Программные средства реализации информационных процессов

Тема 6. Программные средства реализации информационных процессов.

1. Программное обеспечение и его классификация.
2. Системное программное обеспечение (базовое и служебное): назначение, возможности, структура.
3. Операционные системы.
4. Файловая структура операционной системы Windows. Операции с файлами.
5. Прикладное программное обеспечение: назначение, возможности, структура.
6. Технология обработки текстовой информации.
7. Технология обработки числовой информации.
8. Технология обработки графической информации. Растровая и векторная графика.
9. Средства электронных презентаций.
10. Системы управления базами данных. Информационные системы.
11. Системы искусственного интеллекта.
12. Инструментальное программное обеспечение.

6.1. Программное обеспечение и его классификация.

Программой называется последовательность команд, обрабатываемых компьютером.

Программным обеспечение называется множество всех программ или множество всех программ на конкретном компьютере и сопровождающая их документация.

Все программное обеспечение может быть поделено на три группы: системное, прикладное и инструментальное.

Системное ПО включает компоненты, обеспечивающие организацию и контроль вычислительного процесса, управление процессом размещения информации на внешних носителях и обмена информацией между устройствами, контроль и диагностику технических средств.

Прикладное ПО ориентировано на решение задач прикладного назначения в определенной предметной области. Оно способствует повышению производительности труда пользователей за счет автоматизации рутинных работ.

Инструментальное ПО служит для создания новых программ.

6.2. Системное программное обеспечение (базовое и служебное): назначение, возможности, структура.

Все программы, входящие в состав системного программного обеспечения можно разделить на четыре группы.

Операционные системы – совокупность программных средств, обеспечивающих диалог пользователя и ПК и управление ресурсами компьютера. Отдельные программы операционной системы начинают работать сразу после включения ПК. Именно они осуществляют диалог пользователя и ПК, управляют ресурсами компьютера (оперативной памятью, местом на внешних носителях информации), запускают в работу прикладные программы, обеспечивают пользователю и прикладным программам дружественный интерфейс.

Примеры операционных систем:

а) MS DOS – дисковая ОС фирмы Microsoft;

б) PC DOS – дисковая ОС фирмы IBM;

в) UNIX – дисковая ОС фирмы Bell Laboratories (используется при работе в сети Интернет);

г) Linux;

д) Windows.

Драйверы – специальные программы, расширяющие возможности операционной системы по управлению различными устройствами ПК. С их помощью можно подключить к ПК новые устройства или модифицировать использование уже установленных.

Программные оболочки – программы, предоставляющие пользователю альтернативный интерфейс. Примеры: Norton Commander, Windows Commander, Unreal Commander, Total Commander, Far Manager, Dos Navigator и т.д. Следует отметить, что операционная система Windows изначально относилась именно к этому классу программ. Самостоятельной операционной системой она стала, начиная с версии Windows 95.

Утилиты – вспомогательные программы. К ним относятся:

• программы-архиваторы, позволяющие «сжимать» файлы, предназначенные для архивного хранения (WinZip, WinRar, Arj и др.);
• антивирусные программы, предназначенные для диагностики и «лечения» программ, поврежденных компьютерными вирусами (Kaspersky, Doctor Web, Panda и др.);
• программы диагностики, позволяющие протестировать работоспособность различных устройств ПК и получить справочную информацию о технических возможностях ПК (ScanDisk, Check Disk);
• программы оптимизации, «кэширования» и динамического сжатия дисков, программы управления памятью и печатью и т.д.

6.3. Операционные системы.

Операционная система (ОС) – это совокупность программных средств, обеспечивающих диалог пользователя и ПК и управление ресурсами компьютера.

Любая ОС выполняет три основные функции:

• загрузку в оперативную память и выполнение всех программ;
• управление ресурсами компьютера (оперативной памятью, процессорным временем, файловой системой, внешними устройствами);
• диалог пользователя с компьютером, предоставляя удобный способ взаимодействия (интерфейс).

Интерфейс – это совокупность средств и правил, которые обеспечивают взаимодействие устройств, программ и человека. Различают пользовательский, аппаратный и программный интерфейс. Интерфейс, удобный для конкретного пользователя, называется дружественным.

Различают следующие виды операционных систем:

• однопользовательские (предназначены для работы только одного пользователя) и многопользовательские (ориентированы на работу в режиме коллективного доступа);
• однозадачные (в каждый момент времени возможно выполнение только одной программы) и многозадачные (способны обеспечить одновременное выполнение нескольких задач);
• текстовые (работающие преимущественно в режиме командной строки) и графические (позволяющие выбирать и выполнять команды через систему меню, пиктограммы, кнопки);
• сетевые (поддерживающие работу сети) и несетевые (не поддерживающие работу сети).

В настоящее время наиболее распространенной является ОС Windows, разработанная фирмой Microsoft. Она относится к классу многопользовательских многозадачных сетевых операционных систем, имеющих графический интерфейс. Прообразом данной системы являлась система MS DOS (дисковая операционная система), разработанная в 1981 г. этой же фирмой.

Несмотря на серьезные изменения, структура дисковой операционной системы остается неизменной и могут быть выделены следующие блоки.

