуль, который способен к самостоятельной разархивации находящихся в нем файлов без использования программы-архиватора.

Самораспаковывающийся архив получил название SFX-архив (SelF-eXtracting). Архивы такого типа в MS DOS обычно создаются в форме .ЕХЕ-файла.( execute (выполнять))

Многие программы-архиваторы производят распаковку файлов, выгружая их на диск, но имеются и такие, которые предназначены для создания упакованного исполняемого модуля (программы). В результате такой упаковки создается программный файл с теми же именем и расширением, который при загрузке в оперативную память самораспаковывается и сразу запускается. Вместе с тем возможно и обратное преобразование программного файла в распакованный формат. К числу таких архиваторов относятся программы PKLITE, LZEXE, UNP.

Программа EXPAND, входящая в состав утилит операционной системы MS DOS и оболочки Windows, применяется для распаковки файлов программных продуктов, поставляемых фирмой Microsoft.

Программы-архиваторы RAR и AIN, кроме обычного режима сжатия, имеют режим solid, в котором создаются архивы с повышенной степенью сжатия и особой структурой организации. В таких архивах все файлы сжимаются как один поток данных, т.е. областью поиска повторяющихся последовательностей символов является вся совокупность файлов, загруженных в архив, и поэтому распаковка каждого файла, если он не первый, связана с обработкой других. Архивы такого типа предпочтительнее использовать для архивирования большого числа однотипных

Архиватор RAR является самой распространенной программой после операционной системы и браузера, ведь большинство программ и в Интернете, и у пользователей хранятся в сжатом виде в архивах.

WinRAR – мощная утилита для создания и управления архивами, содержащая целый спектр дополнительных полезных функций. Программа WinRAR ежедневно используется миллионами людей во всем мире для экономии места на ПК и быстрой передачи файлов.

В новой версии разработчики увеличили скорость извлечения данных из архива RAR. Теперь архивы будут распаковываться до 30% быстрее, а значит станет удобнее работать с мультимедиа-контентом (музыкой, видео и т.п.) Сделаны изменения в поддержке ISO-образов, что позволяет открывать архивы ISO-файлов формата Blu-ray.

Доработано окно ввода пароля:

·                     функция «Показать пароль» доступна и при извлечении данных;

·                     вы можете сохранить часто используемые пароли с помощью средства организации паролей;

·                     параметр «Использовать для всех архивов» позволяет применить введенный пароль для всех распаковываемых архивов.

WinRAR больше не поддерживает Windows 98, Windows Me, Windows NT.

В отчетах WinRAR в формате фФФ или Unicode корректно отображаются неанглийские символы в именах файлов.

При создании томов RAR в FAT или FAT32 WinRAR автоматически ограничивает максимальный объем тома до 4 ГБ минус 1 байт, так как эти файловые системы не поддерживают файлы объемом больше 4 ГБ.

 

Тема 9. Компьютерные модели.

1.     Понятие модели.

2.     Информационная модель.

3.     Виды информационных моделей

4.     Этапы решения задач на компьютерах

 

1.      Понятие модели.

Модель — это объект или процесс, который для различных целей рассматривается вместо другого объекта или процесса.

Модель - это объект-заменитель, который в определенных условиях может заменять объект-оригинал. Модель воспроизводит интересующие нас свойства и характеристики оригинала.

Существует два основных вида моделей: материальные и информационные, которые различаются формой представления.  Глобус — типичный пример материальной модели, которая по определению является материальным объектом.

Предметом изучения информатики являются информационные модели.

    В информационной модели отображаются знания человека об объекте моделирования.

Информационное моделирование - описание в той или иной форме объекта моделирования

2.      Информационная модель.

Информация на некотором носителе — это информационная модель.

Информационные модели по виду носителя информации делятся на мысленные, документальные и компьютерные. Критерием деления информационных моделей на виды служит форма их представления: форма мысленного образа, форма бумажного документа, форма файла на компьютерном носителе информации, включая изображение на экране компьютера.

