3

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

__________________________________________________________________________

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(технический университет)»

___________________________________________________________________________

Кафедра системного анализа и информационных технологий

В.И. Халимон, В.Н. Чепикова, А.Ю. Рогов, О.В. Проститенко,

Г.А.Мамаева

ИНФОРМАТИКА

Учебное пособие

Санкт - Петербург

2017

4

УДК 681.3.06 ББК 32.97я73

И74

Халимон В.И., Информатика: учебное пособие / В.И. Халимон, В.Н.

Чепикова, А.Ю. Рогов, О.В. Проститенко, Г.А.Мамаева – С-Пб.: СПбГТИ(ТУ),

2017. – 211 с.

123 рис., 23 табл., библиогр. 7 назв.

Учебное пособие составлено в соответствии с программой курса

«Информатика». Пособие соответствует дисциплине «Информатика» для

бакалавров по направлениям подготовки 04.00.00 «Химия», 08.00.00.

«Строительство», 15.00.00 «Машиностроение», 18.00.00 «Химические

технологии», 19.00.00. «Промышленная экология и биотехнологии», 20.00.00

«Техносферная безопасность и природоустройство», 22.00.00 «Металлургия,

Машиностроение и металлообработка».

Составлено в соответствии с требованиями Федерального

государственного образовательного стандарта высшего профессионального

образования (ФГОС ВПО); позволяют приобрести необходимые учащимся

общепрофессиональные и профессиональные компетенции (ОПК-4,6, ПК-11).

Предназначено для студентов первого курса очной формы обучения.

Издание подготовлено в рамках выполнения государственного задания

по оказанию образовательных услуг Минобрнауки России

Утверждено на заседании учебно-методической комиссии факультета

информационных технологий и управления 12 мая 2016 г.

Рекомендовано к изданию РИС СПбГТИ(ТУ)

© Халимон В.И., Чепикова В.Н., Рогов А.Ю., Проститенко О.В., Мамаева Г.А.

Рецензенты: 1. Санкт-Петербургский государственный архитектурно-

строительный университет, С.Н. Никифоров, д-р техн.

наук, профессор кафедры информационных

технологий

2. Д.А. Смирнова, к.т.н., доцент кафедры

ресурсосберегающих технологий, СПбТИ(ТУ)

5

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................................................... 8

1 ИНФОРМАТИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ........................................................................................ 10

1.1 Понятие информатики и информации (классификация информации) ..................................................... 10 1.2 Классификация научно-технической информации ....................................................................................... 12 1.3 Данные ............................................................................................................................................................... 13

1.3.1 Кодирование данных двоичным кодом ................................................................................................. 14 1.3.2 Единицы представления данных ............................................................................................................. 14 1.3.3 Единицы измерения данных .................................................................................................................... 14 1.3.4 Единицы хранения данных ...................................................................................................................... 15 1.3.5 Основные структуры данных .................................................................................................................... 15 1.3.6 Файловая структура................................................................................................................................... 16

1.4 Адекватность и мера информации ............................................................................................................... 16 1.5 Информационные системы ........................................................................................................................... 20 1.6 Информационные процессы и технологии ................................................................................................... 21

2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ ................................................................................................. 24

2.1 Системы счисления .......................................................................................................................................... 24 2.2 Логические (Булевы) функции.......................................................................................................................... 29 2.3 Теория графов ................................................................................................................................................... 36

2.3.1 Понятие графа ........................................................................................................................................... 36 2.3.2 Изолированные компоненты ................................................................................................................... 41 2.3.3 Способы представления графа ................................................................................................................ 42 2.3.4 Точки сочленения ...................................................................................................................................... 46 2.3.5 Маршруты, пути и циклы .......................................................................................................................... 47

3 ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ .................................................. 49

3.1 Техническая реализация символов и операций над ними ............................................................................ 49 3.2 Архитектура ЭВМ............................................................................................................................................ 52 3.3 Классификация ЭВМ ......................................................................................................................................... 59 3.4 Структурная схема и устройства персонального компьютера .............................................................. 61 3.5 Компьютерные сети ....................................................................................................................................... 64 3.6 Основы создания HTML страниц .................................................................................................................... 78

4 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ .............................................................................................. 85

4.1 Классификация программного обеспечения ЭВМ ......................................................................................... 85 4.2 Операционная система ................................................................................................................................... 87 4.3 Создание программного обеспечения для ЭВМ. ........................................................................................... 90 4.4 Защита информации ....................................................................................................................................... 92

5 ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РЕШЕНИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ ........................................................................ 95

6 АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ЗАДАЧ ............................................................................................................................... 97

6.1 Основные свойства алгоритма ..................................................................................................................... 97 6.2 Структура алгоритмов .................................................................................................................................. 99

7 СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ. МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ПАКЕТ MATHCAD ............................................................................................................................................................ 101

7.1 Основные характеристики MathCAD .......................................................................................................... 102 7.2 Интерфейс пользователя ............................................................................................................................. 104 7.3 Простейшие приемы работы с MathCAD .................................................................................................... 106

7.3.1 Алфавит MathCAD и основные конструкции ........................................................................................ 106

6

7.3.2 Данные ..................................................................................................................................................... 106 7.3.3 Операторы ............................................................................................................................................... 107 7.3.4 Функции ................................................................................................................................................... 108 7.3.5 Математические выражения ................................................................................................................. 109 7.3.6 Определение переменных ..................................................................................................................... 110 7.3.7 Определение функции пользователя .................................................................................................... 112 7.3.8 Построение графиков ............................................................................................................................. 113 7.3.9 Ранжированные переменные ................................................................................................................ 117 7.3.10 Символьные вычисления ..................................................................................................................... 118

7.4 Матрицы и матричные вычисления ........................................................................................................... 121 7.5 Решение нелинейных уравнений ................................................................................................................... 125 7.6 Программирование ........................................................................................................................................ 126

7.6.1 Создание программы (Add Line) ............................................................................................................ 128 7.6.2 Локальное присваивание (←) ................................................................................................................ 128 7.6.3 Операторы if и otherwise ........................................................................................................................ 129 7.6.4 Операторы цикла (for, while, break, continue) ...................................................................................... 130 7.6.5 Возврат значения (return) ....................................................................................................................... 131 7.6.6 Перехват ошибок (on error) .................................................................................................................... 132 7.6.7 Пример программирования ................................................................................................................... 133

8 ЭЛЕКТРОННЫЕ ТАБЛИЦЫ MS EXCEL ............................................................................................................... 135

8.1 Основы работы в среде MS Excel .................................................................................................................. 135 8.1.1 Общие сведения об Excel ....................................................................................................................... 135 8.1.2 Окно приложения Microsoft Excel .......................................................................................................... 136 8.1.3 Основные понятия электронных таблиц ............................................................................................... 137 8.1.4 Ввод и форматирование данных ........................................................................................................... 137 8.1.5 Использование формул .......................................................................................................................... 138 8.1.6 Ссылки в Excel .......................................................................................................................................... 139 8.1.7. Знаки операций в формулах ................................................................................................................. 140 8.1.8 Копирование формул .............................................................................................................................. 140

8.2 Использование функций Excel в формулах ................................................................................................... 141 8.2.1 Математические функции ...................................................................................................................... 143 8.2.2 Статистические функции ......................................................................................................................... 144 8.2.3 Логические функции ............................................................................................................................... 144

8.3 Создание и обработка электронных таблиц ............................................................................................ 145 8.4 Работа с массивами....................................................................................................................................... 145

8.4.1 Правила ввода формул массива ............................................................................................................ 146 8.4.2 Одномерные массивы ............................................................................................................................ 146 8.4.3 Двумерные массивы ............................................................................................................................... 147

8.5 Построение диаграмм ................................................................................................................................... 147 8.6 Подбор параметра ........................................................................................................................................ 151

9 VISUAL BASIC FOR APPLICATIONS ..................................................................................................................... 152

9.1 Основные объекты VBA ................................................................................................................................. 153 9.2 Свойства и методы объектов Worksheet, Range ....................................................................................... 155 9.3 Создание функций пользователя в среде VBA ............................................................................................ 157 9.4 Создание VBA-проекта .................................................................................................................................. 160 9.5 Пользовательская форма UserForm ............................................................................................................. 165

10 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ MS ACCSESS .............................................................................. 171

10.1 Создание базы данных ................................................................................................................................. 171 10.1.1 Основные понятия................................................................................................................................. 171 10.1.2 Реляционная модель данных ............................................................................................................... 171 10.1.3. Нормализация отношений .................................................................................................................. 173 10.1.4 Проектирование базы данных ............................................................................................................. 174

10.2 Среда ACCESS ................................................................................................................................................. 176 10.2.1 Загрузка .................................................................................................................................................. 176 10.2.2 Интерфейс ACCESS ................................................................................................................................. 177

7

10.2.3 Объекты базы данных ACCESS .............................................................................................................. 177 10.3 Таблицы ......................................................................................................................................................... 178

10.3.1 Типы данных .......................................................................................................................................... 178 10.3.2 Структура базы данных ......................................................................................................................... 179 10.3.3 Создание таблиц ................................................................................................................................... 180 10.3.4 Установление связей между таблицами ............................................................................................. 182 10.3.5 Сортировка и фильтрация записей ...................................................................................................... 184

10.4 Запросы .......................................................................................................................................................... 187 10.4.1 Создание простого запроса с помощью мастера ............................................................................... 187 10.4.2 Конструктор запросов ........................................................................................................................... 189 10.4.3 Запросы с подведением итогов по записям ....................................................................................... 189 10.4.4 Запросы с вычисляемым полем ........................................................................................................... 191 10.4.5 Запросы с параметрами........................................................................................................................ 192 10.4.6 Перекрестные запросы ......................................................................................................................... 194 10.4.7 Запросы на изменение данных ............................................................................................................ 195

10.5 Формы ............................................................................................................................................................ 198 10.5.1 Создание формы ................................................................................................................................... 198 10.5.2 Мастер форм ......................................................................................................................................... 199 10.5.3 Модификация форм в режиме конструктора ..................................................................................... 199 10.5.4 Подчиненные формы ............................................................................................................................ 202

10.6 Отчеты ......................................................................................................................................................... 203 10.6.1 Мастер создания отчетов ..................................................................................................................... 204 10.6.2 Работа в конструкторе отчетов ............................................................................................................ 205

10.7 Макросы ........................................................................................................................................................ 208 10.7.1 Создание макроса ................................................................................................................................. 208 10.7.2 Запуск макроса ...................................................................................................................................... 209

ЛИТЕРАТУРА ....................................................................................................................................................... 211

8

ВВЕДЕНИЕ

Исследователь XXI века должен обладать обширными знаниями в

области информатики, иметь практические навыки по использованию

современной вычислительной техники, систем связи и передачи информации,

знать основы и перспективы развития новых информационных технологий,

уметь оценивать информационные ресурсы для принятия оптимальных

решений. Вместе с тем необходимо учитывать, что неотъемлемой частью

профессиональной деятельности современного специалиста химика-

технолога является его взаимодействие со специалистами в области

компьютерных технологий. В этом плане важными факторами

эффективности их взаимодействия является владение специалистами

химиками-технологами основной терминологией компьютерной сферы

деятельности, понимание реальных возможностей и особенностей

компьютерных технологий, знание тенденций их развития и

совершенствования, умение четко формулировать свои требования как

пользователей к подобным компьютерным системам.

Учебное пособие «Информатика» предназначено для подготовки

бакалавров, магистров и дипломированных специалистов по направлениям

подготовки «Химия», «Химическая технология», «Биотехнология»,

«Материаловедение и технология новых материалов», «Защита окружающей

среды»

Целью данного учебного пособия является ознакомление учащихся с

современными информационными технологиями и тенденциями их развития,

проведению анализа данных экспериментальных исследований, применению

современных информационных технологий в профессиональной деятельности

и, кроме того, оно является базовым для всех дисциплин, использующих

автоматизированные методы анализа и расчетов, и так или иначе

использующих компьютерную технику.

Важной проблемой, решаемой авторами учебного пособия является

направленность книги на использование еѐ результатов в конкретных

дисциплинах. Абсолютное большинство книг по информатике универсально и

рассчитано на подготовку студента именно по информатике, считая, что

адаптацию к различным дисциплинам слушатели должны получать на

соответствующих кафедрах. Авторы исходили из того, что в большинстве

химико-технологических вузов РФ, информатику преподают на младших

курсах. Поэтому многие примеры в книге взяты из читаемых на младших

курсах дисциплин – физики, математики, общей, неорганической и

физической химии.

Другой важной особенностью учебного пособия является ориентация на

уровень подготовки студента. Авторы исходили из того факта, что в

настоящее время большинство школьников знакомо с компьютером, и в той

или иной степени освоили основы компьютерных технологий в соответствии

со стандартом школьной программы. Поэтому, главы, связанные с описанием

9

аппаратных средств, стандартных программных средств изложены достаточно

сжато.

Предлагаемое учебное пособие делится на 3 части.

1-ая часть содержит 5 глав, является инвариантной к направлениям

подготовки и включает три раздела стандартной программы. При этом авторы

постарались изложить каждый раздел более сжато, но и более глубоко, чем

это сделано в школьной программе. В 1-ой главе даны общие теоретические

основы информации. Здесь рассмотрены такие общие понятия, как принципы

представления информации в компьютерах, аналого-цифровое преобразование

информации, представление информации по Шеннону. Во 2-ой главе

рассмотрены математические основы информатики: системы счисления,

логические функции, основы теории графов. В 3-ей, 4-той и 5-той главах

рассмотрены технические средства реализации информационных процессов,

основные этапы решения научно-технических задач и принципы разработки

алгоритмов, при этом даются основные требования к алгоритмам,

операционный и структурный подходы к алгоритмам и программам.

Вторая часть посвящена средствам автоматизации научно-

исследовательских работ. В 7-ой главе даются основные сведения о

математическом пакете MATHCAD и его применении для выполнения

различных расчетов в научных исследованиях.

Третья часть учебного пособия тесно связана с подготовкой бакалавров

по химико-технологическим направлениям подготовки и содержит 3 главы. В

8-ой главе даются основные сведения об электронных таблицах MS Excel и их

применении для выполнения различных расчетов в химии. В 9-ой главе

рассматриваются вопросы разработки программ в среде MS Office. За основу

взята среда программирования Visual Basic for Application. В 10-ой главе

даются необходимые знания по теоретическим основам и проектированию баз

данных в среде MS Access.

Все материалы, представленные в учебном пособии, соответствует

Государственному образовательному стандарту дисциплины «Информатика».

10

1 ИНФОРМАТИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

1.1 Понятие информатики и информации (классификация

информации)

Термин «информатика» возник в начале 60-х годов ХХ века во

Франции для выделения области знаний, связанной с автоматизированной

обработкой информации с помощью электронно-вычислительных машин.

Наиболее общепринятое определение понятия «информатика»:

Информатика - это научная и прикладная область знаний,

изучающая законы, методы и способы накопления, обработки и передачи

информации с помощью компьютерных и других технических средств.

Информатику можно рассматривать как науку и как технологию.

Информатика как наука объединяет группу дисциплин,

занимающихся изучением информации, а также применением

алгоритмических, математических и программных средств для ее обработки с

помощью компьютеров.

Информатика как технология (информационная технология)

включает в себя совокупность средств и методов обработки информации.

Основными чертами современной информационной технологии

являются:

- дружественный к человеку программный и аппаратный

интерфейс;

- интерактивный (диалоговый) режим решения задач;

- сквозная информационная поддержка всех этапов решения задачи

на основе интегрированной базы данных;

- возможность коллективного решения задач на основе

информационных сетей и систем телекоммуникаций;

- безбумажная технология, при которой основным носителем

информации является не бумажный, а электронный документ.

Основополагающим понятием в информатике является понятие

«информации».

Информация - это сведения об объектах и явлениях окружающей

среды, их параметрах, свойствах и состояниях, которые уменьшают

имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.

В данном определении подчеркивается, что информатика

рассматривает информацию как связанные между собой сведения,

изменяющие наши знания (представления) о явлении или объекте

окружающего мира. (ИНЖЕК).

Специфика знаний трактуемых как информация такова, что они (знания)

не зависят от формы их представления, что зафиксировано в определении

понятия информации заданным в Федеральном законе «Об информации,

11

информационных технологиях и защите информации» от 27 июля 2006 г.

№149-Ф3.

Информация - это сведения независимо от формы их

представления.

Описание предметной области первоначально дается на естественном

языке. Язык характеризуется набором знаков (знаковая система). Знаки

представляют собой разновидность символов.

Символы - это множество отличимых друг от друга и легко

воспроизводимых материальных объектов («вещей»), которые

используются для обозначения других объектов или явлений (эти явления, в

отличие от символов, называются денотат). Разумеется, все они могут

отражаться в нашем сознании в виде свойств этих объектов. Само это

отражение называется концепт.

Именно тройка (отношения между денотатом, символом и концептом)

и формирует то, что, мы называем понятием (так называемый треугольник

Фреге). Символы, в свою очередь, подразделяются на иконы, иероглифы

(«рисунки» графически похожие на явление, которое они представляют),

индексы и знаки («объекты-рисунки», которые совсем не похожи на те

объекты, которые они представляют и они выбираются согласно всеобщим

соглашениям между людьми.

Для описания последовательности действий над совокупностью

символов требуется последовательность инструкций. Последовательность

инструкций представляет собой особый язык. Языки, построенные на основе

формализации, получили название формальных языков.

Такие языки, обеспечивающие предельную конкретность в описании

окружающего нас мира и действий в нем, нашли широкое применение в

естественных науках и в технике. В частности именно формальные языки

послужили основой при создании компьютеров, систем связи и управления.

Компьютерные программы, которые составляют неотъемлемую часть ЭВМ

написаны на специализированных формальных языках. Язык математики

также относится к формальным языкам.

Таким образом:

1. В качестве элементов информации могут выступать логически

неделимые структуры языка – символы или их объединения в виде

суждений.

2. Формы представления информации в нашем сознании могут быть

различны. Основными из них являются: символьная (основана на

использовании различных символов), и ее разновидности текстовая (текст -

это символы, знаки, расположенные в определенном порядке), графическая

(различные виды рисунков или изображений), звуковая, тактильная.

Компьютер это техническое устройство, предназначенное для

манипуляции с символами, которые с одной стороны являются

естественными явлениями (электрические импульсы), а с другой стороны

они являются элементами формального языка. Очень важно, что этот

формальный язык согласован с конструкцией данного устройства. Здесь

12

следует особо отметить, что явление «информации» представленное в виде

фрагментов формального языка готово для манипуляции с помощью

компьютеров. Поэтому явление информации, преобразованное во фрагменты

формального языка, готовые для обработки в компьютере, получило

специальное название (термин) – данные.

В повседневной практике, в обыденном сознании, однако, такие понятия,

как информация, сообщения, сведения и данные, часто рассматриваются как

синонимы, что и является источником бесконечных недоразумений. На самом

деле между ними имеются принципиальные различия.

Данные - это информация, представленная в виде удобном для

обработки на компьютере (на электронно-вычислительной машине –

ЭВМ).

Более строго - данные в информатике это совокупность символов,

соглашений и правил, используемых для общения, отображения, передачи

информации в электронном виде.

1.2 Классификация научно-технической информации

Один и тот же объект может быть классифицирован по разным признакам

или критериям. Рассмотрим пять наиболее общих признаков

классификации научно-технической информации.

По времени возникновения (априорная, апостериорная);

По месту возникновения (входная, выходная, внутренняя, внешняя)

По стадиям образования (первичная, вторичная, промежуточная,

результатная)

По способу представления данных (текстовая, графическая,

звуковая)

По стабильности (переменная, постоянная).

1 По времени возникновения информация делится на априорную и

апостериорную.

Априорная информация – информация, имеющаяся до проведения

эксперимента.

Апостериорная информация – информация, полученная после

проведения эксперимента.

2 По месту возникновения информация делится на входную, выходную,

внутреннюю и внешнюю.

Входная информация – данные, вводимые в систему для обработки

и хранения.

Выходная информация – данные, поступающие из системы (данные,

поступающие из ЭВМ на устройство вывода).

Внутренняя информация – информация, возникающая внутри

системы.

13

Внешняя информация – информация, возникающая за пределами

системы.

3 По стадиям образования. Информация может быть первичной,

вторичной, промежуточной, результатной.

Первичная информация – это информация, которая возникает

непосредственно в процессе деятельности объекта и регистрируется на

начальной стадии.

Вторичная информация - это информация, которая получается в

результате обработки первичной информации и может быть

промежуточной и результатной.

Промежуточная информация используется в качестве исходных

данных для последующих расчетов.

Результатная информация получается в процессе обработки

первичной и промежуточной информации и используется для принятия

решений.

4 По способу представления данных информация подразделяется на

текстовую, графическую и звуковую.

Текстовая информация – это совокупность алфавитных, цифровых

и специальных символов, с помощью которых информация

представляется на физическом носителе (бумага, изображение на

экране дисплея).

Графическая информация – это различного рода графики,

диаграммы, схемы, рисунки и т.д.

Звуковая информация — это информация, передаваемая звуковыми

символами на звуковом носителе (компакт-диски, магнитные ленты).

5 По стабильности информация может быть переменной (текущей) и

постоянной (условно-постоянной).

Текущая информация – информация о текущих событиях, т.е.

событиях, происходящих примерно одновременно с получением этой

информации.

Постоянная информация – неизменная и многократно

используемая в течение длительного времени информация.

Постоянная справочная информация включает описание постоянных

свойств системы в виде устойчивых длительное время признаков.

1.3 Данные

Данные - это информация, представленная в формализованном виде и

предназначенная для обработки ее техническими средствами, например,

компьютером.

14

1.3.1 Кодирование данных двоичным кодом

Для представления данных в вычислительной технике используется

двоичное кодирование, которое основано на представлении данных

последовательностью двух знаков: 0 и 1. Эти знаки называются двоичными

цифрами, по-английски - binary digit или сокращенно bit (бит).

Кодирование чисел двоичным кодом осуществляется переводом чисел из

десятичной системы счисления в двоичную. С помощью двоичного кода

можно кодировать и текстовую информацию, для этого нужно поставить в

соответствие каждому символу определенное целое число. В настоящее время

нет единой таблицы кодирования текстовых данных. Институт

стандартизации США ввел систему кодирования ASCII (стандартный код

информационного обмена США). В СССР действовала система кодирования

КОИ-7 (код обмена информацией, семизначный). В России сейчас

используются ASCII, КОИ-8, а также еще три кодировки.

1.3.2 Единицы представления данных

Наименьшей единицей представления двоичного кода является бит

(двоичный разряд), группа из 8 взаимосвязанных битов называется байтом.

Во многих случаях целесообразно использовать не восьмиразрядное

кодирование, а 16-разрядное, 24-разрядное, 32-разрядное и более. Целое число

байтов, которое отображается, как единое целое называется машинным

словом. Современные компьютеры имеют машинные слова, состоящие 4-х

байтов. Разрабатываются компьютеры, у которых машинные слова будут

иметь 8 байтов.

1.3.3 Единицы измерения данных

Наименьшей единицей измерения данных является байт. Одним байтом,

как правило, кодируется один символ текстовой информации, например,

буква.

Сравнительно небольшие объемы данных измеряют в килобайтах (одна

страница машинописного текста составляет примерно 2 килобайта).

1Килобайт (Кбайт) = 1024 байт (210

)

Более крупные единицы измерения:

1 Мбайт (мегабайт)=1024Кбайт

1 Гбайт (гигабайт)=1024 Мбайт

1 Тбайт (терабайт)= 1024 Гбайт.

15

1.3.4 Единицы хранения данных

В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины,

называемый файлом. Файл - это последовательность произвольного числа

байтов, обладающая уникальным собственным именем. Обычно в отдельном

файле хранятся данные, относящиеся к одному типу. В этом случае тип

данных определяет тип файла. Имя файла фактически несет в себе адресные

данные, без которых невозможен доступ к данным, хранящимся в файле.