1. Базовая система ввода-вывода (BIOS) находится в ПЗУ ПК. BIOS содержит тест функционирования ПК, проверяющий работу памяти и подключенных к ПК устройств сразу после подачи электропитания, и программу вызова загрузчика DOS.
2. Загрузчик DOS – очень короткая программа, находящаяся в первом секторе каждого диска, содержащего DOS. Ее функция заключается в считывании в память двух системных дисковых файлов.
3. Системные дисковые файлы (IO.SYS и MSDOS.SYS) загружаются в память загрузчиком и остаются в ней постоянно. Первый представляет собой дополнение к базовой системе ввода-вывода, а второй служит для реализации высокоуровневых услуг DOS. Оба файла находятся на нулевой дорожке системного диска и записываются туда при системном форматировании.
4. Командный процессор (COMMAND.COM) обрабатывает команды, вводимые пользователем. Он должен находиться в корневом каталоге системного диска.
5. Внешние команды DOS – программы, поставляемые вместе с ОС в виде отдельных файлов. В основном они выполняют сервисные функции: форматирование дисков, разбиение физических дисков на логические и т.д. Среди этих файлов особо выделяют два: файл конфигурации CONFIG.SYS (содержит информацию о том, какие драйверы, каких устройств должны быть загружены в оперативную память при начальной загрузке, какое количество файлов может быть задействовано одновременно и т.д.) и командный файл AUNOEXEC.BAT (содержит перечень указание командному процессору, которые тот должен будет выполнить, прежде чем управление компьютером будет передано пользователю). Оба этих файла должны располагаться в корневом каталоге (до версии Windows NT) или в каталоге System 32 (начиная с версии Windows NT).
6. Внутренние команды DOS – группа команд, которые могут быть выполнены на ПК, даже если на диске записаны только системные файлы и командный процессор (изменение текущего диска, создание, копирование, переименование, перемещение, удаление файлов и каталогов, установка системных дат и времени и т.д.).
7. Драйверы устройств – отдельная группа файлов, частично поставляемых вместе с пакетом DOS, а частично – вместе с внешними устройствами, работоспособность которых они обеспечивают.

Начало работы ОС. Операционная система начинает работать сразу после включение компьютера.

1. Базовая система ввода-вывода тестирует аппаратные средства ПК, считывает загрузчик DOS и передает ему управление.
2. Загрузчик загружает в оперативную память системные дисковые файлы и передает управление им.
3. Модуль расширения базовой системы ввода-вывода настраивает ОС на конкретную конфигурацию с помощью файла CONFIG.SYS.
4. Загружается командный процессор и происходит выполнение команд пакетного файла AUTOEXEC.BAT.
5. Появляется приглашение DOS, свидетельствующее о готовности ОС к работе.

6.4. Файловая структура операционной системы Windows. Операции с файлами.

Информация на дисках хранится в виде файлов. Файл – поименованная целостная совокупность данных на внешнем носителе. Каждый файл имеет свое имя. Имя файла состоит из двух частей: собственной части имени файла и расширения. Собственная часть имени файла обычно несет смысловую нагрузку, и ее название зависит от пользователя. Расширение файла чаще всего является характеристикой, определяющей принадлежность файла к какому-либо программному продукту или описывающей характер информации, хранящейся в файле. Многие программы автоматически присваивают расширения созданным в них файлам.

По принятым правилам первая часть имени может содержать от 1 до 8 символов, расширение от 1 до 3. Между ними ставится точка. В ОС Windows требования к именам файлов следующие:

1) имя может содержать от 1 до 255 символов;

2) в имя могут входить большие и маленькие буквы латинского и русского алфавитов, цифры и символы {}[]()@#$%^&=_;

3) имя не может содержать символов . / \ : * ? < >.

Каталог – файл специального вида, в котором регистрируются файлы. Правила задания имен каталогам, такие же, как и при задании имен файлов. В ОС Windows каталоги принято называть папками.

Корневой каталог – главный каталог диска, на котором хранится оглавление всего диска. Имя корневого каталога совпадает с именем диска.

Накопителям на дисках присваиваются имена, состоящие из двух символов: буквы латинского алфавита и «:». За дискетами зарезервированы имена А: и В:. Жесткому диску присвоено имя С:. Если на ПК установлено два винчестера, то второму присваивается имя D:. Но чаще ПК снабжен одним жестким диском большого размера. В этом случае винчестер «делят» на несколько частей, т.е. физический диск как бы перестает существовать как единое целое, а представляет собой несколько логических областей (разделов) – томов, каждый из которых обладает атрибутами самостоятельного диска: имеет имя, загрузочную область, таблицу расположения файлов, корневой каталог. В этом случае первому диску присваивается имя С:, а остальным – следующие буквы латинского алфавита. Если ПК снабжен устройством для работы с компакт-дисками, то его именем становится первая незанятая жесткими и логическими дисками буква. Следующие буквы присваиваются сетевым дискам, затем виртуальным дискам, съемным жестким дискам, flash-памяти, стримеру и т.д. Максимальное количество дисков – 26.

Вся информация на дисках хранится в файлах, которые находятся в каталогах. Для каждого диска может быть построена схема расположения файлов и каталогов, которая получила название дерево. Под уровнем каталога понимается его положение относительно корневого. Различают каталоги первого уровня (содержатся в корневом каталоге), второго уровня (располагаются в каталогах первого уровня) и т.д. Вся структура называется файловой иерархической структурой.

Диск и каталог, в котором в данный момент времени происходит работа, называются текущими.

