 |
Программное обеспечение компьютерных технологий
|
|
|
|
Программа курса «Компьютерные технологии»
Введение. Общие сведения
История, современное состояние и перспективы развития информационно-вычислительной техники и компьютерных технологий. Области применения компьютеров. Поколения ЭВМ. Элементная база поколений ЭВМ. Классы компьютеров. Большие ЭВМ и персональные компьютеры (ПК). Микропроцессорные системы и микроконтроллеры (МК). ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы). Нейрокомпьютеры. Их отличие от традиционных компьютеров и области применения. Промышленные встраиваемые компьютерные системы (ВКС), их особенности и назначение.
Классы ПК: экономический, корпоративный, компьютер-сервер. Различное конструктивное исполнение ПК: напольные, настольные, переносные (ноутбуки, нетбуки), блокнотные (iPad), карманные ПК. Коммуникаторы и смартфоны.
Аппаратное обеспечение компьютерных технологий
Поколения ПК. Закон Мура. Устройство и составные блоки ПК. Архитектура ПК. Магистрально-модульный принцип архитектуры ПК. Преимущества магистрально-модульной архитектуры. МП, ОЗУ, ПЗУ, адаптеры (контроллеры) внешних (периферийных) устройств. Перечень адаптеров ПК.
Конструкция системного блока. Типы корпусов. Форм-факторы материнской платы AT, ATX, mATX. Решение проблемы охлаждения корпуса и узлов ПК. Материнская плата, или системная плата (Mather Board). Внешние (коммуникационные) порты ПК. Понятие параллельного и последовательного интерфейса. Стандартные порты LPT, COM, USB. Дополнительные порты: ИК-порт (IrDa), Wi-Fi, Bluetooth, сетевой разъем RJ-45. Сравнение портов COM и USB. Особенности USB порта. Развитие интерфейса USB: USB1, USB2, USB3.
Технические характеристики основных узлов ПК. Процессор (микропроцессор). Характеристики микропроцессоров (МП). Тактовая частота и разрядность МП. Прогресс производства МП за последние два десятилетия. Технологические достижения изготовления современных СБИС (плотность элементов на кристалле). Совершенствование структуры МП – математический сопроцессор, конвейерная организация работы, кэш-память. Рост мощности МП и смена поколений ПК на примере эволюции компьютеров фирмы IBM с процессорами фирмы Intel: PC XT, AT, 286, 386, 486, 586, Pentium-I, II, Celeron, Pentium-III, IY, Intel Core.
|
|
|
Новое поколение многоядерных процессоров. Модельный ряд процессоров Intel Core и их характеристики. Процессоры Atom, их основные характеристики и назначение. Другие ведущие фирмы производители МП: AMD, а также Motorola (компьютеры Apple с операционной системой Macintosh).
Оперативная память (RAM-память, или ОЗУ). Емкость ОЗУ первых моделей ПК и современных ПК. Конструктивное исполнение ОЗУ – платы SIMM и DIMM. Системная шина (магистраль) и ее назначение. Состав системной шины (шина данных, шина адреса, шина управления). Структура системной шины. Разрядность и быстродействие шины. Стандарты системных шин ПК. ISA, PCI, AGP. Новый универсальный стандарт PCI Express (PCIe). Старый и новый стандарты интерфейсов «системная шина – адаптер ВУ» – IDE (шлейф), SATA (последовательный кабель). Постоянная память (ROM, или ПЗУ). Назначение ПЗУ для выполнения функций начальной загрузки и загрузки основных драйверов (BIOS – базовая система ввода/вывода).
Стандартные запоминающие устройства для долговременного хранения информации – накопители на жестких дисках (ЖД, или винчестеры). Накопители на гибких магнитных дисках – дискетах (дискеты). Емкость винчестеров. Дорожки, сектора и кластеры. Стандарты форматирования винчестеров FAT16, FAT32, NTFS. Отличие FAT и NTFS.
История развития винчестеров (рост емкости ЖД). Программные, аппаратные и конструктивные средства, обеспечивающие повышенную надежность и производительность современных винчестеров. Технология SMART. Технология RAID.
|
|
|
Мониторы. Типы мониторов – ЭЛТ мониторы и жидкокристаллические мониторы (ЖК, или LCD). Плазменные мониторы. Основные характеристики мониторов. Разрешающая способность, размер и пропорции экрана, стандарты излучения. Характеристики ЭЛТ мониторов – размер зерна, частота кадровой развертки. Принцип работы ЖК мониторов. Дополнительные характеристики (яркость, контрастность, время отклика, угол обзора) и особенности (преимущества и ограничения) ЖК мониторов в сравнении с ЭЛТ мониторами. Стандарты подключения мониторов к ПК (разъемы) – VGA, DVI, HDMI. Основные фирмы-производители мониторов.
Перспективы развития и принцип работы мониторов нового поколения, их преимущества и ограничения. Светодиодные дисплеи на органических материалах (OLED). Дисплеи – электронная цифровая бумага.
Печатающие устройства (принтеры). Основные характеристики принтеров – разрешение (dpi), скорость печати (cps), формат печати (А4 и А3), цветность, встроенные шрифты (для работы не в среде Windows), встроенная память.