Имя файла может быть полным и неполным. Полное (составное) имя

файла состоит из двух частей: имени файла и расширения. Расширение,

называемое также типом файла, может отсутствовать, в этом случае имя

файла является неполным. Имя файла отделяется от расширения символом

точка (.).

Понятие файла применяется в основном к данным, хранящимся на дисках, и

поэтому файлы обычно отождествляют с участками памяти на этих носителях

информации. Файл - это именованная совокупность данных,

представленных на машинном носителе информации.

Данные, хранящиеся в файлах, - это программы на алгоритмическом

или машинном языке, исходные данные для работы программ или результаты

выполнения программ, литературные и технические тексты, закодированные

изображения и т. д.

1.3.5 Основные структуры данных

Работа с большими наборами данных автоматизируется проще, если

данные упорядочены. Существует три основных типа структур данных:

линейная, иерархическая и табличная.

Линейная структура данных (списки) - это упорядоченные структуры, в

которых адрес элемента однозначно определяется его номером. К таким

структурам относятся, например, список студентов группы, в котором все

студенты группы зарегистрированы под своими уникальными номерами.

Табличные структуры данных (матрицы) - это упорядоченные

структуры, в которых адрес элемента определяется номером строки и номером

столбца, на пересечении которых находится ячейка, содержащая искомый

элемент.

В иерархической структуре адрес каждого элемента определяется путем

доступа (маршрутом), ведущим от вершины структуры к данному элементу.

Например, путь доступа к команде, запускающей программу Калькулятор

(стандартная программа компьютеров, работающих в системе Windows 98),

имеет следующий вид:

Пуск ►Программы ►Стандартные ►Калькулятор.

16

1.3.6 Файловая структура

При хранении данных решаются две проблемы: как сохранить данные в

наиболее компактном виде и как обеспечить к ним удобный и быстрый

доступ.

Хранение файлов организуется в иерархической структуре, которая в

этом случае называется файловой структурой. Файловая система включает в

себя, помимо самих файлов, правила образования имен файлов и способов

обращения к ним, иерархическую систему оглавления файлов и структуру

хранения файлов на дисках. Файл имеет имя и атрибуты и характеризуется

размером в байтах, датой и временем его создания или последнего изменения.

В качестве вершины файловой структуры служит имя носителя, на

котором сохраняются файлы. Далее файлы группируются в каталоги (папки),

внутри которых могут быть созданы вложенные каталоги (папки). Путь

доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена

каталогов (папок), через которые проходит. В качестве разделителя

используется символ "\".

Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем файла

считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему.

Пример записи полного имени файла:

< имя носителя>\<имя каталога-1>\…\<имя каталога-N>\<собственное имя файла> Пример:

с:\курс_1\гр_274\текст1.doc .

1.4 Адекватность и мера информации

Одной из важнейших характеристик информации является ее адекватность.

Адекватность информации - это уровень соответствия образа,

создаваемого в сознании с помощью информации, реальному объекту,

процессу, явлению. От степени адекватности информации зависит

правильность принятия решения человеком.

Адекватность информации может выражаться в трех формах:

синтаксической, семантической и прагматической.

Синтаксическая адекватность отображает формально-структурные

характеристики информации (структура информации), не затрагивая ее

глубокого семантического (смыслового) содержания.

На синтаксическом уровне учитываются физический и

математический способ описания такого явления как информация

(физический тип носителя и физический способ представления информации,

скорость ее передачи и обработки, размеры кодов представления информации,

надежность и точность преобразования этих кодов и т.д.). Здесь уточняется

система представления информации в виде символов или знаков.

17

Информацию, рассматриваемую с таких позиций, обычно определяют как

сообщения, если ее надо передать на большие расстояния, или как данные,

если с ней необходимо осуществлять манипуляции на компьютере.

Поскольку возможны различные формы представления символьной

информации, то существуют специальные алгоритмы ее преобразования из

одной знаковой системы в другую. Такие преобразования получили название

кодирование. Результат преобразования называется кодом. Обратные

операции называются декодированием.

Если предполагается транспортировка сообщений и данных на

большие расстояния, то для этого используется специальное физическое

преобразование сообщения в другую физическую форму, более удобную для

транспортировки на большие расстояния, которая может быть более удобна

для перемещения на большие расстояния. (Например, в виде импульсов тока

или электромагнитных волн - она называется сигналом). Процедура такого

преобразования получила название модуляции. Обратная операция получила

название демодуляция или детектирование. Устройства, выполняющие обе

эти операции, называются модемами.

Семантическая адекватность определяет степень соответствия образа

объекта в сознании самому объекту. Здесь учитывается смысловое

содержание информации. На этом уровне человеком анализируются сведения,

отражаемые информацией, рассматриваются смысловые связи.

Прагматическая адекватность отражает соответствие информации

цели управления, реализуемой на ее основе. На этом уровне анализируются

потребительские свойства информации, связанные с практическим

использованием информации, с соответствием ее целевой функции

деятельности системы.

Каждой форме адекватности соответствует своя мера количества

информации.

Синтаксическая мера информации. Определить понятие ―количество

информации‖ довольно сложно. В решении этой проблемы существуют два

основных подхода: вероятностный и "объемный". Исторически они возникли

почти одновременно. В конце 40-х годов XX века один из основоположников

кибернетики американский математик Клод Шеннон развил вероятностный

подход к измерению количества информации, а работы по созданию ЭВМ

привели к ―объемному‖ подходу.

Получение информации о какой-либо системе всегда связано с

изменением степени неопределенности (неосведомленности о состоянии этой

системы). Количество информации - это числовая характеристика, которая

отражает ту степень неопределенности (неполноту знаний), которая исчезает

после получения информации (сообщения). Эту меру неопределенности в

теории информации называют энтропией.

Пусть до получения информации потребитель имеет некоторые

предварительные сведения о системе α. Мерой его неосведомленности о

системе (мерой неопределенности состояния системы) является функция Η(α).

После получения сообщения β была получена дополнительная информация

18

Iβ(α), которая уменьшила неопределенность о состоянии системы.

Неопределенность о состоянии системы стала равной Hβ(α). Количество

информации Iβ(α) о системе, полученной в сообщении β, определяется по

формуле:

Iβ(α) = H(α) - Hβ(α).

Если в результате получения сообщения достигается полная ясность о

состоянии системы, то полученная информация является исчерпывающей, и

нет необходимости в получении дополнительной информации. Если же после

получения сообщения неопределенность осталась прежней, то была получена

нулевая информация.

К. Шеннон, основатель теории информации, предложил формулу для

вычисления количества информации в случае различных вероятностей

событий:

N

i

ii pp1

2logI ,

где I – количество информации,

N – количество возможных событий,

pi – вероятность i-го события.

Для количественной меры в символьном представлении данных

используется количественная характеристика (физическая или математическая

величина) называемая объем данных в сообщении. Объем данных в

сообщении измеряется количеством символов в этом сообщении (рис. 1.1).

Сообщение состоит из последовательности символов. Число символов

в сообщении конечно и равно n. Здесь говорят о длине сообщения или

объеме данных в сообщении. Символы могут быть разного типа. Число

типов символов обозначается как m. Полный набор типов символов

называется алфавитом сообщения.

Итак - объем данных Vд – в сообщении измеряется количеством

символов (разрядов) n в этом сообщении. В различных системах счисления

один разряд имеет различный вес и соответственно меняется единица

измерения данных.

Если источник сообщения имеет алфавит размером m, а число

возможных символов в сообщении равно n, то число возможных

оригинальных сообщений будет равно: M=mn .

Примером сообщения является текст. Любой текст состоит из

конечного числа символов (букв). Полный набор букв называется алфавитом.

Отметим, что от символов букв легко перейти к числам. Этот процесс и

называется кодированием. Еще раз подчеркнем, что при кодировании

происходит преобразование букв в соответствующие числа (кодовые

символы). Сами числа могут задаваться в разных системах счисления.

Естественно, что одно и то же количество разрядов в разных системах

счисления может передать разное число состояний отображаемого объекта,

что можно представить в виде соотношения

19

M=mn,

где M – число всевозможных отображаемых состояний;

m – основание системы счисления (разнообразие символов,

применяемых в алфавите), n – число разрядов (символов) в сообщении.

Если m =2, то это двоичная система счисления. Именно эта система

счисления и является основной для архитектуры ЭВМ. Поэтому в

современных ЭВМ минимальной единицей измерения данных является бит -

один двоичный разряд. Широко используются также более крупные единицы

измерения: байт, равный 8 битам; килобайт, равный 1024 байтам; мегабайт,

равный 1024 килобайтам и т.д.

Рисунок 1 - Меры информации

Семантическая мера информации используется для измерения

смыслового содержания информации. В семиотике наибольшее

распространение здесь получила тезаурусная мера, связывающая

семантические свойства информации со способностью пользователя

понимать поступившее сообщение.

Понятие тезаурус имеет много сходных определений и далее

представлены два из них наиболее близкие к информационным технологиям.

Тезаурус (от греч. thesauros — запас) — словарь, представляющий всю

терминологию определенной отрасли знания, систематизированную по

определенному принципу.

Тезаурус [thesaurus] — свод знаков, терминов, кодов и отношений

между ними, которые используются в процессе обмена сведениями,

сообщениями. Чтобы содержание сообщения было понятно, оно должно

содержать элементы, соответствующие Т.

Мера информации

Семантическая

мера

Синтаксическая

мера

Прагматическая

мера

Объем данных Vд.

Количество информации:

I ( )= H () – H()

H() – энтропия

H()–апостериорная

неопределѐнность

состояния системы .

Количество информации

I c== CVд

Где С – коэффициент

содержательности

(может быть ценность

информации)

20

Максимальное количество семантической информации потребитель

получает при согласовании ее смыслового содержания со своим тезаурусом,

когда поступающая информация понятна пользователю и несет ему ранее

неизвестные сведения. С семантической мерой количества информации связан

коэффициент содержательности, определяемый как отношение количества

семантической информации к общему объему данных.

I c== CVд

Относительной мерой количества семантической информации может

служить коэффициент содержательности С.

Прагматическая мера информации определяет ее полезность,

ценность для процесса управления. Обычно ценность информации измеряется

в тех же единицах, что и целевая функция управления системой.

1.5 Информационные системы

Под системой понимают любой объект, который одновременно

рассматривается и как единое целое, и как объединенная в интересах

достижения поставленных целей совокупность разнородных объектов.

Информационная система – взаимосвязанная совокупность средств,

методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи

информации в интересах достижения поставленной цели.

Структура информационной системы

Информационную систему любого назначения, можно представить

состоящей из следующих блоков:

- ввод информации из внешних или внутренних источников;

- обработка входной информации и представление ее в удобном виде. В

результате этого процесса из исходных данных получаются

результирующие данные, ради которых и создаются информационные

системы.

- вывод информации для представления пользователю или передачи в

другую систему;

- обратная связь – это информация, переработанная для коррекции входной

информации.

Информационные системы также классифицируются:

- по функциональному назначению: производственные, коммерческие,

финансовые, маркетинговые и др.;

- по объектам управления: информационные системы

автоматизированного проектирования, управления технологическими

процессами, управления предприятием (офисом, фирмой, корпорацией,

организацией) и т. п.;

21

- по характеру использования результатной информации:

информационно-поисковые, предназначенные для сбора, хранения и

выдачи информации по запросу пользователя;

информационно-советующие, предлагающие пользователю

определенные рекомендации для принятия решений (системы поддержки

принятия решений);

информационно-управляющие, результатная информация которых

непосредственно участвует в формировании управляющих воздействий.

Структуру информационных систем составляет совокупность отдельных

ее частей, называемых подсистемами.

Состав функциональных подсистем весьма разнообразен и зависит от

предметной области использования информационной системы.

В состав подсистем обычно входят:

Информационное обеспечение - методы и средства построения

информационной базы системы, включающее системы классификации и

кодирования информации, унифицированные системы документов, схемы

информационных потоков, принципы и методы создания баз данных.

Техническое обеспечение - комплекс технических средств,

задействованных в технологическом процессе преобразования информации в

системе. В первую очередь это вычислительные машины, периферийное

оборудование, аппаратура и каналы передачи данных.

Программное обеспечение включает в себя совокупность программ,

необходимых для решения функциональных задач и программ, позволяющих

наиболее эффективно использовать вычислительную технику, обеспечивая

пользователям наибольшие удобства в работе.

Математическое обеспечение — совокупность математических

методов, моделей и алгоритмов обработки информации, используемых в

системе.

Лингвистическое обеспечение — совокупность языковых средств,

используемых в системе с целью повышения качества ее разработки и

облегчения общения человека с машиной.

1.6 Информационные процессы и технологии

К информационным процессам относятся сбор, обработка, хранение и

передача информации.

Сбор информации - деятельность субъекта, в ходе которой он получает

сведения об интересующем его объекте.

Обработка информации - это упорядоченный процесс ее преобразования в

соответствии с алгоритмом решения задачи.

Хранение информации. Бумага, магнитные ленты, диски.

Передача (обмен) информации - это процесс, в ходе которого источник

информации ее передает, а получатель принимает.

22

С появлением во второй половине 20 века электронных вычислительных

машин стало возможным перейти от запоминания и хранения информации к

переработке информации. ЭВМ положили начало компьютерной

технологии.

Технология (techno-мастерство + logos - учение) - это совокупность

знаний о способах и средствах проведения производственных процессов,

при которых происходит качественное изменение обрабатываемых

объектов.

Исторически термин "технология" возник в сфере материального

производства. Цель материальной технологии – выпуск продукции.

Цель информационной технологии – производство информации для ее

анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-

либо действия.

Информационную технологию можно считать технологией

использования программно-аппаратных средств вычислительной техники

в данной предметной области.

Информационная технология - это совокупность методов,

производственных процессов и программно-технических средств,

объединенных в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор,

обработку, хранение, распространение и отображение информации с

целью снижения трудоемкости процессов использования

информационного ресурса, а также повышения их надежности и

оперативности.

Информационные технологии характеризуются следующими основными

свойствами:

- предметом (объектом) обработки (процесса) являются данные;

- целью процесса является получение информации;

- средствами осуществления процесса являются программные, аппаратные

и программно-аппаратные вычислительные комплексы.

Внедрение персонального компьютера в информационную сферу и

применение телекоммуникационных средств связи определили новый этап

развития информационной технологии.

Новая информационная технология базируется на следующих

основных принципах:

1. интерактивный (диалоговый) режим работы с компьютером;

2. интегрированность с другими программными продуктами;

3. гибкость процесса изменения данных и постановок задач.

В качестве инструментария информационной технологии

используются распространенные виды программных продуктов: текстовые

данные

(сырье)

информация

(продукт)

информационная

технология

23

процессоры, издательские системы, электронные таблицы, системы

управления базами данных, электронные календари, информационные

системы функционального назначения.

Согласно с одной из многих классификаций, к основным видам

информационных технологий относятся следующие:

1) Информационная технология обработки данных предназначена

для решения хорошо структурированных задач, алгоритмы, решения которых

хорошо известны, и для решения которых имеют все необходимые входные

данные. Эта технология применяется на уровне исполнительской

деятельности персонала невысокой квалификации в целях автоматизации

некоторых рутинных постоянно повторяющихся операций управленческого

труда.

2) Информационная технология управления предназначена для

информационного обслуживания всех работников предприятий, связанных с

принятием управленческих решений. Здесь информация обычно

представляется в виде регулярных или специальных управленческих отчетов и

содержит сведения о прошлом, настоящем и возможном будущем

предприятия.

3) Информационная технология автоматизированного офиса призвана дополнить существующую систему связи персонала предприятия.

Автоматизация офиса предполагает организацию и поддержку

коммуникационных процессов как внутри фирмы, так и с внешней средой на

базе компьютерных сетей и других современных средств передачи и работы с

информацией.

4) Информационная технология поддержки принятия решений предназначена для выработки управленческого решения, происходящего в

результате итерационного процесса, в котором участвуют система поддержки

принятия решений (вычислительное звено и объект управления) и человек

(управляющее звено, задающее входные данные и оценивающее полученный

результат).

5) Информационная технология экспертных систем основана на

использовании искусственного интеллекта. Экспертные системы дают

возможность менеджерам получать консультации экспертов по любым

проблемам, о которых в этих системах накоплены знания.

24

2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ

2.1 Системы счисления

Описание предметной области первоначально дается на естественном

языке. Естественный язык характеризуется набором знаков (знаковая

система).

Напомним, что в процессе развития естественных языков сформировался

набор знаков определенного типа (алфавит). Из этих знаков определенного

типа формируются последовательности символов для определения любых

понятий описывающих любые явления окружающего мира.

Ряд явлений окружающего нас мира, которые носят количественный

характер, потребовал введения специального языка для описания понятия

числа. Язык чисел, как и обычный язык, имеет свой алфавит, состоящий из

специальных знаков получивших название цифр. Алфавит может содержать

любое заранее определенное число цифр. Так язык чисел, которым сейчас

пользуются практически на всем земном шаре, имеет алфавит, в котором

десять цифр, от 0 до 9. Этот язык (форма представления чисел) называется

десятичной системой счисления.

Система счисления – это знаковая система, в которой числа

записываются по определенным правилам с помощью символов

некоторого алфавита, называемых цифрами.

Все системы счисления делятся на две группы: непозиционные и

позиционные.

В непозиционных системах вес цифры (т.е. тот вклад, который она

вносит в значение числа) не зависит от ее позиции в записи числа. Из-за отсутствия зависимости веса цифры от ее позиции, непозиционная

система не находит применения в машинных расчетах. В позиционных системах счисления вес каждой цифры изменяется в

зависимости от ее позиции (разряда) в последовательности цифр,

изображающих число.

Так, в развернутой форме запись числа 888,8 в десятичной системе будет

выглядеть следующим образом:

888,810=8·102+8·10

1+8·10

0+8·10

-1 .

Как видно из примера, число в позиционных системах счисления

записывается в виде суммы числового ряда степеней основания (в данном

случае 10), в качестве коэффициентов которых выступают цифры данного

числа.

В общем случае в системе счисления с основанием p запись числа Аp

производится следующим образом:

Ap=an·pn+…+a0·p

0+a-1·p

-1+…+a-m·p

-m, (2.1)

25

где n+1 – число целых разрядов, m – число дробных разрядов,

коэффициенты ai являются цифрами, принадлежащими алфавиту системы

счисления с основанием p.

Теоретически за основание системы можно принять любое натуральное

число – два, три, четыре и т.д. Практически, наряду с десятичной

используются системы с основанием, являющимся целой степенью числа 2

(таблице 1)

Таблица 1 - Алфавиты различных систем счисления

Система счисления Основание Алфавит цифр

Десятичная 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Двоичная 2 0 1

Восьмеричная 8 0 1 2 3 4 5 6 7

Шестнадцатеричная 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

Перевод целых чисел из любой системы счисления в десятичную

Полная запись в виде выражения (2.1) позволяет перевести число в

любой системе счисления в десятичное, например,

2738=2·82+7·8

1+3·8

0 =18710

Перевод целых чисел из десятичной системы счисления

Для перевода целого десятичного числа N в систему счисления с

основанием p необходимо последовательно разделить N на p с остатком.

Первое неполное частное опять следует поделить на p с остатком и так далее,

пока не будет получено неполное частное меньше, чем основание. Первый

остаток будет соответствовать разряду единиц числа с основанием p, второй

остаток – следующему разряду и т.п. Последнее неполное частное будет

соответствовать старшему разряду числа с основанием p.

Например, переведем число 187 в восьмеричную систему.

187 : 8 = 23 (3 в остатке)

23 : 8 = 2 (7 в остатке)

2 : 8 =0 (2 в остатке, так как 2 < 8)

Получаем число в восьмеричной системе 2738

Системы счисления с основанием 2n

26

Такие системы счисления легко переводятся в двоичную систему

счисления и обратно. Через двоичную систему счисления их можно связать

друг с другом.

В таблице 2 представлены целые числа от 0 до 7 для десятичной,

двоичной и восьмеричной систем.

Таблица 2 - Связь двоичной и восьмеричной систем

p=10 0 1 2 3 4 5 6 7

p=2 000 001 010 011 100 101 110 111

p=8 0 1 2 3 4 5 6 7

Первые незначащие нули для двоичных чисел от 000 до 011 приведены

здесь для удобства пересчета чисел из восьмеричной системы в двоичную.

Например, для перевода числа 2138 в двоичную систему счисления следует

заменить каждый разряд восьмеричного числа триадой (тройкой) двоичных

чисел. Получим:

2138 = 0100010112

Первый незначащий ноль результата можно отбросить, то есть

2138 = 100010112

В таблице 3 представлены целые числа от 0 до 15 для десятичной,

двоичной и шестнадцатеричной систем.

Первые незначащие нули для двоичных чисел от 0000 до 0111

приведены здесь для удобства пересчета чисел из шестнадцатеричной

системы в двоичную.

Таблица 3 - Связь двоичной и шестнадцатеричной систем

p=10 0 1 2 3 4 5 6 7

p=2 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111

p=16 0 1 2 3 4 5 6 7

p=10 8 9 10 11 12 13 14 15

p=2 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

p=16 8 9 A B C D E F

27

Например, для перевода числа 72A16 или 72Ah (где h от hexadecimal –

шестнадцатеричная) в двоичную систему счисления следует заменить каждый

разряд шестнадцатеричного числа тетрадой (четверкой) двоичных чисел.

Получим:

72A16 = 0111001010102

Первый незначащий ноль слева можно отбросить, то есть

72A16 = 111001010102

Для перевода шестнадцатеричного числа в восьмеричное число

целесообразно в качестве промежуточной использовать двоичную систему.

Например, для перевода числа

72A16 = 111001010102

используем его двоичное представление, в котором выделим триады

двоичных чисел, начиная с младшего разряда единиц

11'100'101'0102

и заменим их восьмеричными числами (табл. 2) 34528

Таким образом, 72A16 = 34528

В вычислительной технике система кодирования называется

двоичным кодированием и основана на представление данных в двоичной

системе. Такое представление наиболее просто реализовать в электронных

схемах с двумя устойчивыми состояниями: есть ток – 1, нет тока – 0.

Таким образом, используются два знака 0 и 1. Эти знаки называются

двоичными цифрами (binary digit или сокращенно bit).

Двумя битами можно закодировать четыре различных комбинации

00, 01, 10 и 11,

три бита дадут восемь комбинаций

000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111

и т. д.

Арифметические действия

В любой системе счисления арифметические действия производятся по

правилам, применяемым к десятичной системе. Как и в десятичной системе

счисления, перенос при сложении возникает при образовании суммы, равной

или больше основания, например,

12 + 12 = 102

68 + 78 = 158

Поскольку p = 10 – это всегда основание в соответствующей системе

счисления, а p2 = 100, p

3 = 1000 и т.д., то следующие операции будут

однотипными для любой системы счисления:

- для умножения целого числа на p достаточно приписать к числу ноль

справа, для умножения на p2 – два нуля справа и т.д.,

28

- для умножения дробного числа на p следует перенести запятую,

разделяющую целые и дробные части, на разряд вправо, для

умножения на p2 – на два разряда вправо и т.д.,

- для деления числа на p следует перенести запятую, разделяющую

целые и дробные части, на разряд влево, для деления на p2 – на два

разряда влево и т.д.

- для целочисленного деления числа на p следует отбросить его

младший разряд, для целочисленного деления числа на p2 следует

отбросить два младших разряда и т.д.,

- для определения целочисленного остатка при делении числа на p

следует взять его младший разряд, при делении числа на p2 – два

младших разряда и т.д..

Примеры:

1) Сложение в двоичной системе

счисления

1101

+

1001

-----------

10110

2) Умножение в двоичной системе

счисления

1101

X

101

-----------

1101

1101

-----------

1000001

3) 10·10 = 100 – в любой системе счисления.

4) 110112 \ 102 = 11012 – целочисленное деление.

5) 1378 mod 108 = 7 – целочисленный остаток.