Путь (маршрут) – это цепочка каталогов, которая связывает корневой или текущий каталог с нужным файлом. Полное имя файла – точный адрес расположения файла на диске. Полное имя файла имеет вид: [Имя диска:][\путь\]имя файла.

Иногда удобнее работать не с одним файлом, а с группой файлов. Можно выделить файлы в группу, если у них есть что-то общее в имени. Шаблон (маска) – образец, по которому производится группировка файлов. Символами шаблона являются знаки * (любое число любых символов) и ? (один любой символ).

Запись информации о файлах производится в специальные области диска. В зависимости от аппаратных средств компьютера и возможностей установленной операционной системы для организации работы применяются различные файловые системы.

1. Файловые системы семейства FAT – File Allocation Table (таблица размещения файлов) – FAT12, FAT16, FAT32, FAT64. FAT представляет собой простую файловую систему, разработанную для небольших дисков и простых структур каталогов. Эта таблица размещается в начале тома. В целях защиты тома на нем хранятся две копии FAT.

По принципу построения FAT похожа на оглавление книги, так как ОС использует ее для поиска файла и определения кластеров, которые этот файл занимает на жестком диске.

2. NTFS – New Technology File System (файловая система – новая технология). Основными целями разработки NTFS являлись обеспечение скоростного выполнения стандартных операций над файлами, предоставление дополнительных возможностей, включая сжатие и восстановление поврежденной файловой системы на больших дисках.

Папки и файлы NTFS могут иметь назначенные им права доступа вне зависимости от того, являются они общими или нет. NTFS – единственная файловая система в Windows NT/2000/XP, которая позволяет назначать права доступа к отдельным файлам. Основную информацию о томе NTFS содержит загрузочный сектор раздела, который начинается с сектора 0 и может иметь длину до 16 секторов.

NTFS – это объектно-ориентированная файловая система, которая обрабатывает все файлы как объекты с атрибутами. Практически все объекты, существующие на томе, представляют собой файлы, а все, что имеется в файле, представляет собой атрибуты, включая атрибуты данных, атрибуты системы безопасности, атрибуты имени файла. Каждый занятый сектор на томе NTFS принадлежит какому-нибудь файлу. Частью файла являются даже метаданные файловой системы (информация, которая представляет собой описание самой файловой системы).

3. Файловые системы CDFS (Compact Disc File System) – файловая система компакт-дисков и UDF (Universal Disk Format) – универсальный формат диска – две файловые системы, предназначенные для работы на устройствах CD-ROM и DVD.

6.5. Прикладное программное обеспечение: назначение, возможности, структура.

К прикладному программному обеспечению относятся несколько типов программ:

1. Прикладные программы общего назначения. Считается, что с ними может работать пользователь, не имеющий специальной подготовки. К этим программам относятся, например, следующие.
   1. Текстовые редакторы. Основные функции этого класса прикладных программ заключаются в вводе, редактировании и подготовке текстов к печати.
   2. Текстовые процессоры. Основное отличие текстовых процессоров от текстовых редакторов в том, что они позволяют не только вводить и редактировать тексты, но и форматировать их, то есть оформлять. Соответственно, к основным средствам текстовых процессоров относятся средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, составляющих итоговый документ, а к дополнительным – средства автоматизации процесса форматирования.
   3. Настольные издательские системы. Назначение программ этого класса состоит в автоматизации процесса подготовки полиграфических изданий. Этот класс программного обеспечения занимает промежуточное положение между текстовыми процессорами и системами автоматизированного проектирования.

От текстовых процессоров настольные издательские системы отличаются расширенными средствами управления взаимодействием текста с параметрами страницы и с графическими объектами. С другой стороны, они отличаются пониженными функциональными возможностями по автоматизации ввода и редактирования текста. Типичный прием использования настольных издательских систем состоит в том, что их применяют к документам, прошедшим предварительную обработку в текстовых процессорах и графических редакторах.

1. Графические редакторы. Это обширный класс программ, предназначенных для создания (или) обработки графических изображений. В данном классе различают следующие категории: растровые редакторы, векторные редакторы, программные средства для создания и обработки трехмерной графики (3D-редакторы).
   1. Табличные процессоры. Электронные таблицы представляют комплексные средства для хранения различных типов данных и их обработки. В некоторой степени они аналогичны системам управления базами данных, но основной акцент смещен не на хранение массивов данных и обеспечение к ним доступа, а на преобразование данных, причем в соответствии с их внутренним содержанием.

В отличие от баз данных, которые обычно содержат широкий спектр типов данных (от числовых и текстовых до мультимедийных), для электронных таблиц характерна повышенная сосредоточенность на числовых данных. Зато электронные таблицы представляют более широкий спектр методов для работы с данными числового типа.

Основное свойство электронных таблиц состоит в том, что при изменении содержания любых ячеек таблицы может происходить автоматическое изменение содержания во всех прочих ячейках, связанных с измененными соотношением, заданными математическими или логическими выражениями (формулами). Простота и удобство работы с электронными таблицами снискали им широкое применение в сфере бухгалтерского учета, в качестве универсальных инструментов анализа финансовых, сырьевых и товарных рынков, то есть всюду, где необходимо автоматизировать регулярно повторяющиеся вычисления достаточно больших объемов числовых данных.