Компьютерная (электронная) модель — это информационная модель в форме файла на компьютерном носителе и ее изображение на экране компьютера.

Компьютерные модели стали привычным инструментом при решении научных задач в физике, астрофизике, химии, биологии, экономике, социологии и других науках, в прикладных задачах радиоэлектроники, машиностроения, автомобилестроения. Компьютерные модели стали использоваться в быту.

Моделирование — это процесс создания и использования моделей для решения научных и практических задач.

В последнее время компьютерное моделирование стало широко использоваться в быту и в рекламе Цифровые фотографии и видео создаются с помощью смартфонов, а электронные документы — с помощью текстовых редакторов. А это компьютерные модели.

Электронные 3D-модели широко используются в интернет-рекламе смартфонов.

Компьютерные модели могут различаться формой представления. Они могут быть представлены в форме программы на языке программирования, листа рабочей книги в электронных таблицах, электронного документа, цифровой фотографии или видео,  электронного трехмерного объекта.

Цели компьютерного моделирования

Цель моделирования определяется, в первую очередь, решаемой задачей. Растущие возможности компьютерных технологий в последнее время значительно расширили цели компьютерного моделирования.

Целью компьютерного моделирования может быть:

1.     создание цифровых фотографий и видео;

2.     создание электронных документов;

3.     создание трехмерных электронных объектов;

4.     графическая визуализация численных данных;

5.     автоматизация численных расчетов;

6.     автоматизация математических преобразований.

Создание цифровых фотографий и видео воспринимается нами как нечто повседневное и обыденное, не связанное с компьютерным моделированием. Цифровые фотографии и видео массово создаются с помощью смартфонов и цифровых фотоаппаратов.

Пример: Цифровые объекты такого рода используются для пересылки другим пользователям с помощью мессенджеров (программ мгновенного обмена сообщениями), для демонстрации в социальных сетях, для хранения и компьютерной обработки.

Но создаваемые фото и видео хранятся в форме файлов, поэтому по сути являются компьютерными моделями.

Создание электронных документов с помощью текстовых редакторов — это моделирование будущих бумажных документов.

Создание трехмерных электронных объектов — это моделирование реальных и проектируемых зданий, сооружений и других объектов

Пример: 3D-модели создаются с помощью 3D-редакторов или 3D-сканеров. С возможностями 3D-редактора мы уже познакомились. 3D-модели используются для демонстрации и для вывода на 3D-принтеры при создании материальных объектовизделий.

Графическая визуализация численных данных — это представление численных данных графическими моделями

В электронных таблицах MS Excel для этой цели используют диаграммы, 3D-карты. В текстовом редакторе MS Word можно использовать диаграммы, графические элементы SmartArt. Строить графики функций по расчетным данным позволяют электронные таблицы, программы на языках программирования и специализирован­ные программные пакеты.

Автоматизация численных расчетов является одной из самых востребованных целей компьютерного моделирования

Пример: Численные расчеты являются основным методом решения сложных уравнений, составляющих современные математические модели. Для автоматизации таких расчетов и создаются компьютерные расчетные модели.

 

Автоматизация математических преобразований как цель компьютерного моделирования появилась не так давно, с возникновением группы программных средств под названием «системы компьютерной математики»

Пример: Системы компьютерной математики позволяют решать математические задачи практически любой сложности без составления расчетных таблиц или создания алгоритмов.

3.      Виды информационных моделей

 

Примером Образных моделей могут служить снимки со спутников Земли, иллюстрации в учебниках, макет строения животной клетки, научные кинофильмы.

С помощью языков кодирования информации строятся Знаковые информационные модели. Эти модели могут быть представлены на естественных языках (русском, английском и др) или на формальном языках (языки программирования, математический язык и др)

Смешанные модели объединяют в себе знаковые и образные модели.