6) В какой системе счисления 7·7 = 61 ?

Решение: Обозначим основание системы счисления, для которой данное

равенство выполняется, через неизвестное p. Переведем обе части равенства в

десятичную систему.

49 = 6·p1 + 1·p

0

6·p = 48

p = 8

7) В какой системе счисления 34 + 31 = 120 ?

29

Решение: Обозначим основание системы счисления, для которой данное

равенство выполняется, через неизвестное p. Переведем обе части равенства в

десятичную систему.

3·p1 + 4·p

0 + 3·p

1 + 1·p

0 = 1·p

2 + 2·p

1 + 0·p

0

p2 - 4·p – 5 = 0

p1 = 5; p2 = -1

Отрицательный корень отбрасываем, то есть p = 5.

2.2 Логические (Булевы) функции

В курсе математического анализа изучаются функции, определѐнные на

числовой прямой или на отрезке числовой прямой или на плоскости и т.п. Так

или иначе область определения – непрерывное множество.(ХРП2009)

Частным случаем функции y=f(x1;x2;…;xn) является функция, значения

которой и значения компонент еѐ аргумента принадлежат множеству {0;1}.

Такую функцию называют логической. Аргумент логической функции

(x1;x2;…;xn) часто называют двоичным (или булевым) вектором, а его

компоненты-двоичными (или булевыми) переменными.

Логическую функцию также называют логической операцией, т.к.

значения функции и еѐ аргументов принадлежат одному множеству {0;1}.

Знаки логических операций называют логическими связками.

Алгебру, носителем которой является множество

X=(x1;x2;…xn,y}, элементы которого принимают значения на

множестве {0;1}, а сигнатура которой определена множеством

логических связок(логических операций), называют алгеброй логики.

Два возможных значения логических переменных называют ИСТИНА

(TRUE) и ЛОЖЬ (FALSE), иногда их называют ДА и НЕТ, а чаще всего их

обозначают 1 и 0. При этом следует помнить, что эти логические 0 и 1 нельзя

трактовать как числа, над ними нельзя производить арифметические действия.

Логическая функция может быть задана четырьмя способами:

– словесно (описанием ситуации);

– алгебраическим выражением;

– таблицей истинности;

– электрической схемой, состоящей из контактов переключателей.

Например:

1. Лифт можно вызвать, если закрыты двери лифта на первом этаже и

на втором этаже и на третьем этаже.

2. Если закрытые двери на первом этаже обозначить как А = 1, на

втором – В = 1, на третьем – С = 1, возможность вызвать лифт обозначить как

F = 1, а логическую функцию И обозначить знаком умножения " × ", то

алгебраическое выражение будет иметь вид: F = A×B×C

30

3. В таблицу истинности заносятся все возможные комбинации

входных аргументов и соответствующие этим комбинациям значения

выходной функции. Входные комбинации записываются в порядке

возрастания их значений от всех нулей до всех единиц сверху вниз. Таблица

истинности, соответствующая данному примеру будет иметь следующий вид:

4. Электрическая контактная схема обладает хорошей наглядностью, но

может быть легко построена лишь для самых простых логических функций.

Для нашего примера эта схема может иметь следующий вид:

Рисунок 2 - Электрическая контактная схема

При аналитическом задании логической функции используют

элементарные унарные и бинарные операции, а также правила подстановки и

замещения при формировании формул логической функции.

Описание логической функции одной и двух двоичных переменных.

Число логических функций для n компонентов аргумента определяется

выражением: 2p, где p=2

n.

Для n=1 число возможных значений логической функции равно 4 (таблица 4).

Таблица 4 - Возможные значения логической функции для n=1

X y=f(x)

f0(x) f1(x) f2(x) f3(x)

0 0 0 1 1

1 0 1 0 1

31

Анализ таблицы 4 позволяет дать определение каждой из четырѐх

логических функций:

- f0(x) - функция-константа ―0‖, т.к. она не изменяет своего значения

при изменении аргумента, т.е. (y=0), переменная x для этой функции

несущественна;

- f1(x) - функция повторитель, т.к. она принимает значения, равные

значению аргумента, т.е. (y=x);

- f2(x) – функция отрицания, т.к. она принимает значения

противоположные значению аргумента, т.е. (y=x), эта функция

может еще обозначаться: x, ¬x, `x;

- f3(x) - функция-константа ―1‖, т.к. она не изменяет своего значения

при изменении аргумента, т.е. (y=1) и, как для функции f0(x),

переменная x для этой функции несущественна.

Все функции таблицы 1 – унарные, т.к. это функции от одной переменной.

Для n=2 число возможных значений логической функции равно 16 (таблица

5).

Таблица 5 - Возможные значения логической функции для n=2

Аргумент Функция y=fi(x1,x2)

x1 x2 f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 f15

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

В таблице 6 приведены имена всех логических функций.

Таблица 6 - Имена всех логических функций

№ имя логической

функции

формула логической

функции

―чтение‖

логической

функции

f0 константа ―0‖ 0 ―любой ноль‖

f1 конъюнкция

(логическое “И”

совпадение)

(x1x2)

“x1 и x2“

f2 отрицание

импликации (x1x2)=x1x2=(x1x2) ―не если x1, то x2‖

f3 повторитель

первого аргумента

x1

―как x1―

f4 отрицание

обратной

импликации

(x2x1)=x1x2=(x1x2)

―не если x2, то x1‖

f5 повторитель

32

№ имя логической

функции

формула логической

функции

―чтение‖

логической

функции

второго аргумента x2 ―как x2―

f6 отрицание

эквивалентности

(сложение по

модулю 2)

(x1x2)=(x1x2)=

(x1x2 x1x2)

“или x1,или x2“

f7 дизъюнкция

(логическое

“ИЛИ”,

разделение)

(x1x2)

“x1 или x2”

f8 отрицание

дизъюнкции

(стрелка Пирса)

(x1x2)=x1x2=x1x2

“не x1 и не x2”

f9 эквиваленция

(равнозначность)

(x1x2)=(x1x2x1x2)

“x1 как x2”

f10 отрицание второго

аргумента

x2

―не как x2‖

f11 обратная

импликация

(x2x1)=x2x1

―если x2,то x1‖

f12 отрицание первого

аргумента

x1

―не как x1‖

f13

прямая

импликация

(x1x2)=x1x2

“если x1, то x2”

f14 отрицание

конъюнкции

(штрих

Шеффера)

(x1x2)=x1x2=(x1x2)

“не x1 или не x2”

f15 константа ―1‖ 1 ―любая единица‖

Перечислим 7 важнейших функций:

1) f1 - конъюнкция (функция И), конъюнкция – это фактически обычное

умножение (нулей и единиц). Иногда эту функцию обозначают x1& x2 или x1

x2.

2) f7 - дизъюнкция (функция ИЛИ).

33

3) f13 - импликация (следование).

Иногда импликацию обозначают x1 x2, это очень важная функция,

особенно в логике. Ее можно рассматривать следующим образом: если x1 = 0

(т.е. x1 ―ложно‖), то из этого факта можно вывести и ―ложь‖, и ―истину‖ (и это

будет правильно), если x2= 1 (т. е. x2 ―истинно‖), то истина выводится и из

―лжи‖ и из ―истины‖, и это тоже правильно. Только вывод ―из истины ложь‖

является неверным.

4) f6 - сложение по модулю 2. Иногда эту функцию обозначают x1∆ x2 или

x1 ≢x2.

5) f9 - эквивалентность или подобие. Эта функция f9= 1 тогда и только

тогда, когда x1 = x2. Иногда эту функцию обозначают x1≡ x2 или x1~x2.

6) f14 - штрих Шеффера.

7) f8 - стрелка Пирса (иногда эту функцию называют штрих Лукасевича).

Формулы, содержащие, кроме переменных (и, разумеется, скобок),

только знаки функций дизъюнкции, конъюнкции и отрицания, называются

булевыми формулами.

Таким образом булева алгебра есть: A=<Х; &; ; ; 0; 1>, где:

Х - множество, элементы которого принимают значения ―1‖ или ―0‖;

¯ - унарная операция отрицания значения х;

& - бинарная операция конъюнкции двух элементов множества Х;

- бинарная операция дизъюнкции двух элементов множества Х;

Особая роль двух функций (из этих трех) определяется тем

обстоятельством, что определение этих функций легко может быть перенесено

на любое число переменных:

Конъюнкцией n переменных f (x1, x2, …, xn) = x1 & x2… & xn

называется функция, которая принимает значение 1, если и только если

все переменные равны 1 (и, значит, равна 0, если хотя бы одна из этих

переменных равна 0).

Дизъюнкцией n переменных f (x1, x2, …, xn) = x1 x2 … xn

называется такая функция, которая равна 0 если и только если все

переменные равны 0 (и, значит, равна 1 тогда и только тогда, когда хотя

бы одна переменная равна 1).

В 1938 году американский инженер Клод Шеннон положил Булеву

алгебру в основу теории электрических и электронных переключательных

схем - сумматоров, создание которых и привело к появлению ЭВМ, способных автоматически производить арифметические вычисления).

34

Основные свойства булевых операций.

Опираясь на законы булевой алгебры, можно выполнять эквивалентные

преобразования любых алгебраических выражений, усложняя или упрощая их

описание. Эквивалентные преобразования алгебраических выражений

необходимы для поиска наименьшего числа вычислительных операций или

достижения результатов вычислений за меньшее число шагов. Для

облегчения исполнения преобразований формул булевой алгебры в единой

таблице представлены основные законы и правила (таблица 7).

Таблица 7 - Основные законы и правила

Наименование закона,

правила

Эквивалентные формулы

1. коммутативности 1. (х1х2)= х2х1;

(х1 х2)= х2х1;

2. ассоциативности 2. х1(х2х3)= (х1х2)х3;

х1 (х2х3)= (х1х2) ×х3;

3. дистрибутивности 3. х1(х2х3)=

(х1х2)(х1х3);

х1(х2х3)= (х1х2)(х1х3);

4.идемпотентности 4. хх=х; хх=х;

5. поглощения 5. х1(х1х3)=х1;

х1(х1х3)=х1;

6. противоречия 6. хх=1; хх=0;

7. де Моргана 7.(х1х2)=х1х2;

(х1х2)=х1х2;

8. свойство ―1‖ 8. х1=1; х1=х;

9. свойство ―0‖ 9. х0=х; х0=0;

10. двойное отрицание 10.(х)=х.

Рассмотрим стратегию преобразования формулы F:

F=х1х2х1(х2х1х3)( х1(х2х3) х2х3);

1) выполним преобразование по закону дистрибутивности

F=х1х2(х1х2х1х1х3)( х1(х2х3) х2х3);

2) используем закон противоречия

F=х1х2х1х2( х1(х2х3) х2х3);

3) воспользуемся законом де Моргана

F=х1х2х1х2((х1(х2х3))(х2х3));

4) повторим использование закона де Моргана

F=х1х2х1х2((х1(х2х3))(х2х3));

5) используем еще раз закон де Моргана

35

F=х1х2х1х2((х1((х2)х3))(х2х3));

6) используем закон двойного отрицания

F=х1х2х1х2(х1х2х3)(х2х3));

7) выполним преобразование по закону дистрибутивности

F=х1х2(х1х2х1х1х2х2х3)(х2х3);

8) используем закон идемпотентности

F=х1х2(х1х2х1х2х3)(х2х3);

9) выполним преобразование по закону дистрибутивности

F=х1х2х1х2х2х1х2х3х1х2х3х2х1х2х3х3;

10) используем закон поглощения и идемпотентности

F=х1х2х1х2х3;

Итак, сложное алгебраическое выражение в результате эквивалентных

преобразований, содержит меньшее число операций для тех же трех

элементов множества х1,х2,х3.

Используя некоторые дополнительные преобразования, можно еще

упростить формулу F.

11) выполним преобразование по закону дистрибутивности

F=х2(х1х1х3);

12) исполним процедуру обобщенного склеивания и поглощения

F=х2(х1х1х3х3)=х2(х1х3);

Окончательное выражение формулы имеет вид: F= х2(х1х3).

На шаге 12) было использовано одно из правил Блейка- Порецкого, а именно

обобщенного склеивания:

Если К1 и К2 - какие-то логические функции, тогда:

хК1хК2 =хК1хК2 К1 К2 ,

Следствием из этого правила являются следующие выражения:

хК хК = К; х хК = х К.

При этом К, К1, К2 быть как логическими функциями, так и

простыми переменными, что можно представить, например, в следующих

равнозначных записях:

ху ху =у или ху ху =у или ху ¬ ху =у

Дизъюнктивная и конъюнктивной нормальная формы

Простой конъюнкцией называется конъюнкция одной или

нескольких переменных, при этом каждая переменная встречается не

более одного раза. Например, х1х2х3 является простой конъюнкцией.

Дизъюнктивной нормальной формой (ДНФ) называется дизъюнкция

простых конъюнкций. Например, х3х2х1х2 является ДНФ.

36

Простой дизъюнкцией называется дизъюнкция одной или нескольких

переменных, при этом каждая переменная встречается не более одного

раза. Например, х1 х2 х3 является простой дизъюнкцией.

Конъюнктивной нормальной формой (КНФ) называется конъюнкция

простых дизъюнкций. Например, (х1 х2 х3 ) (х2х3 ) (х1 х3) – КНФ.

2.3 Теория графов

2.3.1 Понятие графа

Хотя смысл понятия структуры представляется интуитивно ясным, дать

ему удовлетворительное определение не так-то легко. Поскольку структура

это часть системы, необходимо четко указать, какая именно часть, какие

свойства и признаки системы являются структурными, а какие нет. Ответы

на эти вопросы зависят от целей исследования системы, поэтому под

структурой обычно понимают совокупность тех свойств системы, которые

являются существенными с точки зрения проводимого анализа объекта.

Для описания структур систем используются схемы и графы. Структурные

схемы имеют наглядность и позволят включать информацию о большом числе

структурных свойств системы, легко поддаются уточнению и конкретизации.

Однако структурная схема с трудом поддается формализации и является

скорее «мостиком», облегчающим переход от содержательного описания

структуры системы к математическому описанию, чем действенным

инструментом анализа структур. Другим вариантом представления структуры

системы являются графы, которые позволяют формализовать процесс

исследования инвариантных во времени свойств системы и использовать

хорошо развитый математический аппарат теории графов, позволяющий

компьютеризировать анализ структуры.

Граф представляет собой двойку вида: G = ( V, U ) , где V

множество вершин графа ; U множество дуг графа.

Множество вершин V обычно представляет собой множество элементов

системы, а множество дуг U связи между элементами системы. Формально,

множество дуг U представляет собой двухэлементое подмножество

декартового произведения множества вершин V на себя, т.е. UVV.

Каждый элемент множества U представляет собой двойку из элементов

множества V вида u=(vн,v

к). Элемент множества вершин, стоящий на первом

месте в этой двойке vн называется вершиной-началом дуги u, а элемент,

37

стоящий на втором месте vк этой двойки вершиной-концом дуги u. Если

некоторые два элемента-вершины v и v‟ образуют некоторую двойку-дугу u,

т.е. u=(v,v‘), то говорят, дуга u инцидентна вершине v и v‟, а вершины v и v‟

смежны. Если некоторую двойку-дугу u образует одна и та же вершина v, т.е.

на первом и втором месте находится та же самая вершина u=(v,v), то такую

дугу называют петлей. Если порядок следования элементов-вершин в двойке-

дуге не существенен, т.е. неважно как записано (v,v‘) или (v‘,v), то говорят что

дуга неориентированная. Если порядок в двойках важен, т.е. (v,v‘) не тоже

самое, что (v‘,v), то говорят что дуга ориентированная. Если для некоторой

ориентированной дуги (v,v‘) существует ориентированная дуга (v‘,v), то такие

дуги называются противоположно направленными. Неориентированная

дуга всегда может быть представлена парой противоположно направленных

дуг.

Если в множестве дуг U нет одинаковых двоек, т.е. каждая двойка

встречается только один раз, то отношение вершин является единственным, в

противном случае, т.е. если хотя бы одна двойка повторяется в множестве дуг

U, то отношение вершин является множественным. При множественном

отношении в множестве дуг U могут быть одинаковые пары u1=(v,v‘),

u2=(v,v‘), u3=(v,v‘), ... , un=(v,v‘), которые называются кратными дугами.

Другими словами, кратные дуги это дуги, у которых начало, конец и

направление совпадают, поэтому их также называют сонаправленными

дугами. Примеры показаны на рисунке 2.

Рисунок 2 - Примеры дуг

В зависимости от ориентации дуг графы делятся на неориентированные,

ориентированные и смешанные. Ориентированный граф это граф, в

котором все дуги ориентированные. Неориентированный граф это граф, в

котором все дуги неориентированные. Смешанный граф это граф, в котором

имеется хотя бы одна ориентированная и хотя бы одна неориентированная

дуга. Примеры показаны на рисунке 3.

Смешанные графы используются в основном на начальных этапах

проектирования при составлении исходного описания системы. Это связано с

тем, что анализ смешанных графов всегда сопряжен с определенными

сонаправленные или кратные

противоположно направленные

петля оринтированная неоринтированная

38

трудностями интерпретации направления дуг и усложняет алгоритмы анализа.

Поэтому, на практике, смешанный граф преобразуют в ориентированный граф

либо заданием определенной ориентации неориентированным дугам, либо

заменой неориентированных дуг парой противоположно направленных

ориентированных дуг.

Рисунок 3 - Примеры графов

Мощность множества вершин |V| это количество вершин, и будет

обозначаться буквой P. Количество вершин в графе также называется

порядком графа. Мощность множества дуг |U| это количество дуг, и будет

обозначаться буквой Q. Подмножество вершин, смежных с данной вершиной

v, называется окрестностью вершины v, и будет обозначаться буквой Гv. В

ориентированном графе для каждой вершины v выделяют окрестность по

выходам Г

v это подмножество вершин смежных с данной вершиной v так,

что данная вершина v является началом дуг, инцидентных этим вершинам, и

окрестность по входам Г+

v это подмножество вершин смежных с данной

вершиной v так, что данная вершина v является концом дуг, инцидентных

этим вершинам.

Например, для неориентированного графа на рисунке 3-а имеем следующее:

Г1={2,3}, Г2={1,3}, Г3={1,2,4}, Г4={3}; для ориентированного графа на рисунке

3-б имеем следующее: Г

1={2,3}, Г+

1=, Г

2=, Г+

2={1,3}, Г

3={2,4}, Г+

3={1},

Г

4=, Г+

4={3}.

Количество дуг, инцидентных вершине, называется степенью вершины и

будет обозначаться . Учитывая, что дуги могут быть ориентированными,

степень вершины разбивается на полустепень исхода – и полустепень захода

+. Полустепень исхода это количество дуг, исходящих из вершины, а

полустепень захода это количество дуг, заходящих в вершину. В

неориентированном графе для каждой i-ой вершины принимается, что

полустепень исхода и полустепень захода равны половине степени вершины,

т.е. –

i=+

i=i /2. В ориентированном графе для каждой i-ой вершины степень

вершины равна сумме полустепеней исхода и захода, т.е. –

i ++

i = i .

а) Неориентированный

2 1

4 3

б) Ориентированный

2 1

4 3

в) Смешанный

2 1

4 3

39

Например, для неориентированного графа на рисунке 3-а имеем

следующее: 1=2, 2=2, 3=3, 4=1; для ориентированного графа на рис. 2.3-б

имеем следующее: –

1=2, +

1=0, 1=2, –

2=0, +

2=2, 2=2, –

3=2, +

3=1, 3=3, –

4=0, +

4=1, 4=1. В смешанном графе неориентированная дуга обычно

трактуется как пара противоположно направленных дуг, поэтому для графа на

рис. 2.3-в имеем следующее: –

1=2, +

1=1, 1=3, –

2=1, +

2=2, 2=3, –

3=3, +

3=2,

3=5, –

4=0, +

4=1, 4 =1.

В ориентированном графе выделяют истоки и стоки. Вершина, в которую

только заходят дуги, называется стоком или тупиком. Вершина, из которой

только исходят дуги, называется истоком или антитупиком. Вершина,

которая не смежна ни с одной вершиной графа называется изолированной.

Очевидно, что для стока полустепень исхода равна нулю, а полустепень

захода ненулевая, т.е. +

с>0 и –

с=0; для истока полустепень захода равна

нулю, а полустепень исхода ненулевая, т.е. +

и=0 и –

и>0; для изолированной

вершины полустепени исхода и захода нулевые, т.е. +

з=0 и –

з=0.

Висячая вершина – это вершина, которой инцидентна только одна дуга.

Причѐм, необязательно входная или выходная дуга, важно что она

единственная у этой вершины. Очевидно, что висячая вершина является либо

истоком, либо стоком в графе системы. Дуга, инцидентная висячей вершине,

называется висячей дугой.

С точки зрения анализа систем, поскольку висячая вершина связана с

остальными вершинами графа единственной связью, то разрыв этой связи

приводит к отсоединению элемента от системы. Таким образом, надежность

системы зависит не от надежности элемента, обозначенного висячей

вершиной, а от надежности единственной связи. Поэтому проектировщик

должен позаботится о дополнительных связях, повышающих надежность

системы, или о повышении надежности самой связи.

Два элемента непосредственно связаны между собой, если вещество,

энергия, информация с выхода одного элемента сразу попадает на вход

другого элемента, т.е. в графе это называется смежные вершины.

Вершина, у которой полустепень исхода равна полустепени захода, т.е.

+=, называется регулярной. Граф, содержащий только регулярные вершины,

называется регулярным графом. Граф, в котором степени всех вершин равны,

т.е. i=, называется однородным графом. Граф, в котором для любой дуги

(vi,vj) существует противоположная дуга (vj,vi), называется симметрическим

графом. Граф, в котором хотя бы для одной дуги (vi,vj) не существует

противоположной дуги, называется антисимметрическим графом.

40

В зависимости от того, сколько вершин сопоставлено дуге и сколько раз

производится это сопоставление, графы делятся на обычные графы,

псевдографы, мультиграфы, мультипсевдографы. Обычный граф это граф, в

множестве дуг U которого нет петель и нет кратных дуг. Псевдограф это

граф, в множестве дуг U которого имеется хотя бы одна петля и нет кратных

дуг. Мультиграф это граф, в множестве дуг U которого имеются кратные

дуги, но нет петель. Мультипсевдограф это граф, имеющий обычные дуги,

кратные дуги и петли. Все эти графы могут быть как ориентированными, так и

неориентированными. Примеры показаны на рисунке 4.

Рисунок 4 - Примеры графов

Существуют два особых случая. Если в графе отсутствуют дуги, т.е. U=,

то граф называется пустым, а если при этом граф содержит только одну

вершину, то граф называется тривиальным. Если в графе любая пара вершин

связана дугой (смежна), т.е. U=VV, то граф называется полным. Примеры

особых случаев показаны на рисунке 5.

Рисунок 5 - Примеры особых случаев графов

Подграфом G‘=(V‘,U‘) исходного графа G=(V,U) называется граф, такой

что множество его вершин и множество его дуг являются подмножествами

исходного графа, т.е. V‘V и U‘U, и две вершины в нем G‘ смежны тогда и

только тогда, когда они смежны в исходном графе G. Другими словами

подграф получается удалением из графа некоторых вершин и дуг. Пример

показан на рисунке 6-б.

в) Мультипсевдограф б) Псевдограф а) Мультиграф

в) Полный ориентированный г) Полный неориен-тированный

б) Пустой а) Тривиальный

41

Суграфом G‖=(V‖,U‖) исходного графа G=(V,U) называется граф, такой

что множество его вершин совпадает с множеством вершин исходного графа,

т.е. V‖=V, а множество его дуг является подмножеством исходного графа, т.е.

U‖U. Другими словами, суграф получается удалением из графа некоторых

дуг. Пример показан на рисунке 6-в.

Многодольным графом называется граф G=(V,U), такой что множество

его вершин можно разбить на несколько непересекающихся подмножеств, т.е.