1. Средства презентационной графики. Эти программы служат для создания презентаций (слайд-фильмов).
2. Методо-ориентированные пакеты прикладных программ отличаются тем, что в их основе реализован определенный экономико-экономический метод решения задачи, такие как методы математического программирования (линейного, динамического и т.д.), методы сетевого планирования, теории массового обслуживания, математической статистик, методы решении линейных уравнений и т.д. Примером является программа Matlab (методы матричной алгебры и вычислительной математики).
3. Проблемно-ориентированные пакеты прикладных программ позволяют решать комплекс задач из конкретной предметной области. К ним относятся банковские прикладные пакеты, системы управления производством, систему финансового менеджмента, правовые справочные системы, браузеры и т.д. Примером таких программ являются программы фирмы 1С, Гарант, Консультант, Парус, Internet Explorer и т.д.
4. Средства проектирования. К ним относятся следующие программы.

4.1. Системы управления базами данных, предназначенные для создания баз данных и их поддержания. СУБД позволяют управлять большими информационными массивами, обеспечивают ввод, поиск, сортировку данных, составление отчетов. Примерами являются Microsoft Access, FoxPro, Oracle, Paradox и т.д.

4.2. Экспертные системы и информационные хранилища предназначены для облегчения принятия решения. Первые содержат средства создания баз знаний, вторые – средства получения аналитических данных. ЭС позволяют с помощью накопленных знаний о предметной области распознавать и диагностировать сложные процессы, принимать решения, формулировать планы действий, выдвигать и проверять гипотезы. Они имитируют процесс принятия решении человеком-экспертом в данной предметной области.

4.3. Системы искусственного интеллекта позволяют моделировать деловые процессы, производственные и социальные технологии.

4.4. Системы электронного документооборота позволяют реализовать безбумажные технологии на предприятии.

1. Интегрированные пакеты прикладных программ объединяют несколько наиболее часто используемых прикладных программ, например, СУБД, табличный процессор, редактор текстов и т.д.как правило, интерфейс каждого компонента имеет родственный вид, однотипные действия выполняются одинаковыми средствами, что облегчает процедуру освоения всего пакета. Примерами являются Microsoft Office, Works, Open Office, Lotus и т.д.

6.6. Технология обработки текстовой информации.

Текстовые процессоры – это общее название программных средств, предназначенных для создания и обработки текстов. В отличие от текстовых редакторов, позволяющих только набирать и исправлять (редактировать) текст, текстовые процессоры имеют специальные дополнительные функции, которые предназначены для облегчения ввода текста и представления его в напечатанном виде. Среди этих функций можно выделить следующие:

• ввод текста под контролем функций форматирования, обеспечивающих точное соответствие экранного образа документа его печатной копии. Этот принцип по-английски называется WYSIWYG (What You See Is What You Get – что Вы видите, то и получите);
• предварительное описание структуры будущего документа с помощью специального языка; в этом описании задаются такие параметры, как величина абзацных отступов, тип и размер шрифта для различных элементов текста, расположение заголовков, межстрочные интервалы, число колонок текста, расположение и способ нумерации сносок (в конце текста или на той же странице) и т.д.;
• автоматическая проверка орфографии и получение подсказки при выборе синонимов;
• ввод и редактирование таблиц и формул с изображением их на экране в том виде, в котором они будут напечатаны;
• объединение документов в процессе подготовки текста к печати;
• автоматическое составление оглавления и алфавитного справочника;
• возможность совместной работы над одним документом нескольких соавторов с учетом исправлений, внесенных каждым из них.

Почти все текстовые процессоры имеют уникальную структуру данных для представления текста, что объясняется необходимостью включения в текст дополнительной информации, описывающей структуру документа, шрифты и т.п., поскольку каждое слово или даже символ могут иметь свои особенные характеристики. Поэтому текст, подготовленный с помощью одного текстового процессора, как правило, не может быть прочитан другими текстовыми процессорами и, следовательно, не может быть отредактирован и распечатан.

В России сейчас наиболее распространен входящий в состав пакета Microsoft Office текстовый процессор МS Word.

Подготовка документов с использованием текстовых процессоров заключается в последовательном выполнении ряда этапов. Можно выделить:

• набор текста;
• редактирование введенной информации;
• форматирование (оформление) отдельных частей документа;
• вывод документа на печать;
• сохранение документа и ведение архива текстов.

Каждый этап состоит из множества операций. При работе с текстом обычно происходит многократное чередование операций различных этапов, поэтому отдельные операции нельзя четко отнести к определенному этапу подготовки документа.

Набор текста. Основным инструментом ввода текста документов является клавиатура. Вводимый текст располагается в текстовом окне. Место экрана, на котором появляется следующий вводимый символ, т.е. позиция ввода, отмечается специальным знаком – курсором. Вводимый символ автоматически раздвигает строку при режиме вставки либо заменяет существующий символ в режиме замены.

Перевод курсора на новую строку программой текстового процессора осуществляется автоматически по достижении конца текущей строки, т.е. ввод текста происходит под контролем функции автоматического форматирования.

Редактирование – это проверка и исправление текста при подготовке к печати.

К основным операциям редактирования принято относить следующие:

• добавление фрагментов текста;
• удаление фрагментов текста;
• перемещение фрагментов текста;
• копирование фрагментов текста;
• контекстный поиск;
• контекстная замена.

Форматирование – это процесс оформления элементов документа. Другими словами, форматирование – это процесс изменения значений атрибутов объектов, из которых состоит документ.

6.7. Технология обработки числовой информации.