Пример карта звездного неба, карта России, Европы, прогноз погоды и тд

4.     Этапы решения задач на компьютере.

 

 

 

 

Постановка задачи — формулируется цель решения задачи, подробно описывается ее содержание; проводится анализ условий, при которых решается поставленная задача, выявляется область определения входных параметров задачи.

Формальное построение модели задачи — предполагает построение модели с характеристиками, адекватными оригиналу, на основе какого-либо его физического или информационного принципа; анализируется характер и сущность величин, используемых в задаче.

Построение математической модели задачи — характеризуется математической формализацией задачи, при которой существующие взаимосвязи между величинами выражаются с помощью математических соотношений. Как правило, математическая модель строится с определенной точностью, допущениями и ограничениями.

Выбор и обоснование метода решения — модель решения задачи реализуется на основе конкретных приемов и методов решения. В большинстве случаев математическое описание задачи трудно перевести на

машинный язык. Выбор и использование метода решения позволяет свести решение задачи к конкретному набору машинных команд. При обосновании метода решения рассматриваются вопросы влияния различных факторов и условий на конечный результат, в том числе на точность вычислений, время решения задачи на компьютере, требуемый объем памяти и др.

Построение алгоритма — на данном этапе составляется алгоритм решения задачи, в соответствии с выбранным методом решения. Процесс обработки данных разбивается на отдельные относительно самостоятельные блоки, определяется последовательность выполнения этих блоков.

Составление программы — алгоритм решения переводится на конкретный язык программирования.

Отладка программы — процесс устранения синтаксических и логических ошибок в программе. В процессе трансляции программы с помощью синтаксического и семантического контроля выявляются недопустимые конструкции и символы (или сочетания символов) для данного языка программирования.

Компьютер выдает сообщение об ошибках в форме, соответствующей этому языку. Затем проверяется логика работы программы в процессе ее выполнения с конкретными исходными данными. Для этого используются специальные методы. Например, в программе выбираются контрольные точки, для них подбираются тестирующие примеры и вручную находятся значения в этих точках, которые затем и сверяются со значениями, получаемыми компьютером на этапе отладки. Кроме того, используются отладчики, выполняющие специальные действия на этапе отладки, такие как удаление, замена или вставка отдельных операторов или целых фрагментов программы, вывод промежуточных результатов, изменение значений заданных переменных и др.

 Решение задачи на компьютере и анализ результатов. Теперь программу можно использовать для решения поставленной задачи. Первоначально выполняется многократное решение задачи на компьютере для различных наборов исходных данных. Получаемые результаты анализируются специалистом, поставившим задачу. Разработанная программа поставляется заказчику в виде готовой к исполнению машинной программы. К ней прилагается документация, включающая инструкцию по эксплуатации. В задачах другого типа некоторые этапы могут отсутствовать. Например, проектирование программного обеспечения не требует построения математической модели.

Все приведенные этапы тесно связаны между собой. Например, анализ результатов может привести к необходимости внесения изменений в программу, алгоритм, метод решения или даже в постановку задачи.

Процесс создания программы включает:

• Составление исходного кода программы на языке программирования.

• Этап трансляции, необходимый для создания объектного кода программы.

• Построение загрузочного модуля, готового к исполнению.

Все перечисленные выше действия требуют наличия специальных программных средств.

 

 

Задача 1.1

Условие

1. Создать произвольный список

2. Добавить новый элемент типа str в конец списка

3. Добавить новый элемент типа int на место с индексом

4. Добавить новый элемент типа list в конец списка

5. Добавить новый элемент типа tuple на место с индексом

6. Получить элемент по индексу

7. Удалить элемент

8. Найти число повторений элемента списка

Задача 1.2

Условие

Получите первый и последний элемент списка

Решение - Интерактивный режим

>>> lst = ['Нулевой элемент', 'One', 2, 3, 4, (5, 5, 5)]

>>> lst[0]

'Нулевой элемент'

>>> lst[-1]

(5, 5, 5)