V1V, V2V, ..., VnV и V1V2...Vn=V и V1V2...Vn=

таким образом, чтобы вершины каждого подмножества были не смежны

между собой, а были смежны только с вершинами другого подмножества.

Пример показан на рисунке 6-г.

Рисунок 6 - Примеры графов

2.3.2 Изолированные компоненты Несвязанные элементы могут быть одной из ошибок проектирования

системы потому, что любая система это целостный организм. Элементы

включаются в систему для того, чтобы они несли какую-то функцию в ней,

взаимодействовали с другими элементами путем передачи потоков вещества,

энергии, информации.

Рисунок 7 - Изолированные компоненты на графе

v15 Z4

v18 v4

v19

v21

v2

0

v22

v23

Z3

i4 s

3

v1

v2

v10

v11

v3 v17

v

5

v6

v7

v8

v

9

v16

Z1

i1

i2

i3 s

2

s

1 Z2

v1

2

v13

v14

г) Многодольный граф а) Исходный граф б) Подграф в) Суграф

42

Выявление несвязанных элементов графовым методом состоит в поиске в

графе системы изолированных вершин. Алгоритм поиска вычисляет степень

каждой вершины графа и если она равна нулю, т.е. v=0, то найдена

изолированная вершина. Для графа, представленного на рисунке 7, вершина

v15 –изолированная.

В системах могут встречаться части, состоящие из нескольких связанных

между собой элементов, но при этом несвязанные с остальной частью

системы. Такая часть, например, либо не обменивается информацией, либо

логически не зависит от остальной части системы. На языке теории графов

такие части системы называются изолированными подграфами или

изолированными компонентами. Частным случаем изолированной

компоненты является изолированная вершина как одиночный элемент.

Если изолированная компонента преобразует входной поток системы в

выходной поток или влияет на систему, то такая часть системы называется

самостоятельной подсистемой. Если же изолированная компонента не

влияет на систему или не преобразует входной поток в выходной поток, то

структура такой системы содержит ошибки в соединении элементов. Таким

образом, выделение изолированных компонент является важным этапом

структурного анализа.

Для графа, представленного на рисунке 7, изолированными

компонентами будут Z1={v1, v2, v3, v5, v6, v7, v8, v9, v10, v11, v16, v17}, Z2={v12, v13,

v14}, Z3={v4, v18, v19, v20, v21, v22, v23}, Z4={v15}.

2.3.3 Способы представления графа

Графы задаются: матрицей смежности, матрицей инцидентности, списком

дуг, массивом окрестностей вершин по выходам и входам графа. Пусть дан

граф G = (V , U), и пусть P число вершин графа, Q число связей в графе.

Определения матриц, которые даются ниже предполагают, что граф является

ориентированным. При построении тех же матриц для неориентированного и

смешанного графа каждое ребро представляется как две противоположно

направленные дуги. Рассмотрим базовые представления графов на примере

смешанного графа на рисунке 8 (P=7, Q=12). Неориентированное ребро (v3,v4)

представляется как пара противоположно направленных дуг (v3,v4) и (v4,v3),

поэтому Q=12+1=13.

43

Рисунок 8 - Граф для описания представлений

Матрицей смежности Mсм

графа называется матрица, имеющая

размерность PP, каждый элемент mсм

ij которой определяется следующим

образом:

Если в графе имеется петля на вершине i, то на i-ом месте главной

диагонали матрицы смежности стоит единица. Если в графе имеются кратные

дуги, то вместо единицы в матрице ставится количество кратных дуг из

вершины i в вершину j. Если в графе имеются противоположно направленные

дуги, то элементы матрицы, расположенные симметрично относительно

главной диагонали являются заполненными, т.е. mсм

ij > 0 и mсм

ji > 0. Строка

матрицы смежности соответствует выходной окрестности Г вершины, а

столбец входной окрестности Г+ вершины. Сумма элементов по строке

равна полустепени исхода – соответствующей вершины, а сумма элементов

по столбцу равна полустепени захода + соответствующей вершины.

По матрице смежности легко находить изолированные, регулярные

вершины, истоки и стоки графа. Вершине-истоку i в матрице смежности

соответствует нулевой столбец i и не нулевая строка i. Вершине-стоку s

соответствует нулевая строка s и не нулевой столбец s. Изолированной

вершине z соответствует нулевой столбец z и нулевая строка z матрицы.

Регулярной вершине r соответствует с строка r и столбец r, у которых сумма

ячеек по строке равна сумме ячеек по столбцу.

mсмij =

1, если между i-ой и j-ой вершиной есть дуга

в направлении от вершины i к вершине j ;

0, если от вершины i к вершине j дуги нет.

v2

v1

v4

v3

v5

v6

v7

i-исток

s-сток

z-изолированная

r-регулярная

s

z r

i

44

Для графа, представленного на рисунке 8, матрица смежности имеет

вид:

Данное представление является очень удобным и широко используется на

практике. Однако, в случае, когда много вершин и мало дуг Q < PP это

представление является не экономичным, поскольку требует много памяти

для хранения нулей.

Матрицей инцидентности Mин

графа называется матрица, имеющая

размерность PQ, каждый элемент mин

ij которой определяется следующим

образом:

Как видно из определения матрицы, строки соответствуют вершинам

графа, а столбцы дугам. Если в графе имеется петля на вершине i, то в

соответствующем столбце матрицы инцидентности в j-ой позиции стоит (+1),

и отсутствует (1), или наоборот. Если в графе имеются кратные дуги, то в

матрице инцидентности имеются одинаковые столбцы. Если в графе имеются

противоположно направленные дуги, то в матрице инцидентности имеются

столбцы, в которых (+1) и (1) переставлены местами. Количество (1) в i-ой

строке равно полустепени исхода

i i-ой вершины, а количество (+1) в i-ой

строке равно полустепени захода +

i.

По матрице инцидентности изолированная вершина z определяется как

нулевая строка z. Вершине-истоку i соответствует строка i, в которой имеются

только (1). Вершине-стоку s соответствует строка s, в которой имеются

только (+1). Регулярной вершине r соответствует строка r, в которой

количество (1) равно количеству (+1).

mинij =

1, если i-ая вершина является концом j-ой дуги ;

0, если i-ая вершина не инцидентна j-ой дуге.

1, если i-ая вершина является началом j-ой дуги ;

0 1 0 1 0 0 0

0 0 1 2 0 0 0

0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0

0 0 0 1 0 1 0

0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 z

Мсм =

i

s

r

i r s z

45

Для графа, представленного на рисунке 8, матрица инцидентности имеет

вид:

Эффективно использование данного представления для задания

гиперграфов. В нѐм гиперребро задается столбцом матрицы, в котором

ставятся 1 в тех строках, вершинам которых инцидентно данное гиперребро.

Это представление также широко используется на практике. Оно не является

экономичным для обычных и мульти-графов, поскольку требует много памяти

для хранения нулей.

Списком дуг Mдуг

графа называется матрица, имеющая размерность

2Q, каждый элемент mдуг

1k и mдуг

2k которой определяется следующим

образом:

Как видно из определения матрицы, столбцы соответствуют дугам

графа, первая строка вершинам-начала дуг, вторая строка вершинам-конца

дуг. Если в графе имеется петля на вершине t, то в соответствующем столбце

матрицы первый и второй элементы столбца равны, т.е. mдуг

1k=mдуг

2k= t. Если

в графе имеются кратные дуги, то в матрице имеются одинаковые столбцы.

Если в графе имеются противоположно направленные дуги, то в матрице

имеются столбцы, в которых номера вершины-начала i и вершины-конца j

переставлены местами. Полустепень исхода

t вершины t определяется как

количество повторений номера t в первой строке, а полустепень исхода +

t

как количество повторений номера t во второй строке.

По списку дуг изолированная вершина z определяется как номер, не

встречающийся ни в первой, ни во второй строке. Вершина-исток i

пределяя-ется как номер i, встречающийся в первой и не встречающийся во

второй строке. Вершина-сток s определяется как номер s, встречающийся во

второй и не встречающийся в первой строке. Регулярная вершина r

mдуг1k = i

mдуг2k = j

, если в графе k-ая дуга направлена из вершины i в вершину j.

-1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 -1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 -1 -1 -1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 -1 -1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Мсм =

z

i

s r

46

определяется как номер r, встречающийся одинаковое количество раз в обоих

строках.

Для графа, представленного на рисунке 8, матрица списка дуг имеет вид:

2.3.4 Точки сочленения

Точка сочленения ой из графа

увеличивает число изолированных компонент графа. При удалении точки

сочленения из графа нарушается достижимость отдельных вершин графа и в

системе появляются обрывы цепей. Система как бы распадается на несколько

несвязанных между собой подсистем, что приводит к появлению

самостоятельных подсистем или изолированных элементов. Большое

количество точек сочленения ухудшает надежность системы, поскольку при

выходе из строя элементов, являющихся точкой сочленения, система

распадается на отдельные подсистемы.

Точек сочленения в графе может быть несколько и они образуют

критическое множество Tкр

. Критическое множество представляет собой

параметр, указывающий, при удалении каких элементов система перестанет

существовать как единое целое. В это множество обычно входят вершины-

перешейки и вершины, смежные с висячими вершинами. Мощность

критического множества это количество вершин в этом множестве.

Рисунок 9 - Точки сочленения и висячие вершины

Для графа, представленного на рисунке 9, точками сочленения будут

вершины v2, v3, v5. Удаление любой из этих вершин нарушит связанность

между остальными вершинами графа. Так, вершины v3 и v5 смежны с

1 1 2 2 2 3 3 3 3 4 4 5 5

2 4 3 4 4 3 4 5 6 3 5 4 6 Mдуг =

v2

v1 v4

v3

v5

v6

v7

v8

v9

v11 v10

47

висячими вершинами и их удаление приводит к образованию изолированных

вершин v6 и v7 соответственно. Вершина v2 является перешейком и ее

удаление приводит к образованию двух изолированных компонент Z1={v8, v9,

v10, v11} и Z2={v1, v3, v4, v5, v6, v7}, которые в результате обрыва цепей будут

самостоятельными подсистемами. При этом, никакая другая вершина не

нарушает связанности графа. Например, при удалении вершин v1 или v4 или v9

хотя и нарушается достижимость отдельных вершин, из-за разрушения

некоторых путей, но все же граф системы остается связанным. Таким образом,

критическое множество Tкр

={v2, v3, v5} и его мощность |Tкр

|=3.

2.3.5 Маршруты, пути и циклы

Анализ связей структуры является одним из основных этапов анализа

любой системы. Исследование особенностей связей между элементами

структуры направлено, прежде всего, на выявление в графе структуры путей и

циклов, замкнутых подсистем, уровней системы, проверки достижимости

одних элементов системы из других. Определения этих понятий опирается на

понятие маршрута. Для демонстрации вводимых понятий и определений

используем смешанный граф, представленный на рисунке 10.

Рисунок 10 - Пример графа для маршрутов, путей, циклов

Маршрут это чередующаяся последовательность вершин и дуг v1,u1 ; ... ;

vi,ui ; ... ; vk,uk, обладающая тем свойством, что любая пара соседних

элементов инцидентна. Вершина, стоящая на первом месте этой

u10

v1 v4 v7 v8

v6 v5

v2 v3

v9

u1

u2

u3

u4 u6

u5

u7

u8

u9

u11

u12 u13

u14

u15 u18

u17

u16

u19 u20

48

последовательности, называется начальной или началом маршрута. Вершина,

стоящая на последнем месте этой последовательности, называется конечной

или концом маршрута. Длиной маршрута называется количество входящих в

него пар вершина-дуга. Например, для графа на рисунке 10

последовательность {v1, u10, v9, u13, v7, u8, v8, u9, v4} будет произвольным

маршрутом длиной 4, а последовательность {v1, u7, v8, u12, v3, u3, v4}

маршрутом не является, поскольку не все рядом стоящие элементы в ней

инцидентны.

Маршрут называется элементарным, если в нѐм все вершины различны,

т.е. никакая вершина не повторяется, кроме быть может начальной вершины,

повторяющейся один раз в конце маршрута. В противном случае, маршрут

называется неэлементарным. Например, для графа на рисунке 10

последовательность {v1, u10, v9, u13, v7, u16, v8, u15, v3, u3, v4} является

элементарным маршрутом, а последовательность {v1, u10, v9, u13, v7, u16, v8, u12,

v9, u11, v4} является неэлементарным маршрутом, поскольку повторяется

вершина v9.

Маршрут называется простым, если в нѐм все дуги различны, т.е. никакая

дуга не повторяется. В противном случае, маршрут называется составным.

Например, для графа на рисунке 10 последовательность {v1, u1, v2, u18, v7, u16,

v8} является простым маршрутом, а последовательность {v1, u1, v2, u18, v7, u14,

v2, u18, v7, u16, v8} является составным маршрутом, поскольку в нѐм

повторяется дуга u18. Очевидно, что для обычных графов если маршрут

является составным, то он также является неэлементарным.

Маршрут называется ориентированным, если в нѐм все дуги

ориентированны и ориентация дуг совпадает, т.е. вершина-конец текущей

дуги является вершиной-началом следующей дуги в последовательности. В

противном случае, маршрут называется неориентированным. Например, для

графа на рисунке 10 последовательность {v1, u7, v7, u8, v8, u9, v4} является

неориентированным маршрутом, а последовательность {v1, u1, v2, u2, v3, u3, v4}

является ориентированным маршрутом.

В теории графов вводится понятие пустой маршрут это пустая

последовательность, не содержащая вообще пар вершина-дуга. Пустой

маршрут будет обозначаться s={} и его длина |s|=0. Пустого маршрута на

графе нет, но он является абстракцией, используемой в алгоритмах анализа.

Граф, в котором любая пара вершин соединена непустым маршрутом,

называется связанным, в противном случае граф называется несвязанным.

Очевидно, что если первый маршрут заканчивается на вершине, с

49

которой начинается второй маршрут, то второй маршрут можно присоединить

к первому маршруту и тем сам получить новый маршрут, который по длине

равен сумме длин обоих маршрутов. Новый маршрут сначала повторяет

первый маршрут, а затем переходит во второй маршрут.

Путь это простой и элементарный маршрут. Пути бывают

ориентированными, в которых ориентация всех дуг совпадает, и

неориентированными, в противном случае. Например, для графа на рисунке

10, маршрут {v1, u10, v9, u11, v4} является ориентированным путем, маршрут

{v1, u7, v7, u8, v8, u9, v4} является неориентированным путем, а маршрут {v1, u10,

v9, u13, v7, u16, v8, u12, v9, u11, v4} не является путем. Длина пути это

количество дуг в пути.

Цикл это простой и элементарный маршрут, у которого начальная и

конечная вершины совпадают. Циклы также бывают ориентированными и

неориентированными. Например, для графа на рисунке 10, маршрут {v9, u13,

v7, u14, v2, u2, v3, u17, v8, u12, v9} является циклом. Длина цикла это количество

дуг в цикле.

Петлю можно интерпретировать как цикл единичной длины, а дугу – как

путь единичной длины. Цикл, образованный парой противоположно

направленных дуг, также называется единичным. Цикл, образованный тремя

дугами, называется угольником. Например, на рисунке 10 петли u19 и u20

можно рассматривать как циклы, циклы {v7, u14, v2, u18, v7} и {v3, u17, v8, u15, v3}

являются единичными, а цикл {v9, u13, v7, u16, v8, u12, v9} является угольником.

Циклы, которые образованы одними и теми же дугами и вершинами,

расположенные в маршруте в одном и том же порядке, и отличающиеся один

от другого лишь циклическим сдвигом элементов маршрута, называются

эквивалентными. Например, для графа на рисунке 10 следующие циклы

{v9, u13, v7, u16, v8, u12, v9}, {v7, u16, v8, u12, v9, u13, v7}, {v8, u12, v9, u13, v7, u16, v8}

являются эквивалентными.

3 ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

3.1 Техническая реализация символов и операций над ними

Основным техническим устройством во всех информационных процессах

является компьютер.

Компьютер - это многофункциональное электронное устройство,

предназначенное для накопления, обработки и передачи информации.

50

Обработка информации в компьютере или в цифровых системах связи

представляет собой манипуляцию с символами (знаками), взятыми из

заданного алфавита.

Совокупность символов, предназначенная для обработки в компьютере,

называется данными.

Прежде всего, в информатике используются два типа символов это

логические символы (иногда их называют логическими переменными) и

цифры.

Над цифрами и логическими переменными можно совершать операции.

Подобные операции осуществляются сразу над группой знаков, которая часто

называется машинным словом. В виде машинных слов можно представить

как числа, так и любые последовательности символов (знаков).

Физически в качестве этих символов в современных компьютерных

технологиях выступают два фиксированных состояния специальных

физических устройств (арифметически-логических устройств, устройств

памяти). Это могут быть два фиксированных уровня напряжения

электрического или магнитного поля, два уровня отражательной способности

в оптических системах. Возможна фиксация этих символов в виде двух типов

импульсов тока или электромагнитного поля. Сама память физически

сконструирована как набор (регистры) электронных устройств (триггеры) в

которых фиксируются состояния «включено-выключено» (ток есть или нет).

Эти состояния «включено-выключено» можно также фиксировать с помощью

оптоэлектронных ячеек или в виде специальных зон намагниченности.

Соответственно различают электронную память в виде регистров памяти,

оптическую память на дисках и магнитную память на дисках.

Электронная память на регистрах является наиболее

быстродействующей, но требует постоянного электропитания и называется

оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

Остальные виды памяти не требуют постоянного электропитания и

называются постоянные запоминающие устройства (ПЗУ). Они

подразделяются на внутреннюю память на магнитном диске – винчестере и

внешнюю память на самых разнообразных носителях.

Важным принципом работы компьютера является универсальность т.е.

возможность представлять в рамках двоичного алфавита, как числовые, так и

любые другие символьные (знаковые, в том числе и языковые системы). Для

этого достаточно осуществить преобразование (кодирование) символа из

выбранной системы символов в специальную последовательность двоичных

символов (знаков). Существуют стандартные принятые мировым сообществом

преобразования – «универсальные коды» (стандарты для кодирования

символов для существующих алфавитов большинства стран (например:

ASCII-коды или UNICODE).

Универсальный код – UNICODE принят в сети Интернет. В этом коде

для любого символа, цифр, знаков пунктуации, букв латинского алфавита,

кириллицы достаточно 16 разрядов двоичной последовательности (двоичный

код).

51

Поскольку технические возможности компьютерных технологий

требуют манипуляций с группами двоичных символов (знаков), двоичные

знаки объединяются в группы по 8 знаков (8 битов). Эти группы двоичных

символов получили название байтов. Часто говорят, что более крупной

единицей измерения информации по сравнению с битом выступает байт. Так

в случае с универсальным кодом – UNICODE речь идет о паре байтов. С

помощью такой пары байтов можно представить 65535 символов.

Другими словами, машинным словом называется последовательность

знаков (часто говорят последовательность битов) рассматриваемых

аппаратной частью (устройствами компьютера) компьютера как единое целое.

Размер (число разрядов) машинного слова в различных компьютерных

системах может быть разным (2-байта, 4-байта и более).

Таким образом, в компьютере после преобразования символов в

двоичный код можно осуществлять определенный набор операций

(манипуляций) над символами этого кода.

В виде машинных слов можно представить как числа, так и любые

последовательности символов (знаков).

Таблица 8 - ASCII-коды некоторых символов для кодовой таблицы CP866

ASCII – код двоичный ASCII – код десятичный Символ

10000000 128 А

10000001 129 Б

10000010 130 В

10000011 131 Г

... ... ...

11101101 237 э

11101110 238 ю

11101111 239 я

Нажатие клавиши (комбинаций клавиш) клавиатуры представляет

собой передачу информации в компьютер размером 8 бит. Очевидно, что

двоичный код каждого символа клавиатуры в данном случае является

восьмиразрядным. Такой код используется в текстовом режиме (т.н. ASCII-

режим).

52

3.2 Архитектура ЭВМ

Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, так и программно –

математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность элементов и

связей между ними. Основным принципом построения всех современных

ЭВМ является программное управление.

Принципы устройства ЭВМ

Основные принципы устройства ЭВМ были предложены Джоном

фон Нейманом - выдающимся американским математиком венгерского

происхождения в 1945 году. В соответствии с ними в любой ЭВМ должны

иметься четыре основных функциональных части. Взаимодействие между

ними можно упрощенно изобразить в виде схемы:

Рисунок 11 - Принципы устройства ЭВМ

На схеме двойные стрелки соответствуют движению данных

(информация в ЭВМ называется данными). Человек вводит данные в

компьютер через устройства ввода-вывода, эти данные могут храниться в

устройствах хранения информации и обрабатываться в устройствах обработки

информации. Полученные результаты также могут запоминаться в

устройствах хранения информации и выдаваться человеку с помощью

устройств ввода-вывода. Управляющие устройства управляют всем этим

процессом, что изображено на схеме одинарными стрелками.

В настоящее время эта схема несколько откорректирована:

53

Рисунок 12 - Принципиальная структура ЭВМ

Положения фон Неймана:

Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-

логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя

память, устройства ввода и вывода)

Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и

арифметические действия, необходимые для переработки информации,

хранящейся в памяти

Управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех

устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными

стрелками)

Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в

двоичной форме

Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в

одном и том же запоминающем устройстве

Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и

вывода

Арифметико-логическое устройство и устройство

управления в современных компьютерах образуют процессор

ЭВМ. Процессор, который состоит из одной или нескольких больших

интегральных схем называется микропроцессором или микропроцессорным

комплектом.

Оперативное

запоминающее

устройство

Устройство

вывода

Устройство

ввода

Внешнее

запоминающее

устройство

Процессор

Арифметико-

логическое

устройство

Управляющее

устройство

54

Процессор – функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные

операции по обработке данных и управлению работой других блоков.

Процессор является преобразователем информации, поступающей

из памяти и внешних устройств.

В построенной по схеме фон Неймана ЭВМ происходит

последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер

(адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая

команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком

команд в устройстве управления.

Устройства хранения информации

Различают устройства хранения информации, реализованные в виде

электронных схем, и накопители информации, при помощи которых данные

записываются на какой-либо носитель, например магнитный или оптический

(ранее использовались даже бумажные носители- перфокарты и перфоленты).

Устройства, представляющие собой электронные схемы, отличаются

небольшим временем доступа к данным, но не позволяют хранить большие

объемы информации. Накопители информации наоборот дают возможность

хранить большие объемы информации, но время ее записи и считывания там

велико. Поэтому эффективная работа на компьютере возможна только при

совместном использовании накопителей информации и устройств хранения,

реализованных в виде электронных схем.

Рисунок 13 - Классификация запоминающих устройств ЭВМ

Запоминающие устройства обеспечивают хранение исходных и

промежуточных данных, результатов вычислений, а также программ. Они

включают: оперативные (ОЗУ), сверхоперативные СОЗУ), постоянные (ПЗУ)

и внешние (ВЗУ) запоминающие устройства.

55

Оперативные ЗУ хранят информацию, с которой компьютер работает

непосредственно в данное время (резидентная часть операционной системы,

прикладная программа, обрабатываемые данные). В СОЗУ хранится наиболее

часто используемые процессором данные. Только та информация, которая

хранится в СОЗУ и ОЗУ, непосредственно доступна процессору.

Внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках,

например, жесткий диск или винчестер) с емкостью намного больше, чем

ОЗУ, но с существенно более медленным доступом, используются для

длительного хранения больших объемов информации. Например,

операционная система (ОС) хранится на жестком диске, но при запуске

компьютера резидентная часть ОС загружается в ОЗУ и находится там до

завершения сеанса работы ПК.

ПЗУ (постоянные запоминающие устройства) и ППЗУ

(перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства)

предназначены для постоянного хранения информации, которая записывается

туда при ее изготовлении, например, ППЗУ для BIOS (Basic Input/Output

System – базовая система ввода-вывода – это программа для первоначального

запуска компьютера, настройки оборудования и обеспечения функций ввода-

вывода).