Электронные калькуляторы

Электронные калькуляторы являются специализированными программными приложениями, предназначенными для произведения вычислений, которые по своим функциональным возможностям соответствуют аппаратным микрокалькуляторам.

Аппаратные микрокалькуляторы могут существенно различаться по своим возможностям и областям применения. Простые микрокалькуляторы позволяют осуществлять только арифметические операции над числами и используются в быту. Инженерные микрокалькуляторы позволяют также вычислять значения различных функций (sin, cos и др.) и используются в процессе обучения и для инженерных расчетов; программистские микрокалькуляторы позволяют проводить вычисления в различных системах счисления и другие операции.

Электронные калькуляторы гораздо удобнее, так как могут обладать возможностями всех вышеперечисленных типов аппаратных микрокалькуляторов. Электронный Калькулятор является стандартным приложением операционной системы Windows.

Табличные процессоры

Табличный процессор (электронная таблица) – это программа обработки числовых данных, хранящая и обрабатывающая данные в прямоугольных таблицах.

Электронная таблица состоит из столбцов и строк. Заголовки столбцов обозначаются буквами или сочетаниями букв (A, G, АВ и т. п.), заголовки строк – числами (1, 16, 278 и т. п.). Ячейка – место пересечения столбца и строки.

Каждая ячейка таблицы имеет свой собственный адрес. Адрес ячейки электронной таблицы составляется из заголовка столбца и заголовка строки, например: Al, B5, E7. Ячейка, с которой производятся какие-то действия, выделяется рамкой и называется активной. Электронные таблицы, с которыми работает пользователь в приложении, называются рабочими листами. Можно вводить и изменять данные одновременно на нескольких рабочих листах, а также выполнять вычисления на основе данных из нескольких листов. Документы электронных таблиц могут включать несколько рабочих листов и называются рабочими книгами.

Электронные таблицы позволяют работать с тремя основными типами данных: число, текст и формула.

Числа в электронных таблицах Excel могут быть записаны в обычном числовом или экспоненциальном формате, например: 195,2 или 1.952Ё + 02. По умолчанию числа выравниваются в ячейке по правому краю. Это объясняется тем, что при размещении чисел друг под другом (в столбце таблицы) удобно иметь выравнивание по разрядам (единицы под единицами, десятки под десятками и т. д.).

Текстом в электронных таблицах Excel является последовательность символов, состоящая из букв, цифр и пробелов, например запись «32 Мбайт» является текстовой. По умолчанию текст выравнивается в ячейке по левому краю. Это объясняется традиционным способом письма (слева направо).

Формула должна начинаться со знака равенства и может включать в себя числа, Имена ячеек, функции (Математические, Статистические, Финансовые, Дата и время и т.д.) и знаки математических: операций.

В формулах используются ссылки на адреса ячеек. Существуют два основных типа ссылок: относительные и абсолютные. Различия между ними проявляются при копировании формулы из активной ячейки в другую ячейку.

Относительная ссылка в формуле используется для указания адреса ячейки, вычисляемого относительно ячейки, в которой находится формула. При перемещении или копировании формулы из активной ячейки относительные ссылки автоматически обновляются в зависимости от нового положения формулы. Относительные ссылки имеют следующий вид: А1, ВЗ.

Абсолютная ссылка в формуле используется для указания фиксированного адреса ячейки. При перемещении или копировании формулы абсолютные ссылки не изменяются. В абсолютных ссылках перед неизменяемым значением адреса ячейки ставится знак доллара (например, $А$1).

Если символ доллара стоит перед буквой (например: $А1), то координата столбца абсолютная, а строки – относительная. Если символ доллара стоит перед числом (например, А$1), то, наоборот, координата столбца относительная, а строки – абсолютная. Такие ссылки называются смешанными.

Электронные таблицы позволяют осуществлять сортировку данных. Данные в электронных таблицах сортируются по возрастанию или убыванию. При сортировке данные выстраиваются в определенном порядке. Можно проводить вложенные сортировки, т. е. сортировать данные по нескольким столбцам, при этом назначается последовательность сортировки столбцов.

В электронных таблицах возможен поиск данных в соответствии с указанными условиями – фильтрами. Фильтры определяются с помощью условий поиска (больше, меньше, равно и т. д.) и значений (100, 10 и т. д.).

Электронные таблицы позволяют представлять числовые данные в виде диаграмм или графиков. Диаграммы бывают различных типов (столбчатые, круговые и т. д.); выбор типа диаграммы зависит от характера данных.

6.8. Технология обработки графической информации. Растровая и векторная графика.

Растровое изображение – это файл данных или структура, представляющая прямоугольную сетку пикселей или точек цветов на компьютерном мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и материалах. То есть, растровая графика – это формат изображения, который содержит информацию о расположении, количестве и цвете пикселей.

Главным достоинством растровой графики является создание практически любого рисунка, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому.

Векторная графика – это использование геометрических примитивов, таких как точки, линии, сплайны и многоугольники, для представления изображений в компьютерной графике. Термин используется в противоположность к растровой графике, которая представляет изображения как матрицу пикселей (точек).

Изначально человеческий глаз воспринимает изображение подобно растровому образу. Картинка проецируется на сетчатку, состоящую из отдельных, реагирующих на свет клеток. Далее система глаз-мозг распознаёт в изображении отдельные объекты, геометрические фигуры, которые уже легче обрабатывать и запоминать.