Типы принтеров. Матричные (ударно-механические), струйные, лазерные принтеры. Термопринтеры. Принцип работы и сравнительные характеристики различных типов принтеров. МФУ. Основные фирмы-производители принтеров – Epson, Canon, Hewllet Packard (HP), Samsung. Специализированные печатающие устройства – графопостроители (плоттеры).
Сканеры. Назначение, области применения, характеристики и принцип работы сканеров. Графический и текстовый режим (режим распознавания текста). Программное обеспечение для работы сканера – программа FineReader.
Обзор и сравнительный анализ накопителей ПК. Технологии накопителей – магнитные, оптические, магнито-оптические, электронные. Переносные (внешние) винчестеры. Накопители на оптических компакт-дисках. Принцип работы и характеристики оптических накопителей. Накопители DVD. Стандарты DVD+RW («плюсовой» формат), DVD–RW («минусовой» формат). Емкость оптических дисков CD и DVD. Структура (слои) оптических дисков. Электронные твердотельные флэш-накопители (SSD). Совместное использование ЖД и SSD. Технология Robson. Сравнительные характеристики типов накопителей.
Перспективы развития накопителей (Blue-Ray, многослойные диски, голографические диски).
|
|
|
Модемы. Назначение и принцип работы модемов. Быстродействие модемов (скорость передачи данных). Внешние и внутренние модемы. Модемы стандартных телефонных сетей и специализированные модемы ISDN, xDSL, модемы кабельных (телевизионных) систем.
Средства мульти-медиа. Звуковые платы и видеоплаты. Графические ускорители. Дополнительные устройства, расширяющие возможности и области применения ПК (устройства беспроводного доступа, цифровые фото- и видео камеры, устройства распознавания и синтеза голоса и др.).
Программное обеспечение компьютерных технологий
Назначение программного обеспечения (ПО). Понятие Software и Hardware. Классификация ПО. Операционные системы (ОС), их классификация и назначение. Пользовательский и программно-аппаратный интерфейс. Ведущий производитель системного ПО для IBM-совместимых компьютеров – фирма Microsoft. Первая ОС для ПК – MS DOS, ее особенности (модульность). ОС Windows 95 и ее особенности по сравнению с MS DOS. Смена поколений (версий) Windows (Windows 95, Windows NT, Windows 98, Windows Me, 2000, Windows Server, XP, Vista, Windows 7). Назначение модулей (пакетов обновления) к ОС Service Pack. Новая 64-битная версия ОС Windows 7.
Интерфейс командной строки и графический пользовательский интерфейс (ГПИ). Основные показатели, которые характеризуют пользовательский интерфейс программных пакетов – развитый, гибкий, интуитивно понятный.
Операционные системы UNIX, Linux, Mac OS. Особенности и области применения UNIX и Linux.
Сервисные системы. Оболочки ОС и их назначение. Файловые и операционные оболочки. Первая файловая оболочка «под MS DOS» Norton Commander. Файловые оболочки «под Windows» FAR Manager, Windows Commander (Total Commander).
Утилиты. Основные функции и группы утилит. Стандартные утилиты Windows. Архиваторы и их назначение. Принципы архивации (сжатия) файлов. Архиваторы WinRAR, WinZip и др. Самораспаковывающиеся архивы.
Защита от компьютерных программ-вирусов. Режим сканера и режим монитора. Программы-антивирусы – AVP Касперского, DrWEB, NOD32, Avast, Comodo и др.
Системы и языки программирования. Понятие трансляции программ. Компиляторы и интерпретаторы. Компоновщик и создание загрузочного файла (exe-файла, или исполняемого файла, или машинного кода программы). Примеры написания простых программ на языках QBasic, Pascal, С (вычисление функции, алгоритмические структуры «ветвление» и «цикл»).
|
|
|
Классификация языков программирования. Структурный (модульный) подход в системах программирования (подпрограммы и их уровни). Неструктурные языки Fortran, Quick-Basic. Структурные языки С, Pascal и их дальнейшее развитие. Типы данных – целый, вещественный, двойной точности.
Понятие визуального (событийно-ориентированного) программирования. Преимущества и удобства визуального программирования. Современные среды визуального проектирования приложений (Visual Basic, Delphi, Visual С++).
Среда программирования Visual Basic (VB). Устройство экрана VB – окно формы (Form), окно кода (Code), окно компонентов (Toolbox), окно свойств (Properties). Основные компоненты VB – Кнопка, Текстовое поле, Надпись, Графическое поле (CommandButton, TextBox, Label, PictureBox). Свойства компонентов и события. Свойства Name, Caption, Font и др. Глобальные и локальные переменные. Возможность создания исполняемого exe-файла в среде VB. Версии VB.