Содержимое оперативной памяти пропадает при выключении

питания, содержимое ПЗУ при выключении питания сохраняется.

Поэтому ПЗУ иногда называют энергонезависимой памятью.

Устройства обработки информации и управляющие устройства.

Основным устройством обработки информации в эвм является

арифметико-логическое устройство (АЛУ). Его основой является электронная

схема, составленная из большого числа транзисторов, называемая

сумматором. Сумматором выполняются простейшие логические и

арифметические операции над данными, представленными в виде

двоичных кодов (нулей и едииц). К логическим операциям относятся

логическое умножение (операция "И"), логическое сложение (операция

"ИЛИ") и логическое отрицание (операция "НЕ"). На основе этих трех

операций можно производить арифметические действия над числами,

представленными в виде нулей и единиц. Все остальные операции,

производимые ЭВМ, сводятся к большому числу простейших

арифметических и логических операций, аналогично тому, как операцию

умножения можно свести к большому числу операций сложения. Иногда

компьютеры называют "умными машинами", это не совсем так. Компьютеры

лишь выполняют простейшие арифметические и логические операции. Весь

"интеллект" компьютера заключается не столько в нем самом, сколько в

программах, которые сводят самые сложные действия к большому (как

правило, очень большому) числу таких простейших арифметических и

логических операций. Именно поэтому, производительность процессора

при выполнении простейших операций определяет быстродействие ЭВМ.

56

В современных ЭВМ арифметико-логическое устройство объединяется с

управляющими устройствами в единую схему - процессор. Процессор -

центральная микросхема ЭВМ, осуществляющая операции по обработке

информации и управляющая работой остальных устройств ЭВМ.

Сопроцессор - устройство, ускоряющее работу процессора при

выполнении математических вычислений. Его наличие необязательно, но для

работы ряда программ (графических или расчетных) он необходим.

В последних моделях ЭВМ сопроцессор встраивается в процессор. Это,

в частности, касается всех процессоров класса PENTIUM. Поэтому, в

ближайшем будущем сопроцессор, как отдельное устройство, по-видимому,

уйдет в историю.

Устройства ввода и вывода.

Устройства ввода и вывода можно условно разделить на устройства, с

помощью которых информация передается машине от человека, человеку от

машины и от одной машины другой машине:

Рисунок 14 - Классификация устройств ввода-вывода ЭВМ

Здесь указаны только наиболее распространенные устройства. Кроме

них имеются специальные устройства, обеспечивающие совместную работу

ЭВМ с кассовыми аппаратами, микрофонами, видеокамерами,

видеомагнитофонами, медицинскими и научными приборами и т.п.

57

Клавиатура - устройство, предназначенное для ввода пользователем

информации в компьютер. Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш.

Клавиши клавиатуры разделяются на 6 групп:

- Клавиши пишущей машинки

- Цифровые клавиши (переключение режима работы осуществляется

клавишей NumLock)

- Клавиши редактирования (Insert, Delete, Back Space)

- Клавиши управления курсором (две группы клавиш: четыре клавиши со

стрелками и четыре клавиши: Home, End, Page Up, Page Down)

- Специальные клавиши (Ctrl, Alt, Esc, Num Lock, Scroll Lock, Print Screen,

Pause)

- Функциональные клавиши F1 – F12 (расположены в верхней части

клавиатуры и предназначены для вызова наиболее часто

использующихся команд)

Сканер – устройство для ввода графической информации в компьютер.

Манипулятор мышь – устройство управления манипуляторного типа.

По принципу работы манипуляторы делятся на механические,

оптомеханические и оптические. Комбинация монитора и мыши

обеспечивают диалоговый режим работы пользователя с компьютером, это

наиболее удобный и современный тип интерфейса пользователя.

Трекбол - это своеобразная "мышь вверх ногами". Он представляет

собой шарик, как правило встраиваемый в клавиатуру, который вращают

пальцами. Трекбол обычно используют в переносных компьютерах -

ноутбуках

Джойстик - манипулятор, выполняемый в виде рычажка (ручки) на

массивном основании. Джойстики, как правило используют для работы с

игровыми программами.

Графический планшет (дигитайзер или диджитайзер - англ. digitizer -

оцифровыватель)- планшет, покрытый сеткой пьезоэлементов- элементов,

вырабатывающих электрический ток при механическом воздействии. На нем

размещают лист бумаги с изображением и надавливанием на определенные

точки на нем вводят их координаты в компьютер. Дигитайзеры, как правило,

используются для ввода карт или планов в ЭВМ.

Световым пером указываются координаты определенной точки, но

непосредственно на экране дисплея.

Мониторы – устройства, которые служат для обеспечения диалогового

режима работы пользователя с компьютером путем вывода на экран

графической и символьной информации. В графическом режиме экран

58

состоит из точек (пикселей от англ. pixel - picture element, элемент картинки),

полученных разбиением экрана на столбцы и строки.

Количество пикселей на экране называется разрешающей способностью

монитора в данном режиме. В настоящее время мониторы ПК могут работать

в следующих режимах: 480х640, 600х800, 768х1024, 864х1152, 1024х1280

(количество пикселей по вертикали и горизонтали).

Разрешающая способность зависит от типа монитора и видеоадаптера.

Каждый пиксел может быть окрашен в один из возможных цветов. Стандарты

отображения цвета: 16, 256, 64К, 16М цветовых оттенков каждого пиксела.

По принципу действия все современные мониторы разделяются на:

- Мониторы на базе электронно-лучевой трубки (CRT)

- Жидкокристаллические дисплеи (LCD)

- Плазменные мониторы

Принтер - устройство для вывода информации на бумагу. Принтеры

бывают матричные, струйные, лазерные.

В матричном принтере изображение выводится на бумагу с помощью

специальной движущейся головки, в которой имеется несколько (9, 24 или 48)

иголок, наносящих удары по листу бумаги через красящую ленту.

В струйных принтерах красящее вещество (тонер) выдувается на

бумагу с помощью системы сопел. Эти принтеры обеспечивают более высокие

скорость и качество печати, позволяют создавать цветные изображения.

В лазерных принтерах изображение переносится на бумагу со

специального барабана, к участкам поверхности которого, электролизуемым

лучом лазера, притягиваются частицы красящего порошка.

Плоттер (графопостроитель)- устройство для вывода чертежей на

бумагу

В корпус компьютера обычно встраивается динамик, способный

выдавать звуковой сигнал одного тона в определенный момент времени. Для

возможности прослушивания музыки в качественном исполнении, речи,

звуковых эффектов необходимо оснастить компьютер звуковой приставкой-

специальной платой (саунд-бластером, англ. sound blaster - "выдувающий"

звук), вставляемой в системный блок (корпус) компьютера, и подключаемыми

к ней колонками. Мощный компьютер, оснащенный этими и другими

устройствами для создания звуковых эффектов называют мультимедийным

(англ. multimedia-"многие среды", т.е. возможность одновременно

использовать всемозможные способы представления информации-

текстовой, графической, звуковой, видео и пр.).

59

Модем (модулятор-демодулятор) - устройство, преобразующее

информацию к виду, в котором ее можно передавать по линиям связи, в

частности - по телефонным линиям

Сетевой адаптер (сетевая плата)- устройство, обеспечивающее

подключение компьютера к локальной компьютерной сети.

3.3 Классификация ЭВМ

Современным компьютерам предшествовали ЭВМ нескольких поколений. В

развитии ЭВМ выделяют пять поколений. В основу классификации заложена

элементная база, на которой строятся ЭВМ.

1. В 1943 году была создана вычислительная машина первого поколения

на базе электронных ламп.

2. Второе поколение (50 – 60 г.г.) компьютеров построено на базе

полупроводниковых элементов (транзисторах).

3. Основная элементная база компьютеров третьего поколения (60 – 70 г.г.)

- интегральные схемы малой и средней интеграции.

4. В компьютерах четвертого поколения (70 – по н/в) применены больших

интегральных схемах БИС (микропроцессоры). Применение

микропроцессоров в ЭВМ позволило создать персональный компьютер

(ПК), отличительной особенностью которого является небольшие

размеры и низкая стоимость.

5. В настоящее время ведутся работы по созданию ЭВМ пятого поколения,

которые разрабатываются на сверхбольших интегральных схемах.

Существует и другие различные системы классификации ЭВМ:

- По производительности и быстродействию

- По назначению

- По уровню специализации

- По типу используемого процессора

- По особенностям архитектуры

- По размерам

Рассмотрим схему классификации ЭВМ, исходя из их вычислительной

мощности и габаритов.

60

Рисунок 15 - Схема классификации ЭВМ

Суперкомпьютеры – это самые мощные по быстродействию и

производительности вычислительные машины. К суперЭВМ относятся ―Cray‖

и ―IBM SP2‖ (США). Используются для решения крупномасштабных

вычислительных задач и моделирования, для сложных вычислений в

аэродинамике, метеорологии, физике высоких энергий, также находят

применение и в финансовой сфере.

Большие машины или мейнфреймы (Mainframe). Мейнфреймы

используются в финансовой сфере, оборонном комплексе, применяются для

комплектования ведомственных, территориальных и региональных

вычислительных центров.

Средние ЭВМ широкого назначения используются для управления

сложными технологическими производственными процессами.

Мини - ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих

вычислительных комплексов, в качестве сетевых серверов.

Микро - ЭВМ — это компьютеры, в которых в качестве центрального

процессора используется микропроцессор. К ним относятся встроенные микро

– ЭВМ (встроенные в различное оборудование, аппаратуру или приборы) и

персональные компьютеры PC.

Современные персональные компьютеры имеют практически те же

характеристики, что и мини-ЭВМ восьмидесятых годов. На базе этого класса

ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов

различного уровня, используются как средство обработки информации в

информационных системах.

К персональным компьютерам относятся настольные и переносные ПК.

К переносным ЭВМ относятся Notebook (блокнот или записная книжка) и

карманные персональные компьютеры (Personal Computers Handheld -

Handheld PC, Personal Digital Assistants – PDA и Palmtop).

ЭВМ

Супер-ЭВМ Большие

ЭВМ Мини-ЭВМ Микро-ЭВМ ЭВМ сред.

производ.

Карманные

Наладонные

Блокнотные

Notebook

Персональные

PC Встроенные

ЭВМ

Настольные Desktop

61

3.4 Структурная схема и устройства персонального компьютера

Основным устройством персонального компьютера (ПК) является

материнская плата, которая определяет его конфигурацию. Все устройства

ПК подключаются к этой плате с помощью разъемов расположенных на этой

плате. Соединение всех устройств в единую систему обеспечивается с

помощью системной магистрали (шины), представляющей собой линии

передачи данных, адресов и управления.

Ядро ПК образуют процессор (центральный микропроцессор) и

основная память, состоящая из оперативной памяти и постоянного

запоминающего устройства (ПЗУ) или перепрограммируемого постоянного

запоминающего устройства ППЗУ. ПЗУ предназначается для записи и

постоянного хранения данных.

Подключение всех внешних устройств: клавиатуры, монитора, внешних

ЗУ, мыши, принтера и т.д. обеспечивается через контроллеры, адаптеры,

карты.

Контроллеры, адаптеры или карты имеют свой процессор и свою

память, т.е. представляют собой специализированный процессор.

Рисунок 16 - Структурная схема ПК

Микропроцессор

Центральный микропроцессор (небольшая микросхема, выполняющая

все вычисления и обработку информации) – это ядро ПК. В компьютерах типа

IBM PC используются микропроцессоры фирмы Intel и совместимые с ними

микропроцессоры других фирм.

Центральный микропроцессор

Схема управления шиной и портами

АЛУ Регистры УУ

Основная память

ОЗУ ППЗУ

Системная магистраль (шина)

Контроллер Видеокарта Контроллер

Контроллер

Контроллер портов

Сетевой адаптер

Клавиатура Монитор НЖМД НГМД Принтер,

мышь и т.д.

Локальная сеть

62

Компоненты микропроцессора:

- АЛУ выполняет логические и арифметические операции

- Устройство управления управляет всеми устройствами ПК

- Регистры используются для хранения данных и адресов

- Схема управления шиной и портами – осуществляет подготовку

устройств к обмену данными между микропроцессором и портом ввода

– вывода, а также управляет шиной адреса и управления.

Основные характеристики процессора:

- Разрядность – число двоичных разрядов, одновременно обрабатываемых

при выполнении одной команды. Большинство современных

процессоров – это 32 – разрядные процессоры, но выпускаются и 64 -

разрядные процессоры.

- Тактовая частота – количество циклов работы устройства за единицу

времени. Чем выше тактовая частота, тем выше производительность.

- Наличие встроенного математического сопроцессора

- Наличие и размер Кэш- памяти.

Оперативная память Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM) - область

памяти, предназначенная для хранения информации в течение одного сеанса

работы с компьютером. Конструктивно ОЗУ выполнено в виде интегральных

микросхем.

Из нее процессор считывает программы и исходные данные для

обработки в свои регистры, в нее записывает полученные результаты.

Название ―оперативная‖ эта память получила потому, что она работает очень

быстро, в результате процессору не приходится ждать при чтении или записи

данных в память.

Однако быстродействие ОЗУ ниже быстродействия регистров

процессора, поэтому перед выполнением команд процессор переписывает

данные из ОЗУ в регистры. По принципу действия различают динамическую

память и статическую. Основные параметры, которые характеризуют ОЗУ – это емкость и время

обращения к памяти.

Кэш-память Компьютеру необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной

памяти, иначе микропроцессор будет простаивать, и быстродействие

компьютера уменьшится. Поэтому современные компьютеры оснащаются

Кэш-памятью или сверхоперативной памятью.

Контроллеры

Устройства, которые осуществляют обмен информацией между

оперативной памятью и внешними устройствами называются контроллерами

или адаптерами, иногда картами. Контроллеры, адаптеры или карты имеют

63

свой процессор и свою память, т.е. представляют собой специализированный

процессор.

Контроллеры или адаптеры (схемы, управляющие внешними

устройствами компьютера) находятся на отдельных платах, которые

вставляются в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате

Системная магистраль

Системная магистраль (шина) - это совокупность проводов и

разъемов, обеспечивающих объединение всех устройств ПК в единую систему

и их взаимодействие.

Для подключения контроллеров или адаптеров современные ПК

снабжены такими слотами (разъѐмами) как PCI. Слоты PCI – E Express для

подключения новых устройств к более скоростной шине данных. Слоты AGP

предназначены для подключения видеоадаптера

Для подключения накопителей (жестких дисков и компакт-дисков)

используются интерфейсы IDE и SCSI. Интерфейс – это совокупность средств

соединения и связи устройств компьютера.

Подключение периферийных устройств (принтеры, мышь, сканеры и

т.д.) осуществляется через специальные интерфейсы, которые называются

портами. Порты устанавливаются на задней стенке системного блока.

Слоты (разъемы) расширения конфигурации ПК предназначены для

подключения дополнительных устройств к основной шине данных

компьютера. К основным платам расширения, предназначенным для

подключения к шине дополнительных устройств, относятся:

Видеоадаптеры (видеокарты)

Звуковые платы

Внутренние модемы

Сетевые адаптеры (для подключения к локальной сети)

SCSI – адаптеры

Технические характеристики персонального компьютера.

Для оценки возможностей вычислительной машины необходимо знать ее

технические характеристики:

1) тип процессора. Компьютер на базе процессора более современного типа

будет при всех прочих равных условиях производительнее, чем машины на

базе процессоров старых типов.

2) тактовая частота. Это основная характеристика быстродействия

компьютера. Компьютер сводит выполнение всех операций к большому

числу простейших действий. Такт - промежуток времени, необходимый для

выполнения одной простейшей машинной операции. Тактовая частота-

количество тактов в секунду. Очевидно, чем больше это число, тем быстрее

64

работает компьютер. Тактовая частота измеряется в герцах. 1 герц равен 1

такту в секунду. Современные компьютеры работают на тактовых частотах в

несколько десятков или сотен МегаГерц, то есть выполняют несколько

десятков или сотен миллионов простейших машинных операций за одну

секунду.

3) разрядность - объем информации, передаваемый по шине за 1

машинный такт. Иными словами, разрядность - ширина канала передачи

данных. Разрядность можно сравнить с шириной магистрали, по которой

движется поток автомашин. Если она узкая, поток машин растянется, и чтобы

проехать до нужного пункта потребуется много времени, если магистраль

широкая - значительно меньше. Разрядность связана с типом процессора и

материнской платы. Например, первый микропроцессор фирмы INTEL 8008

имел разрядность 4 бита, а процессор PENTIUM - 32 бита.

4) объем оперативной памяти. Он определяет возможность запуска на

ЭВМ тех или иных программ. В оперативной памяти хранится

обрабатываемая в данный момент информация. Ее объем должен быть

достаточным для этого. Если это не так, соответствующие программы не

смогут быть запущены на данной машине. Поэтому при описании программ

всегда указывают, какой должен быть объем оперативной памяти, чтобы

можно было запустить данную программу. В первых ПК фирмы IBM (1981 г.)

максимальный объем оперативной памяти был установлен равным 640 Кбайт.

В настоящее время объем оперативной памяти достигает нескольких десятков

Мегабайт.

5) характеристики периферийных устройств. Все предыдущие

характеристики касались устройств, находящихся на материнской плате. К

характеристикам периферийных устройств относятся емкость жесткого диска,

число и типы дисководов для дискет, тип дисплея и объем видеопамяти, тип и

скорость печати принтера, быстродействие модема и т.д.

3.5 Компьютерные сети

На сегодняшний день в мире существует более 130 млн. компьютеров и

более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные

сети - от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей.

Компьютерные сети (англ, network) -это совокупность ЭВМ,

распределенных на некоторой территории и взаимосвязанных для

совместного использования ресурсов (данных, программ и аппаратных

компонентов).

65

Преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных

компьютеров следующие:

- Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы,

например, управлять периферийными устройствами, такими, как печатающие

устройства, внешние устройства хранения информации, модемы и т.д. со всех

подключенных рабочих станций.

- Разделение данных предоставляет возможность доступа и

управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в

информации.

- Разделение программных средств предоставляет возможность

одновременного использования централизованных, ранее установленных

программных средств.

- Разделение ресурсов процессора, обеспечивающее использование

вычислительных мощностей для обработки данных другими системами,

входящими в сеть.

- Многопользовательский режим - одновременное использование

централизованных прикладных программных средств, обычно заранее

установленных на сервере приложения.

Практически все услуги сети построены на принципе клиент-сервер.

Сервером в сети называется компьютер, способный предоставлять

клиентам (по мере прихода от них запросов) некоторые сетевые услуги.

Сервер - это обыкновенный, но достаточно мощный компьютер, на

котором устанавливается специальное программное обеспечение. Остальные

машины в таких сетях называют рабочими станциями. Часто встречаются

локальные сети с одним сервером.

Взаимодействие клиент-сервер строится обычно следующим образом.

По приходу запросов от клиентов сервер запускает различные программы

предоставления сетевых услуг. По мере выполнения запущенных программ

сервер отвечает на запросы клиентов. Все программное обеспечение сети

также можно поделить на клиентское и серверное. При этом программное

обеспечение сервера занимается предоставлением сетевых услуг, а клиентское

программное обеспечение обеспечивает передачу запросов серверу и

получение ответов от него.

Виды компьютерных сетей

Существующие сети принято в настоящее время делить в первую

очередь по территориальному признаку:

66

1. Локальные сети (LAN - Locate Area Network). Такая сеть охватывает

небольшую территорию с расстоянием между отдельными

компьютерами до 10 км. Обычно такая сеть действует в пределах

одного учреждения.

2. Глобальные сети (WAN - Wide Area Network). Такая сеть охватывает,

как правило, большие территории (территорию страны или нескольких

стран). Компьютеры располагаются друг от друга на расстоянии

десятков тысяч километров.

3. Региональные сети. Подобные сети существуют в пределах города,

района. В настоящее время каждая такая сеть является частью

некоторой глобальной сети и особой спецификой по отношению к

глобальной сети не отличается.

Локальная вычислительная сеть

Под локальной вычислительной сетью (ЛВС) понимают совместное

подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих

станций) к единому каналу передачи данных. Самая простая сеть состоит, как

минимум, из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это

позволяет им использовать данные совместно

Архитектура сети описывает физическое расположение сетевых

устройств, тип используемых адаптеров и кабелей, а также определяет методы

передачи данных по каналам связи. Существуют два основных типа сетей:

одноранговые и сети на основе сервера. В одноранговой сети все

компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет

выделенного сервера. В такой сети каждый компьютер функционирует и как

клиент, и как сервер. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные

на своем компьютере сделать общедоступными по сети. Если к сети

подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры

выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно

производительной. Поэтому большинство сетей использует выделенные

серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует

только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Выделенные серверы специально оптимизированы для быстрой обработки

запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов.

Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие

качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера.

67

Пример локальной централизованной компьютерной сети с шинной

топологией:

Рисунок 17 - Пример локальной централизованной компьютерной сети

Как видно из схемы, сервер обеспечивает пользователям на остальных

машинах (рабочих станциях) доступ к информации на дисковых накопителях,

принтеру и выход к другим вычислительным системам через линию связи.

Базовая модель Open System Interconnection

Все ЛВС работают в одном стандарте, принятом для компьютерных

сетей - в стандарте Open Systems Interconnection (OSI).

Так же, как люди, чтобы взаимодействовать, используют общий язык,

так и для обеспечения взаимодействия компьютеров, объединенных в сеть,

используются соответствующие средства. Для единого представления данных

в линиях связи, по которым передается информация Международной

организацией по стандартизации (англ. ISO - International Standards

Organization) в 1984 г. разработана базовая модель взаимодействия

открытых систем OSI. Эта модель является международным стандартом для

передачи данных. Как представлено на рисунке 18, она содержит семь

уровней:

68

Рисунок 18 - Уровни управления ЛВС

Назначение каждого уровня модели взаимодействия открытых систем

заключается в следующем.

На физическом уровне осуществляются соединения с физическим

каналом, разрыв связи, управление каналом, а также определяется скорость

передачи данных и топология сети.

На канальном уровне осуществляется обрамление передаваемых

массивов информации вспомогательными символами и контроль

передаваемых данных. В ЛВС передаваемая информация разбивается на

несколько пакетов или кадров. Каждый пакет содержит адреса источника и

места назначения, а также средства обнаружения ошибок.

Сетевой уровень определяет маршрут передачи информации между

сетями, отдельными компьютерами, обеспечивает обработку ошибок, а также

управление потоками данных. Основная задача сетевого уровня -

маршрутизация данных (передача данных между сетями). Специальные

устройства - маршрутизаторы (Router) определяют для какой сети

предназначено то или другое сообщение, и направляют эту посылку в

заданную сеть. Для определения абонента внутри сети используется адрес

69

узла. Для определения пути передачи данных между сетями на

маршрутизаторах строятся таблицы маршрутов, содержащие

последовательность передачи данных через маршрутизаторы. Каждый

маршрут содержит адрес конечной сети, адрес следующего маршрутизатора

Транспортный уровень обеспечивает связывание нижних уровней

(физический, канальный, сетевой) с верхними уровнями, которые реализуются

программными средствами. Этот уровень как бы разделяет средства

формирования данных в сети от средств их передачи.

На сеансовом уровне осуществляется управление сеансами связи

между двумя взаимодействующими пользователями (определяется начало и

окончание сеанса связи: нормальное или аварийное; время, длительность и

режим сеанса связи; определяются точки синхронизации для промежуточного

контроля и восстановления при передаче данных; восстанавливается

соединение после ошибок во время сеанса связи без потери данных).