Основой растрового представления графики является пиксель (точка) с указанием ее цвета. При описании, например, красного эллипса на белом фоне приходится указывать цвет каждой точки как эллипса, так и фона. Изображение представляется в виде большого количества точек – чем их больше, тем визуально качественнее изображение и больше размер файла. Т.е. одна и та же картинка может быть представлена с лучшим или худшим качеством в соответствии с количеством точек на единицу длины – разрешением (обычно, точек на дюйм – dpi или пикселов на дюйм – ppi).

Кроме того, качество характеризуется еще и количеством цветов и оттенков, которые может принимать каждая точка изображения. Чем большим количеством оттенков характеризуется изображения, тем большее количество разрядов требуется для их описания. Красный может быть цветом номер 001, а может и – 00000001. Таким образом, чем качественнее изображение, тем больше размер файла.

Растровое представление обычно используют для изображений фотографического типа с большим количеством деталей или оттенков. К сожалению, масштабирование таких картинок в любую сторону обычно ухудшает качество. При уменьшении количества точек теряются мелкие детали и деформируются надписи (правда, это может быть не так заметно при уменьшении визуальных размеров самой картинки – т.е. сохранении разрешения). Добавление пикселов приводит к ухудшению резкости и яркости изображения, т.к. новым точкам приходится давать оттенки, средние между двумя и более граничащими цветами. Распространены форматы .tif, .gif, .jpg, .png, .bmp, .pcx и др.

Векторное представление заключается в описании элементов изображения математическими кривыми с указанием их цветов и заполненности. Красный эллипс на белом фоне будет описан всего двумя математическими формулами – прямоугольника и эллипса соответствующих цветов, размеров и местоположения. Очевидно, такое описание займет значительно меньше места, чем в первом случае. Еще одно преимущество – качественное масштабирование в любую сторону. Увеличение или уменьшение объектов производится увеличением или уменьшением соответствующих коэффициентов в математических формулах. Но векторный формат становится невыгодным при передаче изображений с большим количеством оттенков или мелких деталей (например, фотографий). Кроме того, перевод изображения из растрового в векторный формат (например, программой Adobe Strime Line) приводит к наследованию последним невозможности корректного масштабирования в большую сторону.

Таким образом, выбор растрового или векторного формата зависит от целей и задач работы с изображением. Если нужна фотографическая точность цветопередачи, то предпочтительнее растр. Логотипы, схемы, элементы оформления удобнее представлять в векторном формате. Понятно, что и в растровом и в векторном представлении графика (как и текст) выводятся на экран монитора или печатное устройство в виде совокупности точек. В Интернете графика представляется в одном из растровых форматов, понимаемых броузерами без установки дополнительных модулей – GIF, JPG, PNG.

Из-за описанных выше особенностей представления изображения, для каждого типа приходится использовать отдельный графический редактор – растровый или векторный. У них есть общие черты – возможность открывать и сохранять файлы в различных форматах, использование инструментов с одинаковыми названиями (карандаш, перо и т.д.) или функциями (выделение, перемещение, масштабирование и т.д.), выбирать нужный цвет или оттенок... Однако принципы реализации процессов рисования и редактирования различны и обусловлены природой соответствующего формата.

Тем не менее, существует тенденция к сближению. Большинство современных векторных редакторов способны использовать растровые картинки в качестве фона, а то и переводить в векторный формат части изображения встроенными средствами (трассировка). Некоторые растровые редакторы способны грузить один из векторных форматов (обычно .wmf) в качестве фона или сразу переводить их в растр с возможностью непосредственного редактирования.

6.9. Средства электронных презентаций.

В последнее время широкое распространение получил термин «мультимедиа», который дословно означает «многие среды». Мультимедиа технология позволяет использовать различные способы представления информации: числа, текст, графику, анимацию, видео и звук.

Важной особенностью мультимедиа технологии является ее интерактивность, то есть то, что в диалоге с компьютером пользователю отводится активная роль. Графический интерфейс мультимедийных проектов обычно содержит различные управляющие элементы (кнопки, текстовые поля, списки и так далее).

Одним из типов мультимедийных проектов являются компьютерные презентации.

Презентация – слово, образованное от английского presentation, переводимого как «представление».

Презентация – набор слайдов по определенной теме, содержащих мультимедийные объекты. В настоящее время компьютерные презентации получили широкое распространение. Часто вместо слова «презентация» используют термин «слайд-фильм». Последовательность слайдов при показе слайд-фильма может меняться организатором показа. Часто слайд-фильмы показываются автономно, но возможен также переход между слайдами с помощью управляющих объектов (кнопок) или гиперссылок.

Алгоритм создания мультимедийной презентации.

1. Постановка задачи. Выбор темы и определение цели создания презентации.
2. Сбор материалов для слайд-фильма.
3. Создание презентации. Выбор дизайна.
4. Ввод элементов на слайд (текста, рисунков, таблиц, диаграмм и т.д.).
5. Настройка анимации объектов на слайдах.
6. Звуковое оформление презентации.
7. Переходы между слайдами. Гиперссылки. Кнопки управления.
8. Настройка презентации.
9. Показ слайд-фильма.

Причем пункты 4 и 5 следует повторить для каждого слайда.