Текстовые редакторы. Назначение и функции текстовых редакторов. Простые редакторы для правки текста и текстовые процессоры. Обеспечение текстовыми процессорами дополнительных функций работы с текстом – редактирование, форматирование, элементы верстки (нумерация страниц, брошюровка и др.). Редактор подготовки научных публикаций Tex (LaTex) и его особенности (открытый код и др.). Текстовый процессор Microsoft Word и его версии. Экранный интерфейс Word. Возможности Word 2003. Новая версия Word 2007 и ее особенности. Программа создания и просмотра pdf-файлов Adobe Acrobat. Программы пакета OpenOffice.
Представление информации в компьютере. Двоичное представление и кодировка символов. Различные стандарты кодировок (ASCII, Windows, КОИ-8 др.). Отличие кодировок символов кириллицы в стандартах ASCII и Windows. Отличие форматов представления в различных текстовых редакторах. Формат RTF. Возможность конвертирования текстовых файлов различных форматов в редакторе Word.
Графические редакторы. Назначение и функциональные возможности графических редакторов («рисовальщиков»). Растровые и векторные графические редакторы. Особенности и удобства применения каждого из типов графических редакторов. Векторные редакторы – встроенный рисовальщик Word, Corel Draw и др. Растровые редакторы – стандартный пакет Paint, Adobe Photoshop и др. Редакторы трехмерной графики и анимации (3D Studio). Утилиты просмотра графических файлов (ACDSee и др.). Графические файлы с различными расширениями (растровые форматы.bmp,.jpg,.gif,.tif и др., векторные форматы.wmf, emf,.cdr и др.).
|
|
|
Интегрированные системы. Назначение, состав и функции интегрированных систем (офисных систем). Преимущества интегрированных систем. Обмен информацией между отдельными составными программами интегрированных систем – использование Буфера обмена (Clipboard), обмен через файлы, связь через общую область ОЗУ. Электронные таблицы (табличные процессоры) и их назначение. Системы управления базами данных (СУБД), их назначение и области применения. Пакет Microsoft Office: Word, Excel, PowerPoint, Access. Пакет OpenOffice.
Математические и инженерные прикладные программные пакеты (ППП). Понятие численной математики и символьной математики. Универсальные математические пакеты (среды компьютерной математики) MathCAD, Mathematica, MATLAB и их особенности.
Визуализация экспериментальных и расчетных данных в научно-исследовательской деятельности. Специализированные пакеты для построения графиков (одномерных и двумерных) Grapher, Origin, Surfer. Построение графиков с использованием пакетов Excel, MathCAD, MATLAB на примере выполнения задачи построения графика функции y = sinx.
Инженерно-технические пакеты. Автоматизация задач проектирования и технологической подготовки производства, а также задач моделирования и инженерного расчета – CAD/CAM/CAE-системы (системы автоматизированного проектирования – САПР). Понятие автоматизированного рабочего места (АРМ). Пакеты инженерной графики (AutoCAD и др.). Пакеты электронной схемотехники (Electronics Workbench и др.). Phoenics – программный пакет моделирования физических процессов тепломассообмена и распределения тепловых полей.
Программно-аппаратные комплексы. АСУ ТП – автоматизированные системы управления технологическими процессами Аппаратная организация (интерфейсы) систем сбора данных и управления. SCADA-системы – определение, основные функции, назначение. Пакеты LabVIEW, Trace Mode, Genesis и др.
Компьютерные сети
Современные тенденции конвергенции компьютерных и телекоммуникационных сетей. Основные топологии локальных сетей – «общая шина», «звезда», «кольцо», смешанные и иерархические (древовидные) топологии. Ячеистая структура глобальных сетей. Классификация сетей по территориальному признаку – локальные сети (ЛВС, или LAN), городские сети (MAN), корпоративные сети (Интранет), глобальные сети.
Оборудование компьютерных сетей – линии связи, приемопередатчики (трансиверы), концентраторы (хаб), коммутаторы, маршрутизаторы. Линии связи – коаксиальный кабель и «витая пара» («медные кабели»), оптоволокно (многомодовые и одномодовые волоконно-оптические кабели). Радиосвязь в УКВ диапазоне. Наземная беспроводная связь. Стандарты 802.11 (Wi-Fi) и 802.16 (WiMAX), их назначение и области применения. Спутниковая связь (геостационарные спутники и система низкоорбитальных спутников). Сети 3G и 4G.
Пропускная способность (бит/сек) линий связи. Сравнительные характеристики различных линий связи.
Организация простой и иерархической локальной сети Ethernet.
Всемирная глобальная компьютерная информационная сеть Internet. Организация сети и ее особенности. Узлы сети («хребет» Интернета). Функции провайдеров (поставщиков услуг Интернета). Протокол TCP/IP и его назначение. Адресация компьютеров в сети. Доменная организация адресации. Символьное имя и двоичный IP-адрес. Программы-браузеры (Internet Explorer и др.). Справочные и поисковые системы (Yandex, Google и др.). Электронная почта (E-mail) и сервис бесплатного предоставления электронных адресов и почтовых ящиков (mail.ru, rambler.ru и др.). Web-страницы (сайты). Сервис бесплатного предоставления Web-страниц (narod.ru). Социальные сети. Язык разработки сайтов HTML. Теги языка HTML.
Основные области применения компьютеров. Основные тенденции развития программного обеспечения и компьютерных технологий.
|
|
|