На представительском уровне осуществляются управление

представлением данных в необходимой для программы пользователя форме,

генерация и интерпретация взаимодействия процессов,

кодирование/декодирование данных, в том числе компрессия и декомпрессия

данных. На рабочих станциях могут использоваться различные операционные

системы, каждая из которых может иметь свою файловую систему, свои

форматы хранения и обработки данных. Задачей данного уровня является

преобразование данных при передаче информации в формат, который

используется в информационной системе. При приеме данных уровень их

представления выполняет обратное преобразование. Таким образом,

появляется возможность организовать обмен данными между станциями, на

которых используются различные операционные системы.

Компрессия или упаковка данных сокращает время их передачи.

Кодирование передаваемой информации обеспечивает ее защиту от перехвата.

Прикладной уровень управляет прикладными сетевыми программами,

обслуживающими файлы, а также выполняет вычислительные,

информационно-поисковые работы, логические преобразования информации,

передачу почтовых сообщений и т.п. Главная задача этого уровня - обеспечить

удобный интерфейс для пользователя.

На разных уровнях обмен происходит различными единицами

информации: биты, кадры, пакеты, сеансовые сообщения,

пользовательские сообщения.

Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню

отводится конкретная роль, в том числе и транспортной среде. Благодаря

этому общая задача передачи данных разделяется на отдельные легко

обозримые задачи.

Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше- и

нижерасположенными называют протоколом.

70

Отдельные уровни базовой модели проходят в направлении вниз от

источника данных (от уровня 7 к уровню 1) и в направлении вверх от

приемника данных (от уровня 1 к уровню 7). Пользовательские данные

передаются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для

уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень.

На приемной стороне поступающие данные анализируются и по мере

надобности передаются далее в вышерасположенный уровень, пока

информация не будет передана в пользовательский прикладной уровень.

Протокол передачи данных

При передаче файлов требуется, чтобы оба компьютера, связывающиеся

друг с другом, договорились об общем протоколе.

Протоколом называется набор правил и описаний, которые

регулируют передачу информации.

Наиболее совершенным и распространенным протоколом из всех

доступных на сегодняшний день является TCP/IP (Transmission Control

Protocol/Internet Protocol). Он обеспечивает сетевое взаимодействие

компьютеров, работающих под управлением сетевой операционной системы,

и возможность подключения к ним различных сетевых устройств. Все

современные операционные системы поддерживают протокол TCP/IP, и почти

все крупные сети используют его для обеспечения большей части своего

трафика. Также протокол TCP/IP является стандартным для Интернета.

Топологии вычислительных сетей

Топология типа «звезда»

В сети в виде звезды компьютер-сервер получает и обрабатывает все

данные с компьютеров - рабочих станций. Вся информация между двумя

любыми рабочими станциями проходит через центральный узел

вычислительной сети.

Рисунок 19 - Сеть в виде звезды

71

Каждая рабочая станция связана с узлом, поэтому пропускная

способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Топология в виде звезды является

наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей,

поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через

центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным

линиям, используемым только этими рабочими станциями. Вся

вычислительная сеть может управляться из ее центра. Недостатком такой

топологии является нарушение работы всей сети в случае выхода из строя

центрального узла.

Топология типа «кольцо»

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой

по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с

рабочей станцией 4 и т.д., как показано на рисунке 20. Последняя рабочая

станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

В сети кольцевой топологии сообщения циркулируют регулярно по

кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу

информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка

сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений

можно отправлять «в дорогу» по кабельной системе одно за другим. Очень

просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность

передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих

станций, входящих в вычислительную сеть.

Рисунок 20 - Сеть в виде кольца

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что

каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке

информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть

72

парализуется. Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного

выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть

разомкнуто.

Шинная топология

При шинной топологии (рисунке 21) среда передачи информации

представляется в форме общей магистрали, к которой должны быть

подключены все рабочие станции. При этом все рабочие станции могут

непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в

сети.

Рисунок 21 - Сеть шинной топологии

Особенностью такой топологии сети является то, что функционирование

сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции, а рабочие станции в

любое время без прерывания работы всей вычислительной сети могут быть

подключены к ней или отключены.

Благодаря тому, что рабочие станции можно подключать без

прерывания сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко

прослушивать информацию, т.е. ответвлять информацию из

коммуникационной среды.

Древовидная структура сети

Наряду с известными топологиями вычислительных сетей «кольцо»,

«звезда» и «шина» на практике применяется и комбинированная древовидная

структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных

топологий вычислительных сетей.

Основание дерева вычислительной сети (корень) располагается в точке,

в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева).

Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где

невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в

чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций

соответственно адаптерным платам применяют сетевые усилители и/или

73

коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями

усилителя, называют активным концентратором.

Рисунок 22 - Сеть с древовидной топологией

Сетевые устройства и средства коммуникаций

Среда передачи данных. Когда данные готовятся к пересылке по сети,

они преобразуются в электрический сигнал. Эти сигналы генерируются в виде

электромагнитных волн (аналоговый сигнал) или в виде пульсаций

напряжения (цифровой сигнал). Для пересылки с одного компьютера на

другой сигнал должен быть физически передан из одного места в другое.

Физический путь, по которому передается сигнал, и определяется

существующей средой передачи. Сигнал поступает в среду передачи с

компьютера-передатчика, передается по среде передачи и затем принимается

компьютером-приемником. В настоящее время существуют два типа среды

передачи: кабельная и беспроводная.

Кабельные среды передачи данных обеспечивают передачу сигнала по

строго определенному пути. Наиболее широко используемые в настоящее

время кабельные среды передачи данных представлены кабелями следующих

типов: витая пара, коаксиальный кабель и оптический кабель.

74

В беспроводных средах передачи сигналы могут передаваться с

использованием различного рода излучений, например, радиоволны,

микроволновое излучение, инфракрасное излучение и т.п. В сети полезный

сигнал всегда передается в виде волн с использованием той или иной среды

передачи.

Устройства приема/передачи данных

Устройства приема/передачи данных подключаются к среде передачи,

формируют сигнал в среде при его передаче отправляющим компьютером и

принимают его из среды передачи на принимающей стороне. Все устройства

приема/передачи характеризуются по типу используемой среды передачи и

отличаются скоростью передачи данных и выполняемыми ими

дополнительными функциями.

Примерами таких устройств могут служить: сетевые карты, повторители,

концентраторы, коммутаторы, радиоприемники/передатчики,

приемники/передатчики инфракрасного излучения и т.п.

Программное обеспечение связи

В процессе обмена информацией между компьютерами ключевую роль

играет программное обеспечение связи. Программа, выполняющая

предоставление соответствующего набора сетевых услуг, рассматривается в

качестве сервера, а программы, пользующиеся этими услугами, принято

называть клиентами. Программы имеют распределенный характер, т.е. одна

часть функций прикладной программы реализуется в программе-клиенте,

другая - в программе-сервере, а для их взаимодействия определяется

некоторый протокол. Для управления взаимодействием между приложениями

пользователя и ресурсами компьютера каждая рабочая станция в сети должна

иметь операционную систему.

Существует множество различных операционных систем (ОС)

пользователя, при использовании которых приложения могут осуществлять

доступ к файлам на локальных дисках, изображать информацию на экране

монитора, выполнять печать документов на локальных принтерах и т.п. Эти

операционные системы контролируют доступ приложений к ресурсам

компьютера, таким, как память, средства хранения данных, жесткие и гибкие

диски, и любым периферийным устройствам (принтерам, факсам, модемам и

т.д.). ОС пользователя также предоставляет базовые сетевые средства,

предоставляя возможность пользователям локальной сети обмениваться

информацией между компьютерами.

Основное направление развития современных сетевых операционных

систем (англ. Network Operation System - NOS) - перенос вычислительных

операций на рабочие станции, создание систем с распределенной обработкой

данных. Это в первую очередь связано с ростом вычислительных

75

возможностей персональных компьютеров и все более активным

внедрением мощных многозадачных операционных систем:

Адресация компьютеров в сети

Каждый компьютер в компьютерной сети имеет имя. Для этого служит так

называемая IP (Internet Ргоtосоl)-адресация.

IP-адрес - это уникальный номер компьютера в сети. IP-адрес определяет

местонахождение узла в сети подобно тому, как адрес дома указывает его

расположение в городе. IP-адрес может быть «статический - неизменный» или

«динамический - выдается сервером». Каждый IP-адрес состоит из двух

частей - идентификатора сети и идентификатора узла.

Первый определяет физическую сеть. Он одинаков для всех узлов в

одной сети и уникален для каждой из сетей, включенных в объединенную

сеть.

Идентификатор узла соответствует конкретной рабочей станции,

серверу, маршрутизатору или другому TCP/IP-узлу в данной сети. Он должен

иметь уникальное значение в данной сети. Каждый узел TCP/IP однозначно

определяется по своему логическому IP-адресу. Такой уникальный адрес

необходим всем сетевым компонентам, взаимодействующим по TCP/IP

(Transmission Control Protocol/Internet Protocol).

IP-адрес может быть записан в двух форматах - двоичном и десятичном с

точками. Каждый IP-адрес имеет длину 32 бита и состоит из четырех 8-

битных полей, называемых октетами, которые отделяются друг от друга

точками. Каждый октет представляет десятичное число в диапазоне от 0 до

255. Эти 32 разряда IP-адреса содержат идентификатор сети и узла, например

192.168.0.2 - адрес компьютера в учебном классе, 194.226.80.160 - адрес

сервера органов государственной власти Российской Федерации (www.gov.ru),

213.180.194.129 - поисковый сервер (www.yandex.ru).

Сообщество Интернета определило пять классов IP-адресов в соответствии

с различными размерами компьютерных сетей. Microsoft TCP/IP

поддерживает адреса классов А, В и С. Класс адреса определяет, какие биты

относятся к идентификатору сети, а какие - к идентификатору узла. Также он

определяет максимально возможное количество узлов в сети.

Класс IP-адреса идентифицируют по значению его первого октета, 32-

разрядные IP-адреса могут быть присвоены в общей совокупности 3720314628

узлам.

Ниже показано, как определяются поля в IP-адресах разных классов.

76

Класс IP-адрес Идентификатор сети Идентификатор узла

А W.X.Y.Z W X.Y.Z

В W.X.Y.Z W.X Y.Z

С W.X.Y.Z W.X.Y Z

Адреса класса А назначаются узлам очень большой сети. Старший бит в

адресах этого класса всегда равен нулю. Следующие семь бит первого октета

представляют идентификатор сети. Оставшиеся 24 бита (три октета) содержат

идентификатор узла. Это позволяет иметь 126 сетей с числом узлов до 17 млн.

в каждой.

Адреса класса В назначаются узлам в больших и средних по размеру

сетях. В двух старших битах IP-адреса класса В записывается двоичное

значение 10. Следующие 14 бит содержат идентификатор сети (два первых

октета). Оставшиеся 16 бит (два октета) представляют идентификатор узла.

Таким образом, возможно существование 16384 сетей класса В, в каждой из

которых около 65000 узлов.

Адреса класса С применяются в небольших сетях. Три старших бита IP-

адреса этого класса содержат двоичное значение 110. Следующие 21 бит

составляет идентификатор сети (первые три октета). Оставшиеся 8 бит

(последний октет) отводятся под идентификатор узла. Всего возможно около

2000000 сетей класса С, содержащих до 254 узлов.

Адреса класса D предназначены для рассылки групповых сообщений.

Класс Е - экспериментальный. Он зарезервирован для использования в

будущем и в настоящее время не применяется. Четыре старших бита адресов

класса Е равны 1111.

В основе устройства интернета лежит система клиент-сервер.

Информация в сети находится на огромном множестве серверов,

разбросанных по всему миру. Для обращения к ним и просмотра получаемой

оттуда информации на компьютерах у пользователей сети устанавливаются

специальные программы-клиенты (браузеры).

Серверы, как правило, принадлежат крупным фирмам, информационным

агентствам, органам власти, клубам по интересам, учебным заведениям и т.д.

Каждый сервер интернета имеет свой электронный адрес. Эти адреса

называют доменными, поскольку они состоят из названий доменов (англ.

domain-область, регион)- совокупности компьютеров, к которым принадлежит

данный компьютер(ИНТЕРНЕТ). Имена доменов состоят из сегментов,

названия которых записываются справа налево и разделяются точками, т.е.

77

слева находится имя компьютера, справа имя домена первого уровня,

соответствующего стране или, реже, какой-либо другой большой группе

серверов. Например, имя домена ru означает Россия, ua- Украина, au-

Австралия, edu- образовательные учреждения, com-коммерческие

организации. Например:

Понятно, что в Интернете не существует компьютера, который знал бы

адреса всех других компьютеров в сети и способов соединения с ними. Это

невозможно, также как невозможно существование всемирной телефонной

книги. Однако существуют специальные DNS-серверы (англ. Domain Name

Service-служба доменных имен), распределенные по всему миру, каждый из

которых отвечает за какую-то часть сети. Компьютер, подключенный к

Интернету, при необходимости найти какой-то другой компьютер связывается

с одним DNS-сервером. Если нужный Вам адрес не будет найден на этом

DNS-сервере, последний "обратится" к другим DNS-серверам, те - к

следующим, и т.д. Таким образом, Ваш запрос за считанные секунды может

облететь весь мир.

Для поиска нужной информации в сети используется адрес ресурса

(URL-адрес, англ. Uniform Resource Locator), содержащий имя протокола по

которому нужно обращаться к требуемой информации, адрес сервера и имя

файла на этом сервере, например:

Имена файлов на интернетовских серверах, как правило, выглядят

непривычно. Это связано с тем, что серверы чаще всего работают под

управлением операционной системы UNIX.

Что касается протоколов, в Интернете используются несколько типов

протоколов, появлявшихся с течением времени и развитием компьютерных

технологий. К ним относятся файловый протокол ftp, протокол

телеконференций usenet, протокол баз данных wais, протокол gopher и др.

78

В настоящее время наибольшую популярность приобрел

гипертекстовый протокол. Указанием на него в адресе ресурса является

обозначение HTTP (англ.Hyper Text Transfer Protocol, гипертекстовый

протокол передачи данных).

Организация инфомации в интернете в таком виде, когда файлы связаны

между собой информационными связями в виде гипертекстовых ссылок,

называется всемирной паутиной и обозначается WWW. Важно понять, что под

"паутиной" подразумеваются не линии связи, по которым идет сигнал, а связи

информационные.

Набор файлов на одном сервере, связанных между собой по смыслу и

тесно переплетенных между собой гипертекстовыми ссылками

называется страницей или сайтом. Например, страница Интернета может

содержать информацию о фирме, человеке, футбольной команде,

музыкальном ансамбле и т.п. Страница имеет свой "входной" файл-

титульный лист (англ. home page), адрес которого распространяется через

каталоги и рекламу в качестве адреса всей страницы. Титульный лист

содержит гипертекстовые ссылки на связанные по смыслу остальные

составные части страницы, с помощью которых можно легко к ним перейти и

найти нужную информацию.

3.6 Основы создания HTML страниц

Появление и развитие «всепланетной» компьютерной сети Internet

внесло существенные изменения в жизнь многих людей. Человечество не

только получило качественно новое средство связи, объединяющее народы, но

и более того, Сеть стала, в определенном смысле, образом нашей жизни.

Кроме просто удобства оперативно получать самую свежую информацию и

общаться по Сети, люди все более ощущают практическую пользу,

приносимую компьютерной связью. В Internet можно рекламировать и

продавать товары и услуги, искать работу, учиться, можно заявить о себе

всему миру, бронировать места в гостиницах, самолетах и делать множество

других полезных дел. Так уж получается — сейчас люди должны осваивать

работу в Сети, чтобы идти в ногу со временем.

Наиболее важным и основополагающим аспектом работы с Сетью

является применение HTML (HyperText Markup Language) — языка разметки

гипертекста. HTML — это не только язык разметки гипертекста, но и

разноплановое явление, включающее в себя Internet и локальные сети,

редакторы, браузеры, разнообразные программные продукты, компакт-диски,

моду, дизайн и многое другое.

79

Понятие HTML включает в себя различные способы оформления Web-

страниц, дизайн, гипертекстовые редакторы, браузеры и многое другое.

Человек, изучивший этот язык, обретает возможность делать сложные вещи

простыми способами и, главное, быстро, а это в компьютерном мире значит не

так уж и мало.

Гипертекст как нельзя лучше подходит для включения элементов

мультимедиа в традиционные документы. Практически, именно благодаря

развитию гипертекста большинство пользователей получило возможность

создавать собственные мультимедийные продукты. Такие информационные

системы, выполненные в виде наборов HTML-страниц, не требуют разработки

специальных программных средств, так как все необходимые инструменты

для работы с данными (Web-браузеры) стали частью стандартного

программного обеспечения большинства персональных компьютеров. При

таком подходе от пользователя требуется выполнить только ту работу,

которая непосредственно относится к тематике разрабатываемого продукта:

подготовить тексты, нарисовать рисунки, создать Web-страницы и продумать

связи между ними. HTML является основой моды в Internet. Все, что

обсуждается на страницах интернетовских журналов в Сети, в телевизионных

передачах, посвященных Internet, так или иначе связано с языком разметки

гипертекста: и красивые картинки, и интерактивность Web-страниц, и бизнес,

и игры, и многое-многое другое. Пользователь, игнорирующий Internet,

добровольно обрекает себя на отлучение от целого мира.

HTML, как основа создания Web-страниц, имеет прямое отношение и к

новому направлению изобразительного искусства — Web-дизайну.

Художнику в Internet недостаточно просто нарисовать красивые картинки,

оригинальный логотип, создать новый фирменный стиль. Он должен еще

разместить все это в Сети, продумать связи между отдельными Web-

страницами, чтобы все двигалось, откликалось на действия пользователя,

поражало воображение неискушенных, а у приверженцев Сети вызывало

желание создать что-нибудь свое, оригинальное в этой области.

Терминология

Существует огромное количество терминов, которые соответствуют по

произношению английским словам. Гипертекст породил много специальных

терминов.

Элемент (element) — конструкция языка HTML. Это контейнер,

содержащий данные и позволяющий отформатировать их определенным

образом. Любая Web-страница представляет собой набор элементов. Одна из

основных идей гипертекста — возможность вложения элементов.

Тег (tag) — стартовый или конечный маркеры элемента. Теги

определяют границы действия элементов и отделяют элементы друг от друга.

80

В тексте Web-страницы теги заключаются в угловые скобки, а конечный тег

всегда снабжается косой чертой.

Атрибут (attribute) — параметр или свойство элемента. Это, по сути,

переменная, которая имеет стандартное имя и которой может присваиваться

определенный набор значений: стандартных или произвольных.

Предполагается, что символьные значения атрибутов заключаются в прямые

кавычки, но некоторые браузеры позволяют не использовать кавычки. Это

объясняется тем, что тип атрибута всегда известен заранее. Атрибуты

располагаются внутри стартового тега и отделяются друг от друга пробелами.

Гиперссылка — фрагмент текста, который является указателем на

другой файл или объект. Гиперссылки необходимы для того, чтобы

обеспечить возможность перехода от одного документа к другому.

Фрейм — область гипертекстового документа со своими полосами

прокрутки. Эта конструкция является нововведением в HTML.

HTML-файл или HTML-страница — документ, созданный в виде

гипертекста на основе языка HTML. Такие файлы имеют, как правило,

расширения .htm или .html. В гипертекстовых редакторах и браузерах эти

файлы имеют общее название «документ».

Апплет (applet) — программа, передаваемая на компьютер клиента в

виде отдельного файла и запускаемая при просмотре Web-страницы.

Скрипт (script) — программа, включенная в состав Web-страницы для

расширения ее возможностей.

Расширение (extension) — элемент, не входящий в официальную

спецификацию языка, но часто использующийся на практике, способ создания

нового интересного эффекта форматирования.

CGI (Common Gateway Interface) — общее название для программ,

которые, работая на сервере, позволяют расширить возможности Web-

страниц. Например, без таких программ невозможно создание интерактивных

страниц.

Код — аналог понятия «текст программы».

Код HTML — гипертекстовый документ в своем изначальном виде,

когда видны все элементы и атрибуты, то есть, по сути дела, текстовый файл,

содержащий набор элементов HTML.

World Wide Web, WWW, Web — Всемирная Паутина, распределенная

система доступа к гипертекстовым документам, существующая в Internet.

81

HTML является основным языком для создания документов в WWW. Изучая

его, мы фактически изучаем часть этой системы, хотя область применения

языка намного шире.

Web-страница — документ (файл), подготовленный в формате

гипертекста и размещенный в World Wide Web.

Сайт (site) — набор Web-страниц, принадлежащих одному владельцу.

Браузер (browser) — программа для просмотра Web-страниц.

Пользовательский агент (user agent) — браузер или другая программа,

работающая на компьютере-клиенте.

Загрузка (downloading) — копирование файлов с сервера на компьютер-

клиент.

URL (Uniform Resource Locator) — адрес некоторого объекта в Internet.

Типичный URL для WWW имеет вид:

http://www.название.домен/имя файла

где название — это часть адреса, который часто употребляется для

обозначения владельца сайта, а домен — обозначение крупного «раздела»

Internet: страны, области деятельности и т. д. URL используются для того,

чтобы указать конкретную Web-страницу или графический файл в

гиперссылках, а так же везде, где требуется однозначно определить

месторасположение Web-страницы или файла.

Базовый URL — часть адреса, которая является общей для всех ссылок

текущей Web-страницы.

Базовый цвет. Каждый цветовой оттенок на экране монитора

получается соединением трех базовых цветов: красного, зеленого и синего.

Цветовой канал. Величина интенсивности красного, зеленого или

синего цвета на экране монитора. Цвет каждого пикселя определяется как

комбинация этих трех величин.

Гамма-коррекция. Создание нелинейной зависимости между реальной

интенсивностью базового цвета и полученной яркостью на экране монитора.

Изображения, полученные без гамма-коррекции, оказываются более темными,

так как монитор воспроизводит различные градации яркости нелинейно по

отношению к их числовому выражению.

82

Основные теги языка HTML используемые при создании WEB страниц

Тег Описание

<!– – … – –> Определяет комментарий, который игнорируется браузером.

<COMMENT>

Общая структура web-страницы, оформление и параметры умолчания

<HTML> Является контейнером, который заключает в себе все содержимое web- страницы.

<BODY> Является контейнером, который заключает в себе видимые теги, использу-

емые для хранения информации, являющейся содержанием web-страницы.

<HEAD>

Является контейнером, который заключает в себе невидимые теги, используемые для хранения информации, предназначенной для браузеров и

поисковых систем.

<STYLE>

Является контейнером, который заключает в себе таблицу стилей. Разрешается использовать тег один раз в контейнере <HEAD>. Таблица

стилей состоит из записей, каждая из которых ставит в соответствие тегу

некоторый набор атрибутов, описывающих как этот тег должен

отображаться в браузере. Запись имеет структуру:

Тег { атрибут : значение ; ...... ; атрибут : значение ; }

<ADDRESS>

Является контейнером, который заключает в себе теги определяющие авторское право на web-страницу. Он может содержать текст, картинки,

ссылки, выделения.

<META>

Определяет информацию, используемую в поисковых системах и браузерах. Разрешается использовать несколько таких тегов, размещенных в

контейнере <HEAD>.

<BASE>

Инструктирует браузер относительно полного базового адреса текущей web-страницы. Тег предназначен для использования относительных

адресов в web-страницах, которые должны переноситься в другую папку

или на другой компьютер без потери взаимной связи. Разрешается

использовать тег один раз в контейнере <HEAD>.

<BASEFONT>

Определяет шрифт, размер и цвет текста по умолчанию, используемые во всем документе за исключением тега <FONT>. Допускается использование

тега в контейнере <HEAD> или <BODY>. Многократное применение тега

позволяет изменять шрифт для отдельных частей web-страницы.

<TITLE>

Определяет заголовок документа. Тег не является частью документа. Обычно текст заголовка отображается в левом верхнем углу окна браузера.

Разрешается использовать тег один раз в контейнере <HEAD>.

Логическая структура содержания web-страницы

<P> Определяет параграф текста и ассоциирует с ним некоторое оформление. Позволяет задавать выравнивание текста внутри параграфа.