Программа подготовки презентаций PowerPoint – удобное средство подготовки и демонстрации слайдов, которые всегда можно напечатать на прозрачных пленках или на бумаге. Слайды, создаваемые для электронной презентации, могут содержать текст, диаграммы, рисованные объекты и фигуры, а также картинки, слайды-фильмы, звуки и графику, созданные в других приложениях. В электронную презентацию можно вносить изменения в последний момент; темпы презентации регулируются установкой интервалов показа слайдов, а также использованием специальных переходов при смене слайдов и анимации. Электронную презентацию можно запустить в автономном режиме. Презентационную конференцию можно провести в сети на нескольких компьютерах.

Для создания электронной презентации с использованием прозрачных пленок следует распечатать слайды на пленке в виде черно-белых или цветных слайдов, как в книжной, так и в альбомной ориентации. Презентацию можно подготовить с расчетом ее эффективного показа как на экране в цвете, так и на бумаге или на прозрачной пленке, т.е. в виде материалов, распечатанных на лазерном принтере (в оттенках серой шкалы или в черно-белом виде). Перед печатью возможен предварительный просмотр презентации, а также внесении изменений. Для облегчения проведения презентации присутствующим можно представить раздаточный материал – печатный вариант презентации, содержащий по два, по три или по шесть слайдов на странице. Кроме того, для зрителей можно распечатать заметки докладчика.

1. Системы управления базами данных. Информационные системы.

Информационная система – это совокупность программно-аппаратных средств, способов и людей, которые обеспечивают сбор, хранение, обработку и выдачу информации для решения поставленных задач. На ранних стадиях использования информационных систем применялась файловая модель обработки. В дальнейшем в информационных системах стали применяться базы данных. Базы данных являются современной формой организации, хранения и доступа к информации. Примерами крупных информационных систем являются банковские системы, системы заказов железнодорожных билетов и т.д.

Одной из компонент ИС является система управления БД (СУБД) – совокупность языковых и программных средств, с помощью которых БД создается и поддерживается в процессе эксплуатации.

К основным функциям СУБД относятся:

1. Надежное хранение больших объемов данных сложной структуры во внешней памяти вычислительной системы.
2. Непосредственное управление данными во внешней и оперативной памяти и обеспечение эффективного доступа к ним в процессе решения задачи.
3. Поддержание целостности данных и управление транзакциями.
4. Обеспечение восстановления БД после технического или программного сбоя.
5. Поддержка языка описания данных и языка запросов.
6. Обеспечение безопасности данных.
7. Обеспечение параллельного доступа к данным нескольких пользователей.

Требования к СУБД:

1. Непротиворечивость данных. Она обеспечивается требованием целостности БД. Целостность БД подразумевает систему правил, используемых в СУБД для поддержания полной, непротиворечивой и адекватно отражающей предметную область информации, а также обеспечения защиты от случайного удаления или изменения данных в связанных таблицах. Целостность должна обеспечиваться независимо от того, каким образом данные заносятся в память (в интерактивном режиме, посредством импорта или с помощью специальных программ). С требованием целостности данных связано понятие транзакции. Транзакция – последовательность операций над БД, рассматриваемых как единое целое (то есть все или ничего).
2. Многоаспектное использование данных. Возможность поступления информации в единую БД из различных источников и возможность ее использования любым пользователем в соответствии с правами доступа и функциями.
3. Возможность модификации системы – возможность ее расширения и изменения данных, а также дополнение новыми функциями без ущерба для системы в целом.
4. Надежность и безопасность – целостность БД не должна нарушаться при технических сбоях.
5. Скорость доступа – обеспечение быстрого доступа к требуемой информации.
6. Импорт-экспорт данных – возможность обмена данными с другими программными средствами.

1. Системы искусственного интеллекта.

6.12. Инструментальное программное обеспечение.

Системы программирования – системы, которые автоматизируют процедуры создания программы. Они включают языки программирования и трансляторы.

Языки, на которых пользователи составляют программы, называются также алгоритмическими. Их принято делить (в зависимости от сложности) на языки высокого и низкого уровня. К языкам низкого уровня относится Ассемблер, который отображает архитектуру ЭВМ, обеспечивает доступ к регистрам, указание методов адресации и описание операций в терминах команд процессора. Он служит для разработки операционных систем. К языкам высокого уровня относятся Ada, Algol, FORTRAN, BASIC, Pascal, Prolog, Dbase, SQL и т.д.

Трансляторы – программы, обеспечивающие перевод с языка программирования на машинный язык. Они бывают двух типов – компиляторы и интерпретаторы.

Интерпретатор обеспечивает покомандный перевод текста программы с одновременным выполнением переведенной в машинные коды команды. Процедура перевода сопровождается проверкой правильности написания команды. Если в результате проверки обнаруживается ошибка, выполнение программы прекращается, а на экране появляются сообщение о характере ошибки и строка, в которой она обнаружена. Недостатком работы интерпретатора является невысокая производительность. Это объясняется тем, что при каждом запуске программы на выполнение происходит проверка на наличие ошибок и перевод в машинные коды каждой строчки программы.

Компилятор переводит в машинные коды всю программу сразу с одновременной проверкой корректности ее написания. Программы, переведенные в машинные коды при помощи компилятора, работают значительно быстрее, так как при запуске программы сразу начинается ее выполнение без дополнительных проверок и переводов.

База данных – это интегрированная совокупность структурированных и взаимосвязанных данных, организованная по определенным правилам, которые предусматривают общие принципы описания, хранения и обработки данных. Обычно база данных создается для предметной области.

Предметная область – это часть реального мира, подлежащая изучению с целью создания базы данных для автоматизации процесса управления.
Наборы принципов, которые определяют организацию логической структуры хранения данных в базе, называются моделями данных.

Существуют 4 основные модели данных – списки (плоские таблицы), реляционные базы данных, иерархические и сетевые структуры.

В течение многих лет преимущественно использовались плоские таблицы (плоские БД) типа списков в Excel. В настоящее время наибольшее распространение при разработке БД получили реляционные модели данных. Реляционная модель данных является совокупностью простейших двумерных таблиц – отношений (англ. relation), т.е. простейшая двумерная таблица определяется как отношение (множество однотипных записей объединенных одной темой).

От термина relation (отношение) происходит название реляционная модель данных. В реляционных БД используется несколько двумерных таблиц, в которых строки называются записями, а столбцы полями, между записями которых устанавливаются связи. Этот способ организации данных позволяет данные (записи) в одной таблице связывать с данными (записями) в других таблицах через уникальные идентификаторы (ключи) или ключевые поля.

Ключ – это столбец (может быть несколько столбцов), добавляемый к таблице и позволяющий установить связь с  записями в другой таблице. Существуют ключи двух типов: первичные и вторичные или внешние.

Первичный ключ – это одно или несколько полей (столбцов), комбинация значений которых однозначно определяет каждую запись в таблице. Первичный ключ не допускает значений Null и всегда должен иметь уникальный индекс. Первичный ключ используется для связывания таблицы с внешними ключами в других таблицах.

Внешний (вторичный) ключ - это одно или несколько полей (столбцов) в таблице, содержащих ссылку на поле или поля первичного ключа в другой таблице. Внешний ключ определяет способ объединения таблиц.

Из двух логически связанных таблиц одну называют таблицей первичного ключа или главной таблицей, а другую таблицей вторичного (внешнего) ключа или подчиненной таблицей. СУБД позволяют сопоставить родственные записи из обеих таблиц и совместно вывести их в форме, отчете или запросе.

Существует три типа первичных ключей: ключевые поля счетчика (счетчик), простой ключ и составной ключ.

Поле счетчика (Тип данных «Счетчик»). Тип данных поля в базе данных, в котором для каждой добавляемой в таблицу записи в поле автоматически заносится уникальное числовое значение.

Простой ключ. Если поле содержит уникальные значения, такие как коды или инвентарные номера, то это поле можно определить как первичный ключ. В качестве ключа можно определить любое поле, содержащее данные, если это поле не содержит повторяющиеся значения или значения Null.

Составной ключ. В случаях, когда невозможно гарантировать уникальность значений каждого поля, существует возможность создать ключ, состоящий из нескольких полей. Чаще всего такая ситуация возникает для таблицы, используемой для связывания двух таблиц многие - ко - многим.

Необходимо еще раз отметить, что в поле первичного ключа должны быть только уникальные значения в каждой строке таблицы, т.е. совпадение не допускается, а в поле вторичного или внешнего ключа совпадение значений в строках таблицы допускается.

Если возникают затруднения с выбором подходящего типа первичного ключа, то в качестве ключа целесообразно выбрать поле счетчика.

Программы, которые предназначены для структурирования информации, размещения ее в таблицах и манипулирования данными называются системами управления базами данных (СУБД). Другими словами СУБД предназначены как для создания и ведения базы данных, так и для доступа к данным. В настоящее время насчитывается более 50 типов СУБД для персональных компьютеров. К наиболее распространенным типам СУБД относятся: MS SQL Server, Oracle, Informix, Sybase, DB2, MS Access  и т. д.

Создание БД. Этапы проектирования

Создание БД начинается с проектирования. Этапы проектирования БД:

Исследование предметной области;

Анализ данных (сущностей и их атрибутов);

Определение отношений между сущностями и определение первичных и вторичных (внешних) ключей.

В процессе проектирования определяется структура реляционной БД (состав таблиц, их структура и логические связи). Структура таблицы определяется составом столбцов, типом данных и размерами столбцов, ключами таблицы.

К базовым понятиями модели БД «сущность – связь» относятся: сущности, связи между ними и их атрибуты (свойства).

Сущность – любой конкретный или абстрактный объект в рассматриваемой предметной области. Сущности – это базовые типы информации, которые хранятся в БД (в реляционной БД каждой сущности назначается таблица). К сущностям могут относиться: студенты, клиенты, подразделения и т.д. Экземпляр сущности и тип сущности - это разные понятия. Понятие тип сущности относится к набору однородных личностей, предметов или событий, выступающих как целое (например, студент, клиент и т.д.). Экземпляр сущности относится, например, к конкретной личности в наборе. Типом сущности может быть студент, а экземпляром – Петров, Сидоров и т. д.

Атрибут – это свойство сущности в предметной области. Его наименование должно быть уникальным для конкретного типа сущности. Например, для сущности студент могут быть использованы следующие атрибуты: фамилия, имя, отчество, дата и место рождения, паспортные данные и т.д. В реляционной БД атрибуты хранятся в полях таблиц.

Связь – взаимосвязь между сущностями в предметной области. Связи представляют собой соединения  между частями БД (в реляционной БД – это соединение между записями таблиц).

Сущности – это данные, которые классифицируются по типу, а связи показывают, как эти типы данных соотносятся один с другим. Если описать некоторую предметную область в терминах сущности – связь, то получим модель сущность - связь для этой БД.

PAGE 14

Программные средства реализации информационных процессов