<BR> Определяет возврат каретки или новую строку внутри параграфа.

<H1> Определяет заголовок первого уровня.

Каждый заголовок является

самостоятельным параграфом и

имеет индивидуальное

оформление.

<H2> Определяет заголовок второго уровня.

<H3> Определяет заголовок третьего уровня.

<H4> Определяет заголовок четвертого уровня.

<H5> Определяет заголовок пятого уровня.

<H6> Определяет заголовок шестого уровня.

<HR> Определяет горизонтальный разделитель между параграфами. Позволяет задать толщину, ширину, выравнивание и цвет линии разделителя.

83

Форматирование текста web-страницы

<B> Определяет жирный текст.

<I> Определяет курсивный текст.

<U> Определяет подчѐркнутый текст.

<S> Определяет зачѐркнутый текст.

<SUB> Определяет текст в виде нижнего индекса.

<SUP> Определяет текст в виде верхнего индекса.

<BIG> Определяет текст, размер которого увеличен на единицу относительно размера, используемого по умолчанию.

<SMALL> Определяет текст, размер которого уменьшен на единицу относительно размера, используемого по умолчанию.

<TT> Определяет текст в моноширинном шрифте.

<FONT> Определяет шрифт, размер и цвет текста.

<SPAN>

Определяет нестандартные атрибуты текста или специфическое оформление текста в контексте описания. Обычно используется совместно с

таблицей стилей.

Фрагменты web-страницы специального назначения

<CENTER> Определяет выравнивание по центру всего содержимого, заключенного в него, относительно родительского элемента.

<STRONG>

Определяет особую значимость всего содержимого, заключенного в него. Браузеры обычно отображают текст этого тега жирным шрифтом. Тег

часто используется для выделения понятий и терминов по тексту.

<EM>

Определяет акцентирование всего содержимого, заключенного в него. Браузеры обычно отображают текст этого тега курсивным шрифтом. Тег

часто используется для выделения важных формулировок по тексту.

<LISTING>

Определяет листинг чего-либо. Это может быть программный код, скрипт, протокол работы, консольный интерфейс, содержание лога, и т.д.

Браузеры обычно отображают его содержимое моноширинным шрифтом

уменьшен-ного размера.

<CODE> Определяет программный код (только код). Браузеры обычно отображают его содержимое моноширинным шрифтом уменьшенного размера.

<SAMP> Определяет пример чего-либо. Браузеры обычно отображают его содержимое моноширинным шрифтом.

<PRE>

Определяет блок предварительно форматированного текста. Такой текст отображается обычно моноширинным шрифтом со всеми пробелами,

табуляциями и переносами строк. Для любого другого тега, любое

количество пробелов, табуляций, переносов строк идущих подряд в html-

коде web-страницы, браузеры отображают как один пробел. Тег <PRE>

отключает этот стандартный режим и позволяет отображать текст так, как он

введен разработчиком.

<NOBR>

Определяет блок текста без переносов строк. По умолчанию, браузеры игнорируют переводы строк в тексте и отображают текст выровненным по

левому краю окна. При этом браузеры автоматически расставляют переводы

строк так, чтобы текст полностью поместился по ширине окна. Тег <NOBR>

заставляет браузер отображать заключенный в него текст без переносов,

одной строкой, отключая автоматический перенос. Если текст длинный, то

это приводит к появлению горизонтальной полосы прокрутки.

Списковые структуры web-страницы

84

<UL>

Определяет маркированный список, состоящий из элементов. Каждый элемент списка должен начинаться с тега <LI>. Позволяет задавать символ

маркировки.

<OL>

Определяет нумерованный список, состоящий из элементов. Каждый элемент списка должен начинаться с тега <LI>. Позволяет задавать способ

нумерации 1 | A | a | I | i и стартовое значение индекса.

<LI>

Определяет элемент маркированного или нумерованного списка. Браузер автоматически маркирует или нумерует элемент в зависимости от того, в

каком теге он заключен <UL> или <OL>. Если в список нужно вставить

немаркированный и ненумерованный элемент (например, пояснение к

пункту списка), то необходимо использовать тег <P> внутри списка.

Браузер автоматически выравнивает такой параграф по граница списка.

<DL> Определяет список терминов (понятий, определений). Каждый термин задаѐтся в нѐм парой тегов <DT> и <DD>.

<DT> Определяет термин в списке тега <DL>. Сразу за объявлением термина должно следовать его описание с помощью тега <DD>.

<DD> Определяет разъяснение или описание термина, объявленного перед ним тегом <DT> в списке тега <DL>.

Табличные структуры web-страницы

<TABLE>

Является контейнером для элементов, определяющих содержимое таблицы, и определяет атрибуты таблицы. Таблица состоит из строк,

столбцов и ячеек, которые определяется тегами внутри контейнера.

<TR> Определяет одну строку таблицы и должен размещаться внутри тега <TABLE>. Тег позволяется задавать индивидуальное оформление строки.

<TD> Определяет одну ячейку таблицы и должен размещаться внутри тега <TR>. Тег позволяется задавать индивидуальное оформление ячейки.

<TH> Определяет одну ячейку как заголовочную ячейку и должен размещаться внутри тега <TR>. По формату ничем не отличается от <TD>.

<THEAD>

Определяет одну или несколько строк, которые представляют собой заголовок вверху таблицы. Допустимо использование не более одного

такого тега внутри тега <TABLE>.

<TBODY>

Определяет несколько строк, которые представляют собой логически выделенный блок внутри таблицы. Допустимо многократное использова-

ние такого тега внутри тега <TABLE>. Это позволяет создавать структур-

ные блоки, к которым можно применять единое оформление через стили, а

также управлять ими через скрипты.

<TFOOT>

Определяет одну или несколько строк, которые представляют собой подвал внизу таблицы. Допустимо использование не более одного такого

тега внутри тега <TABLE>.

Графика внутри web-страницы

<IMG>

Вставляет в web-страницу изображение из графического файла в формате GIF, JPEG, PNG. Этот тег имеет единственный обязательный атрибут SRC,

который определяет адрес файла с картинкой. Тег позволяется задавать

высоту, ширину и атрибуты отображения картинки. Если необходимо, то

рисунок можно сделать ссылкой на другой файл, поместив этот тег внутри

контейнера <A>.

Ссылки внутри и вне web-страницы

<A>

Определяет ссылку на якорь внутри страницы, ссылку на другую страницу, ссылку на сайт, ссылку на внешний файл, ссылку на

почту. Тег имеет обязательный атрибут HREF или NAME.

85

<A name="anchor"> Определяет закладку (якорь) внутри страницы.

<A href="#anchor"> Определяет ссылку на закладку (якорь) внутри страницы.

<A href="page.html"> Определяет гиперссылку на другую web-страницу.

<A href="url"> Определяет гиперссылку на произвольный URL адрес.

<A href="filename"> Определяет ссылку на внешний файл.

<A href="mailto:x@y"> Определяет ссылку на почтовый адрес X@Y.

4 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ

4.1 Классификация программного обеспечения ЭВМ

Программа - особый вид информации в виде двоичных кодов (нулей и

единиц), воспринимаемых процессором как команды к выполнению каких-то

действий. Файлы программ вместе с файлами других типов хранятся на

накопителях информации, для запуска считываются с них в оперативную

память (загружаются). По окончании работы большинство программ

удаляются из оперативной памяти.

Программы, которые остаются в оперативной памяти после загрузки на

все время работы компьютера называются резидентными.

Программное обеспечение - это совокупность программ,

позволяющих осуществить на компьютере автоматизированную

обработку информации. Программное обеспечение делится на системное

(общее) и прикладное(специальное).

На рисунке 23 представлена обобщенная классификация программного

обеспечения ЭВМ

Рисунок 23 - Классификация программного обеспечения ЭВМ

86

Системные программы - программы, обеспечивающие работу

компьютера, компьютерных сетей и прочих устройств. Иными словами,

системными называют программы, предназначенные для того, чтобы

компьютер заработал, чтобы работать на нем было удобно и безопасно.

Прикладные программы - программы, предназначенные для решения

задач пользователя. Иными словами, с помощью прикладных программ

выполняются те операции, ради которых и покупают компьютер - работа с

текстами, выполнение разного рода расчетов, компьютерные игры и т.д.

Операционные системы - программы, управляющие работой

компьютера, например: UNIX, WINDOWS.

Сетевые системы - программы, обеспечивающие работу компьютерных

сетей. В сетевой ОС присутствуют средства передачи данных между

компьютерами по линиям связи и реализация протоколов передачи данных. К

этому же классу программ можно отнести интернетовские браузеры. Пример:

MS INTERNET EXPLORER.

Программы-оболочки - программы, предназначенные для создания

пользователю удобных условий работы. Появление подобных программ

связано с тем, что операционные системы старого образца (например, MS-

DOS) несмотря на простоту и надежность не были снабжены средствами,

создающими пользователю удобную среду для работы. В таких операционных

системах общение человека с машиной производилось (и производится) при

помощи команд, которые надо набирать с клавиатуры. Программы - оболочки

выполняют роль надстроек над операционными системами, давая

пользователю возможность выполнять операции быстрее и нагляднее.

Сервисные программы (утилиты) предназначены для выполнения

различных вспомогательных операций - проверки исправности оборудования,

архивации файлов, борьбы с вирусами, форматирования дисков (подготовки

новых дисков к работе путем разметки на них дорожек и секторов) и т.д.

К узкопрофессиональным программам относится огромное

множество программ специального назначения, ориентированных на

специалистов в определенной области. Например, для расчетов прочности

строительных конструкций, управления работой атомной электростанции,

бухгалтерских расчетов и т.д.

Для целей подготовки текстовых документов используют специальные

программы - текстовые редакторы. Пример: Word. Разновидностью

текстовых редакторов являются издательские системы, используемые при

издании книг, журналов, газет, рекламных объявлений.

87

Для автоматизированной обработки данных в табличной форме

используют специальные программы - электронные таблицы. Пример: Excel.

База данных - упорядоченное описание группы однотипных объектов.

Например, база данных по студентам вуза. Системы управления базами

данных (СУБД)- программы для работы с базами данных. Они, в частности,

используются для того, чтобы из большой группы объектов выбрать те,

которые удовлетворяют определенным критериям. Например, из списка

студентов быстро выбрать тех, кто живет в общежитии. Пример СУБД:

MS ACCESS. Как правило, средствами для работы с базами данных

снабжаются и электронные таблицы.

К программам для работы с графикой относятся большое число

программ разного уровня. От простых графических редакторов,

предназначенных для выполнения простых рисунков, например для

подготовки простых иллюстраций к тексту или для детского творчества

(пример: Paint), ретуширования и редактирования сложных рисунков,

фотографий, создания мультфильмов (пример: Corel) до сложных систем

инженерной графики - систем автоматизированного проектирования (пример:

Autocad).

Трансляторы - программы, предназначенные для создания новых

программ.

В современных обучающих программах процесс обучения сочетается не

только с элементами игры, но и с видео- и аудио- эффектами, т.е. с

мультимедийными технологиями. Мультимедиа в дословном переводе

означает "многие среды", т.е. совместное использование разных видов

информации - звуковой, текстовой, графической, видео и пр.

4.2 Операционная система

Операционная система - резидентная программа, автоматически

запускающаяся после включения питания, управляющая работой всех

устройств компьютера, осуществляющая диалог с пользователем и

выполнение его команд, запускающая на исполнение другие программы.

Операционная система играет роль посредника между человеком и

машиной, на рисунке 24 указаны структурные связи операционной системы с

другими объектами вычислительного процесса.

88

Рисунок 24 - Структурные связи операционной системы

Без операционной системы работа на компьютере невозможна. Как

уже отмечалось, если операционная система не создает пользователю удобных

условий работы, между ней и человеком возможно существование еще одного

посредника- программы – оболочки. Назначение операционной системы

состоит также в том, чтобы скрыть от пользователя ненужные ему подробности работы.

На самом деле любая команда пользователя состоит из десятков и сотен

мелких команд. Например, чтобы считать с диска файл нужно включить

двигатель, вращающий диск, повернуть диск, включить двигатель,

перемещающий головку, переместить ее к нужному сектору диска, опустить

ее на диск, и т.д. Понятно, что пользователю знать всех этих и других

подробностей не нужно. Эти функции берет на себя операционная система.

Операционные системы, в основном, состоят из двух частей. Первая

часть - базовая система ввода и вывода - BIOS (англ. Basic input-output system)

размещается в постоянном запоминающем устройстве. Вторая - основная

часть операционной системы представляет собой набор файлов, находящихся

на одном из дисков, называемом системным. BIOS обеспечивает считывание с

диска основной части операционной системы. Действительно, после

включения питания компьютер должен "знать", что ему делать дальше. Эта

информация и записана в BIOS. В частности, там содержатся команды по

считыванию с диска остальной части операционной системы. Если бы вся

операционная система была записана на диске, ее невозможно было бы оттуда

считать, загрузить в оперативную память, а значит и запустить компьютер.

Операционные системы, особенно последние разработки, достаточно

громоздкие программы. Их размещение в постоянном запоминающем

устройстве целиком привело бы к необходимости увеличения объема ПЗУ и,

следовательно, к удорожанию компьютера. Кстати в компьютерах Macintosh

фирмы Apple сделано именно так.

Программа, управляющая работой какого-то из устройств ЭВМ

называется драйвером. Драйверы входят в состав операционной системы.

Существуют драйверы памяти, дисплея, клавиатуры, принтера и других

устройств

89

Кроме ОС, ориентированных на определенный тип аппаратной

платформы, существуют мобильные ОС, легко переносимые на разные типы

компьютеров (UNIX). В таких ОС аппаратно-зависимые места локализованы и

при переносе системы переписываются. Аппаратно-независимая часть

реализуется на языке программирования высокого уровня, как правило, на

языке Си, и перекомпилируется при переходе на другую платформу.

В настоящий момент большинство персональных компьютеров

используют ОС Windows. Более широкий класс ОС ориентирован для

использования на серверах. К этому классу относятся ОС семейства Unix, ОС

разработки фирмы Microsoft, сетевые продукты Novell, Apple и корпорации

IBM.

UNIX — многопользовательская, многозадачная ОС, включает

достаточно мощные средства защиты программ, и файлов различных

пользователей. ОС UNIX является машинно-независимой, что обеспечивает

высокую мобильность ОС и легкую переносимость прикладных программ на

компьютеры различной архитектуры. Важной особенностью ОС семейства

UNIX является ее модульность и обширный набор сервисных программ,

которые позволяют создать благоприятную операционную обстановку для

пользователей, являющихся программистами (система особенно эффективна

для специалистов — прикладных программистов).

Независимо от версии общими для UNIX чертами являются

многопользовательский режим со средствами защиты данных от

несанкционированного доступа; реализация многозадачной обработки в

режиме разделения времени; переносимость системы путем написания

основной части на языке Си.

Недостаток UNIX — большая ресурсоемкость, и для небольших

однопользовательских систем на базе персональных компьютеров она, чаще

всего, является избыточной.

В целом ОС семейства UNIX ориентированы, прежде всего, на большие

локальные (корпоративные) и глобальные сети, объединяющие работу тысяч

пользователей. Большое распространение UNIX и ее версия LINUX получили в

сети Internet, где важнейшее значение имеет машино-независимость ОС.

Mac OS (Macintosh Operating System), это торговая марка для серии

операционных систем с графическим интерфейсом пользователя,

разработанных корпорацией Apple (ранее Apple Computer) для их линейки

компьютеров Macintosh. Популяризация графического интерфейса

пользователя в современных операционных системах часто считается заслугой

Mac OS. Система была основана на прототипе графического интерфейса

пользователя, позаимствованного руководством Apple в исследовательском

центре Xerox PARC. Разработчики Macintosh использовали некоторые идеи

прототипа Xerox, разработав и расширив их. Множество других компаний

использовали в своей работе идеи Apple. В том числе компания Microsoft,

представившая Mac-подобную графическую оболочку для своей

операционной системы MS-DOS, названную «Windows» (окна).

90

4.3 Создание программного обеспечения для ЭВМ.

Процесс разработки новых программ для ЭВМ включает в себя:

- постановку задачи

- создание алгоритма ее решения

- реализацию алгоритма на ЭВМ в виде программы

- отладку программы.

Постановка задачи состоит в четком формулировании целей

работы.

Алгоритм - описание последовательности операций, которые

нужно выполнить для решения задачи.

О программе, выполняющей действия, предписанные алгоритмом,

говорят, что она реализует данный алгоритм на ЭВМ. Следующим шагом

после создания алгоритма является написание реализующей его программы.

Основная сложность здесь заключается в том, что программа представляет

собой набор двоичных кодов - нулей и единиц. Алгоритм же

формулируется на естественном человеческом языке- русском,

английском, немецком, арабском и.т.д. Понятно, что перевести текст на

естественном человеческом языке в набор цифр чрезвычайно сложно:

В связи с этим в данный процесс вводится промежуточный этап -

разработка текста программы:

91

Язык программирования - искусственный язык, являющийся

промежуточным при переходе от естественного человеческого языка к

машинным двоичным кодам. Языки программирования бывают высокого и

низкого уровней. Языки программирования высокого уровня (как видно из

схемы) являются более близкими к естественному человеческому языку по

сравнению с языками программирования низкого уровня.

Создание текста программы на языке программирования выполняется

человеком вручную, а перевод текста программы в машинные двоичные

коды - трансляция (англ. translation - перевод) выполняется

специальными программами - трансляторами.

Программирование на языках высокого уровня, очевидно, проще, чем на

языках низкого уровня. Оно не требует глубоких знаний устройства

компьютера и поэтому вполне доступно людям, не являющимися

специалистами в вычислительной технике. Однако, программы, написанные

на языках низкого уровня, как правило, отличаются более высокой скоростью

работы, меньшим объемом и более полным использованием ресурсов

вычислительной техники.

К языкам высокого уровня относятся: ФОРТРАН, БЕЙСИК, ПАСКАЛЬ,

СИ, АЛГОЛ, АЛМИР, АДА, СИ++, DELPHI, JAVA и сотни других.

К языкам низкого уровня относятся АССЕМБЛЕР и АВТОКОД.

Ассемблер, как язык низкого уровня, фактически состоит из набора

команд данной машины, записанных в виде сокращений на английском языке.

Автокод- вариант ассемблера на основе русского языка.

Программы трансляторы бывают двух типов:

92

Интерпретаторы транслируют текст программы и сразу же выполняют

предписанные в нем действия, не создавая исполняемого файл.

Компиляторы транслируют текст программы и создают готовую к

исполнению программу в виде ехе-файла, который можно будет после

запустить на исполнение.

Отладка программы - исправление в ней ошибок и тщательное ее

тестирование. При тестировании программы важно проверить ее

работоспособность как можно в большем числе ситуаций, например, при

различных вариантах исходных данных.

4.4 Защита информации

Хорошо известно, что в современном мире информация имеет

определенную, а часто и очень высокую ценность. Как и любую ценность ее

нужно защищать.

Рисунок 25 - Способы защиты информации

Под мероприятиями по защите от несанкционированного доступа

имеются в виду те, что связаны с секретностью информации. К их числу

относятся самые разнообразные способы защиты, начиная от простейших, но

очень эффективных защит паролем до использования сложнейших

технических систем. Как показывает практика, вероятность взлома

современных средств защиты информации гораздо ниже, чем вероятность

доступа к секретной информации в их обход. Поэтому особое внимание

следует обращать не столько на системы защиты, сколько на различные

93

организационные вопросы - подбор людей, допускаемых к секретной

информации, тщательное соблюдение правил работы с ней и т.д.

Вообще никакая система защиты информации не обеспечивает 100%-ую

надежность. Достаточно надежной считается такая система защиты

информации, которая обеспечивает ее защиту в течение весьма

продолжительного периода времени.

Наиболее простым и универсальным способом защиты информации

является ее резервное дублирование. Резервное дублирование требует

дополнительных устройств хранения информации, а значит определенных (а

часто - весьма больших) материальных затрат. Поэтому резервное

копирование, как правило, применяют только для наиболее ценной

информации, потеря которой приведет к серьезным последствиям. Если вся

информация, с которой ведется работа очень ценная, на компьютере иногда

устанавливают два винчестерских диска - один точная копия другого.

Компьютерный вирус - небольшая программа, которая без ведома

пользователя, приписывая себя к другим программам, проникает на диск через

приносимые на компьютер диски или по компьютерной сети,

распространяется на нем и производит какие-то вредные действия - портит

данные, нарушает нормальную работу программ. Иногда вирус приписывает

себя не к файлам, а к загрузочному сектору - сектору, имеющемуся на каждом

диске, в котором содержится информация о структуре файлов и каталогов на

нем, что может привести к порче этих данных. Наибольшая опасность вирусов

заключается в том, что они распространяются без ведома пользователя. Для

борьбы с ними нужно четко представлять, когда может произойти заражение

вирусом. Это может случиться, если на компьютере хотя бы раз выполнена

зараженная программа, которая, например, принесена с другого компьютера.

Вирусы не могут совершать сверхъестественных действий, поэтому не стоит

преувеличивать их возможностей.

Мероприятия по защите от вирусов:

1. Недопущение посторонних к компьютеру. 2. Использование только надежного программного обеспечения.

3. Отслеживание любых изменений в работе компьютера для возможно

более быстрого обнаружения вируса. К таким изменениям относятся:

нарушения работы программ, которые раньше работали нормально,

появление каких-либо сообщений на экране и т.п. Чем раньше удастся

обнаружить вирус, тем больше шансов, что он не успел сильно

распространиться на диске и заразить много программ, а значит

последствия заражения вирусом будут минимальными. Важно иметь в

виду, что некоторые вирусы характеризуются "инкубационным

периодом",- т.е. После проникновения на диск в течение определенного

94

времени они только распространяются на нем, не производя никаких

вредных действий, а проявляют себя только потом, когда зараженным

оказывается не один десяток файлов.

4. Размещение наиболее ценной информации на защищенных от записи

дисках. Если запись на диск запрещена, очевидно, вирус не может

приписать себя к файлам на нем, и заражение защищенного диска будет

невозможным.

5. Использование антивирусных программ для периодических проверок

жесткого диска и приносимых на компьютер дискет. Важно помнить,

что антивирусные программы быстро устаревают, так как новые вирусы

появляются быстрее их, также как яд всегда появляется раньше

противоядия.

Мероприятия по защите от случайного удаления:

1. Аккуратность и внимательность при работе.

2. Размещение наиболее ценной информации на защищенных от записи

дисках. Понятно, что с защищенных дисков даже специально удалить

информацию невозможно.

3. Своевременное удаление ненужных файлов и рациональное размещение

файлов по каталогам во избежание неразберихи. С течением времени на

диске появляется все больше и больше файлов, диск забивается.

Постепенно пользователь забывает, что в каком файле находится и в каких

каталогах (папках) содержится нужная информация. В результате, когда

возникнет необходимость освободить место на диске, могут быть удалены

файлы, содержащие ценную информацию. Поэтому необходимо

периодически приводить диски в порядок.

4. Быстрое восстановление ошибочно удаленных файлов при помощи

специальных программ. Дело в том, что при удалении файла информация

с диска не стирается, просто на его место разрешается запись другой

информации. Если пользователь быстро обнаружил свою ошибку, у него

остаются шансы восстановить случайно удаленную информацию, причем,

если после удаления он не копировал, не перемещал другие файлы, не

запускал другие программы или не перезапускал компьютер, эти шансы

будут выше. Для восстановления ошибочно удаленных файлов

существуют специальные программы. В WINDOWS копии удаленных

файлов автоматически помещаются в специальную папку (каталог) -

"корзину", откуда в случае необходимости их можно восстановить.

Мероприятия по защите от сбоев в работе устройств:

1. Периодическая проверка исправности оборудования (в частности -

поверхности жесткого диска) при помощи специальных программ.

2. Периодическая оптимизация (дефрагментация) диска для

рационального размещения файлов на нем, ускорения работы и

95

уменьшения его износа. При записи на диск части файла могут оказаться

записанными в разных, удаленных друг от друга секторах диска, что

связано с тем, что информация может быть записана только в свободные

сектора. Для того, чтобы объединить эти фрагменты файлов и, тем самым

уменьшить износ диска и затраты времени на считывание информации,

следует периодически производить оптимизацию (дефрагментацию) диска

при помощи соответствующих программ.

3. Наличие резервного системного носителя (FlashDisk, внешний

HDD/SSD, CD/DVD и т.п.), с которого можно запустить компьютер

(т.е. загрузить операционную систему) в случае сбоев с основным

системным диском. Напомним, что для того, чтобы компьютер заработал,

необходимо загрузить в оперативную память операционную систему,

основная часть которой хранится в виде файлов на одном из дисков,

называемом системным. Если с системным диском или с какой-то его

частью, где находятся файлы операционной системы, что-то произошло,

запустить компьютер с него не удастся, поэтому и нужно иметь резервный

системный диск - носитель с соответствующими файлами.

В случае обнаружения заражения вирусами также следует перезапустить

компьютер с резервного системного носителя, поскольку операционная

система на основном системном диске также может оказаться зараженной и,

следовательно, при каждом включении компьютера и загрузки с основного

системного диска операционной системы в оперативной памяти будут

находиться вирусы. В такой ситуации борьба с вирусами, например с

помощью антивирусных программ будет бессмысленной, поскольку, скорее

всего, любая запускаемая программа будет заражена. Кстати антивирусные

программы тоже следует собирать и хранить на отдельном носителе, чтобы

избежать их заражения.

5 ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РЕШЕНИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

С помощью компьютера могут решаться задачи различного характера:

научно-инженерные, управления производственными процессами, разработки

системного программного обеспечения, обучения и т.д.

В процессе подготовки и решения научно инженерных задач можно выделить

следующие этапы:

постановка задачи;

математическое описание задачи;

выбор и обоснование численного метода;

96

разработка тестов;

алгоритмизация вычислительного процесса;

разработка пользовательского программного приложения или решение

задачи с помощью пакета прикладных программ (MathCAD, Excel и др.);

тестирование и отладка;

решение задачи и анализ результатов.

Постановка задачи. Формулируется цель решения задачи и подробно

описывается ее содержание.

Математическое описание задачи. Для решения задачи, связанной с

исследованием реального объекта, необходимо сначала описать этот объект в

математических терминах, т.е. построить математическую модель этого

объекта. Как правило, существует несколько способов математического

описания объекта и на этом этапе необходимо выбрать один из существующих

или разработать новый.

Математическая модель отражает наиболее существенные свойства реального

исследуемого объекта, но она не тождественна этому объекту.

Этот этап требует полного понимания проблемы и знания математического

материала.

Выбор численного метода. После математической постановки задачи

необходимо выбрать метод ее решения, наилучший, в зависимости от

точности и применимости.

Алгоритмизация вычислительного процесса. На данном этапе составляется

алгоритм решения задачи согласно действиям, задаваемым выбранным

методом решения.

Разработка приложения.

Разработка пользовательского программного приложения состоит из

разработки пользовательского интерфейса и написания программного кода на

каком-либо языке программирования.

Разработка тестов. Тест – совокупность исходных данных для программы

вместе с ожидаемыми результатами (с учетом их формы представления).

Тесты разрабатываются до, а не вовремя или после разработки программы.

Готовится набор тестов, призванный охватить максимум ситуаций.

Испытание программы проводится сразу на всем наборе с протоколированием

и анализом результатов.

Набор тестов называется полным, если он позволяет активизировать все

ветви алгоритма. Набор тестов называется не избыточным, если удаление из

него любого теста лишает его полноты. Разработка тестов сводится к

разработке полного и не избыточного набора тестов.

В наборе тестов выделяют три группы:

«тепличные» - проверяющие программу при корректных, нормальных

исходных данных;

«экстремальные» - на границе области определения;

«запредельные» - за границей области определения.

97

Подготовка тестов может оказаться довольно трудоемкой работой; но в

некоторых случаях этот процесс можно автоматизировать.

Один из приемов – рандомизация – подготовка случайных исходных

данных. Практически во всех трансляторах реализован датчик случайных

чисел, - это стандартная функция с именем Random, возвращающая случайное

число в интервале[0;1].

Другой прием программная подготовка тестов в виде массивов или

файлов существенной размерности, обладающих заданными свойствами, с

известным ожидаемым результатом основной программы. Для этого

необходимо написать специальную программу – генератор тестов, но это

менее трудоемко, чем подготовка тестов вручную.

Отладка и тестирование программ. Отладка – процесс выявления,

локализации и устранения ошибок в алгоритме и реализующей его программе

– осуществляется с помощью тестирования. Тестирование – это испытание

программы на всем наборе тестов.

6 АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ЗАДАЧ

Алгоритмизация задач представляет собой процесс представления

алгоритма и ее решения.

Алгоритм – совокупность четко сформулированных правил, определяющих

содержание и порядок действий, который нужно выполнить над исходными

данными для получения конечного результата за конечное число шагов.

6.1 Основные свойства алгоритма

Основными свойствами алгоритма являются:

1. Детерминированность (определенность).

Предполагает получение однозначного результата вычислительного

процесса при заданных исходных данных.

2. Результативность.

Указывает на наличие таких исходных данных, для которых реализуемый

по заданному алгоритму вычислительный процесс должен через конечное

число шагов остановиться и выдать искомый результат.

3. Массовость.

Это свойство предполагает, что алгоритм должен быть пригоден для

решения всех задач данного типа.

4. Дискретность. Означает расчлененность определяемого алгоритмом

вычислительного процесса на отдельные этапы, возможность выполнения

которых исполнителем (компьютером) не вызывает сомнений.

98

Алгоритм должен быть формализован по некоторым правилам посредством

конкретных изобразительных средств. К ним относятся следующие способы

записи алгоритмов: словесный, формульно-словесный, графический,

алгоритмический язык.

Наибольшее распространение, благодаря своей наглядности, получил

графический (блок - схемный) способ задания алгоритмов.

Блок-схемой называется графическое изображение логической структуры

алгоритма, в котором каждый этап обработки информации представляется в

виде геометрических символов (блоков), имеющих определенную

конфигурацию в зависимости от характера выполняемых операций.

Оформление алгоритмов должно соответствовать определенным требованиям.

Перечень символов, их наименование, функции, форма и размеры

определяются ГОСТ 19701-90.

Таблица 9 - Некоторые символы блок-схем

Символ Наименование

символа

Функция

Пуск-останов Начало/Конец и прерывание процессов

обработки данных

Ввод-вывод Преобразование данных в форму,

пригодную для обработки или

отображения результатов обработки

(вывод)

Процесс

(Блок вычислений)

Выполнение операций, в результате

которых изменяется значение, форма

представления или расположения

данных Решение

(логический блок)

Выбор направления вычисления

алгоритма в зависимости от некоторых

переменных условий

Переопределенный

процесс

Использование ранее созданных и

отдельно написанных программ

(подпрограмм)

Соединитель Указание связи между преванными

линиями, соединяющими блоки

Комментарий Связь между элементами схемы и

пояснениями

да нет

99

В схеме алгоритма каждый символ может иметь порядковый номер, который

записывается слева над символом. Нумерация производится слева направо и

сверху вниз. В блок может входить любое количество линий (потоков). Из

блока может выходить только одна линия, за исключением блоков решений.

6.2 Структура алгоритмов

Все многообразие вычислительных алгоритмов включает в себя в виде

фрагментов три типовых вычислительных процесса:

1) линейный процесс – последовательность операций, выполняемых одна за

другой; имеет одну ветвь вычислений;

А1 А1,А2,…Аn – различные действия

А2

Аn

Выход

2) ветвящийся процесс – выполнение операций по одному из возможных

направлений (ветвей алгоритма) в зависимости от некоторого условия;

Сокращенная форма

Вход Вход

Ветвь 1 Ветвь 2 Ветвь 1

Выход Выход

Вход

Условие Условие

100

3) Циклический процесс – многократное выполнение некоторого набора

операций, составляющих тело цикла, в соответствии с заданным

правилом.

4)

Цикл – многократно повторяемая часть алгоритма.

Классификация циклов Цикл

С определенным числом повторений

(с параметром)

For … Next

С неопределенным числом повторений

С предусловием

Do … Loop (с

проверкой условия в

начале)

While … Wend

С постусловием

Do … Loop (с

проверкой

условия в конце)

Цикл с определенным числом повторений

Вход

Параметр цикла – это переменная, которая

при каждом новом входе в цикл, принимает

новые значения (т.е. изменяется в цикле).

Да

Выход

Начальные условия

Операторы тела

цикла

Изменение

параметра цикла

Проверка

условия

окончани

я цикла

Нет

101

Циклы с неопределенным числом повторений Цикл с предусловием – является циклом

«пока» и в ряде случаев операторы тела

цикла могут быть ни разу не выполнены.

Цикл с постусловием – является циклом

«до», должен выполниться хотя бы один

раз.

Вход

7 СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ. МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ПАКЕТ MATHCAD

В научной работе встречается огромный спектр задач ограниченной

сложности, для решения которых можно использовать универсальные

средства.

К задачам такого рода относятся следующие:

вычисление результатов математических операций, в которых

участвуют числовые константы, переменные и размерные физические

величины;

операции с векторами и матрицами;

решение уравнений и систем уравнений;

статистические расчеты и анализ данных;

построение двумерных и трехмерных графиков;

тождественные преобразование выражений (в том числе упрощение),

аналитическое решение уравнений и систем;

дифференцирование и интегрирование, аналитическое и численное.

К универсальным программам, пригодным для решения таких задач,

относится, например, программа MathCAD, которая представляет собой

автоматизированную систему, позволяющую динамически обрабатывать

данные в числовом и аналитическом (формульном) виде. Программа

MathCAD сочетает в себе возможности проведения расчетов и подготовки

форматированных научных и технических документов.

Условие

Операторы

тела цикла

Вход

Да Нет Операторы

тела цикла

Условие Нет

Да

102

MathCAD –программное средство для решения разнообразных

инженерно-технических и математических задач с помощью компьютера.

MathCAD предоставляет пользователю инструменты для работы с

формулами, числами, графиками и текстами.

MathCAD - это компьютерная технология решения инженерно -

технических и математических задач. Основным достоинством этой

технологии является то, что при решении задач главным становится

математическое описание и алгоритмизация, а не программирование.

Название системы происходит от сочетания Mathematic и CAD

(Computer Aided Design - компьютерный дизайн), переводимой как САПР. Так

что правомерно считать MathCAD – математическим САПР. MathCAD

разработан фирмой MathSoft Inc. (USA).За время существования создано

более 10 различных версий MathCAD.

7.1 Основные характеристики MathCAD

MathCAD содержит:

библиотеку встроенных математических функций;

инструменты построения графиков различных типов;

средства создания текстовых комментариев и оформления отчетов;

конструкции, подобные программным конструкциям языков

программирования, позволяющие писать программы для решения задач,

которые невозможно или очень сложно решить стандартными

инструментами пакета;

удобно организованную систему получения справки и оперативной

подсказки;

средства обмена данными с другими WINDOWS– приложениями через

механизм OLE (Object Linking and Embedding – связь и внедрение

объектов);

средства пересылки готовых рабочих документов по электронной почте

или в Интернет точно в таком виде, в каком они представлены на экране.

MathConnex – системный интегратор, служит для интеграции (внедрения) с

системой MathCAD сразу нескольких других приложений (Mathlab, Excel и

др.) и обеспечения их совместной работы. Это позволяет решать особо

сложные задачи, решение которых, используя возможности только одной

из перечисленных систем, было бы невозможно.

Расширенные возможности математических операций:

Операции с действительными, комплексными числами, а также с

величинами, имеющими размерность:

103

Операторы и логические функции, выполняющие действия с числами,

векторами, матрицами:

Операторы дифференцирования, интегрирования, суммы и произведения:

Вычисление значений и построение графиков элементарных и специальных

функций;

Символьное решение уравнений и систем;

Символьное интегрирование, дифференцирование, вычисление пределов и

суммирование рядов;

Простейшие алгебраические преобразования: раскрытие скобок,

приведение подобных, разложение на множители, разложение на

простейшие дроби;

Прямые и обратные интегральные преобразования;

Обращение и транспонирование матриц, вычисление определителей,

собственных значений и собственных векторов;

20 операций с массивами, вложенными массивами и блоками матриц; 6

функций для вычисления размеров и границ массивов;

14 функций для решения обыкновенных дифференциальных уравнений,

систем обыкновенных дифференциальных уравнений, уравнений в частных

производных и граничных задач (pro, в MathCAD Standard только одна

функция);

около 200 статистических функций для анализа данных;

метод наименьших квадратов.

Программные средства такого типа в отечественной литературе

называют универсальными математическими пакетами, системами или

средами.

Основное отличие MathCAD от других программных средств этого класса

состоит в том, что математические выражения на экране компьютера

представлены в общепринятой математической форме и имеют точно такой

вид, как в книге, тетради, на доске. В MathCAD используется традиционный

для математической литературы способ записи функций и выражений.

Записав в привычной форме математическое выражение, можно выполнить с

ним самые разнообразные символьные или численные математические

операции: вычислить значение, выполнить алгебраические преобразования,

решить уравнение, продифференцировать, построить график и т.п. Можно

снабдить вычисления текстовыми комментариями, иллюстрациями,

построенными в других приложениях и получить полный отчет о

проделанных вычислениях.

Общение пользователя с системой MathCAD происходит на уровне

входного языка. Входной язык системы MathCAD – типичный пример

визуального программирования. Язык системы MathCAD ориентирован на

автоматическое составление программ сложных математических вычислений

вводом и заполнением шаблонов математических операций. Входной язык

104

MathCAD интерпретирующий. Когда система опознает объект, она

немедленно исполняет указанные в блоке операции.

По мере того как пользователь создает в окне редактирования объекты

(тексты, формулы, таблицы и графики) система сама составляет программу на

некотором промежуточном языке связи. Эта программа хранится в

оперативной памяти до тех пор, пока не будет записана на диск в виде файла с

расширением mcd. Языком реализации MathCAD последних версий является

один из самых мощных языков высокого уровня С++

. Отметим, что от

пользователя не требуется знания языков программирования (реализация

связи) достаточно освоить приближение к естественному математическому

языку – входной язык системы.

Фактически система MathCAD имеет несколько редакторов:

встроенный текстовый редактор, позволяющий готовить статьи,

отчеты и техническую документацию типографского качества, не

выходя из системы;

формульный редактор (вычислитель), обеспечивающий вычисления;

графический процессор, позволяющий строить двухмерные и

трехмерные графики.

MathCAD - это система для работы с формулами, числами, текстами и

графиками.

7.2 Интерфейс пользователя

Меню MathCAD

Меню MathCAD содержит набор стандартных для Windows-приложений

пунктов: File (Файл), Edit (Редактировать), View (Просмотр), Format (Формат),

Window (Окно), Help (Помощь) и специфические для MathCAD пункты: Insert

(Вставка), Math (Математика), Symbolics (Символьные операции).

Панели инструментов

Окно MathCAD содержит три основных панели инструментов: стандартная

(Standard), форматирования (Format) и математическую (Math).

Панель Math предназначена для вызова на экран еще девяти панелей (рисунок

26): Арифметика (Calculator), Графики (Graph), Матрицы (Matrix),

Вычисления (Evaluation), Матанализ (Calculus), Булево (Boolean),

Программирование (Programming), Греческий алфавит (Greek), Символы

(Symbolic).

105

Рисунок 26 – Математические панели инструментов

Для вызова любой палитры нужно нажать соответствующую кнопку на

панели выбора палитр математических символов. Большинство кнопок на

палитрах выводят общепринятые и специальные математические знаки и

операторы, помещая их шаблоны в месте расположения курсора на документе.

Большую часть окна MathCAD занимает рабочая область, в которую

пользователь вводит математические выражения, текстовые поля, графики и

элементы программирования.

Блоки рабочего документа и порядок их выполнения

Каждое математическое выражение, график или текстовая область

образуют блоки. Блоки обычно имеют невидимые прямоугольные границы.

Блоки выполняются строго поочередно с просмотром их слева – направо и

сверху – вниз.

Перед запуском формульного, текстового или графического редактора нужно

установить курсор мыши в любом свободном месте окна редактирования и

щелкнуть левой клавишей. Появится визир в виде маленького красного

крестика (+). Его можно перемещать клавишами перемещения курсора.

Визир указывает место, с которого можно начинать набор формул –

вычислительных блоков, вставлять текстовые или графические блоки. В

зависимости от места расположения визир может менять свою форму:

в области формул визир превращается в синий уголок,

указывающий направление и место ввода;

в текстовой области он превращается в вертикальную линию

(маркер ввода).

106

7.3 Простейшие приемы работы с MathCAD

7.3.1 Алфавит MathCAD и основные конструкции

Алфавит содержит:

большие и малые латинские буквы;

большие и малые греческие буквы;

цифры от 0 до 9;

символы операторов;

специальные знаки;

большие и малые буквы кириллицы (при работе с текстами

русифицированных документов).

Из элементов алфавита строятся конструкции языка: данные различного типа;

встроенные функции; функции пользователя; процедуры и управляющие

структуры.

7.3.2 Данные

Данными в MathCAD являются:

переменные

константы

векторы и матрицы.

Константы и переменные в основном не отличаются от

соответствующих понятий в алгоритмических языках.

Рассмотрим основные типы данных, которые обрабатываются

процессорами MathCAD:

Данные

Константы Переменные Массивы Файловые

Простые системные С индексом

107

числа, в том числе действительные и комплексные. MathCAD

хранит все числа в формате двойной точности с плавающей точкой;

строки – любой текст, заключенный в кавычки;

массивы, в том числе ранжированные переменные, векторы и

матрицы.

Тип переменной определяется ее значением и предварительно не

задается. Идентификатор (имя) переменной может иметь практически любую

длину, в него могут входить любые латинские, греческие буквы и цифры, но

первым символом должна быть буква.

Некоторые имена в MathCAD зарезервированы под системные

переменные, которые называются встроенными константами. Значения этих

констант определены сразу после запуска.

Встроенные константы делятся на два типа:

математические, хранящие значения некоторых общеупотребительных

математических символов (∞ - символ бесконечности; π – число π ; e –

основание натурального логарифма; % - символ процента,

эквивалентный 0.01; i – мнимая единица);

системные, определяющие работу большинства численных алгоритмов,

реализованных в MathCAD (TOL – точность численных методов, по

умолчанию TOL=0.001; ORIGIN – номер начального индекса в

массивах, по умолчанию равна 0 и другие).

Математические константы по-разному интерпретируются при

численных и символьных вычислениях. Вычислительный процессор

воспринимает их как некоторые числа, а символьный распознает каждое, из

них исходя из математического контекста, и способен выдавать

математические константы в качестве результата.

7.3.3 Операторы

Каждый оператор в MathCAD означает некоторое математическое

действие в виде символа. Вычислительные операторы в MathCAD – это

специальные символы, указывающие на выполнение тех или иных операций над

данными - операндами. Наиболее известны арифметические операторы,

например, сложения +, вычитания -, умножения *, деления /. Символ любого

оператора в нужное место документа вводится одним из двух способов:

нажатием указателем мыши соответствующей кнопки на одной из

математических палитр, операторы в которых сгруппированы по

общему назначению;

нажатием соответствующей клавиши или сочетания клавиш на

клавиатуре.

Некоторые примеры операторов приведены в таблице - 10.

108

Таблица 10 - Пример встроенных операторов

Оператор Обозначение клавиша Пример

Круглые

скобки

‗

(апостроф) 1 4( ) 3 15

Квадратный

корень

\

56 7.483

Суммирование

Ctrl+Shift+4

1

10

i

i2

Определенный

интеграл

&

1

2

xsin x( )

d

Оператор

присваивания := : a:=4.8

После ввода какого либо оператора имеется возможность вычислить его

значение либо численно (нажатием клавиши = ), либо символьно (с помощью

оператора символьного вывода → ).

Кроме вычислительных операторов в MathCAD‘е имеются

программные операторы, которые предоставляют возможность

программисту эффективно применять программный код в документах

MathCAD.

7.3.4 Функции

Функция - объект входного языка, имеющий имя и параметры, указываемые в

круглых скобках. Функция преобразует данные, представленные в виде

входных параметров, и возвращает значения (результаты вычисления

функций) в ответ на обращение к ней.

В MathCAD‘е формально можно разделить функции на два типа:

встроенные функции;

функции, определяемые пользователем, благодаря которым

обеспечивается адаптация системы MathCAD к решению

специфических задач.

Применение функций обоих типов в расчетах совершенно одинаково.

Обращение к функции осуществляется с помощью указателя, имеющего вид:

109

Имя_функции(а1,а2,…,аn), где аi (i=1,2,…,n) – элементы списка

аргументов.

Встроенную функцию можно сразу использовать в любом месте документа, а

пользовательскую нужно предварительно определить в документе до момента

вычисления ее значения.

7.3.5 Математические выражения

Математические выражения в MathCAD‘е это последовательность констант,

переменных, встроенных функций, соединенных операторами (знаками

операций). Выражения имеют строго определенную структуру, и редактор

формул работает с учетом этого. Выражения строят, а не просто записывают.

На рисунке 27 приведен пример построения выражения в MathCAD‘е.

Рисунок 27 – Построение выражения

В языке существуют «цепкие операторы»: деление ( / ), возведение в степень

(^), извлечение квадратного корня ( ). После задания одной из этих

операций, все далее печатаемое будет частью знаменателя, показателя

степени или подкоренного выражения до тех пор, пока не будет явного

указания выхода из этого оператора, например, таким указанием является

нажатие клавиши пробел на клавиатуре.

Основное правило при записи выражений: то, что заключено в выделяющую

рамку (угловой курсор), является операндом для следующего вводимого

оператора (рисунок 28).

110

Рисунок 28 – Влияние положения выделяющей рамки на результаты

вычислений.

Математические выражения – формулы могут вычисляться в численном или

символьном виде.

7.3.6 Определение переменных

Определение переменных в MathCAD‘е осуществляется с помощью

оператора присваивания. Существует локальное и глобальное присваивание.

Локальное присваивание имеет вид:

Х := выражение

Х – имя простой переменной; элементы массива; матрица с элементами

(простыми или с индексом); имя нестандартной функции со списком

переменных; имя переменной с верхним индексом.

Пример 1. Вычисление по формулам.

T 273 P 1

d 3.641010

N 6.221023 P

T 8.21 105

L1

2 d2 N

N 2.7751025

L 6.121108

111

Имя переменной используется для задания ей начального значения,

определенного условиями конкретной задачи, а также для вычисления по

формулам.

Если переменной присваивается значение с помощью знака:= , то до этого

присваивания переменная не определена и ее нельзя использовать.

Для одновременного определения нескольких переменных нужно разместить

массив переменных слева от оператора присваивания, а справа,

соответствующие значения

Пример 2. Одновременное определение трех переменных.

a

b

c

3

4

6

pa b c

2

S p p a( ) p b( ) p c( )

S 5.333

Кроме локального оператора присваивания существует также возможность

глобального присваивания, которое используется реже, чем локальное.

Глобальное присваивание имеет вид:

Х ≡ выражение Выражение может включать константы и другие глобально определенные

объекты.

Глобальное присваивание можно производить в любом месте документа,

переменная будет иметь это значение в любом месте документа (до

переопределения).

MathCAD анализирует документы на предмет присваивания значений

переменным в два этапа:

сначала распознаются все операторы глобального присваивания и в

соответствии с ними вычисляются все выражения в документе слева

направо и сверху вниз;

на втором этапе в том же порядке анализируются операторы

локального присваивания, и все соответствующие выражения

вычисляются с поправкой на них.

112

Пример локального и глобального присваивания.

X 5 X 5

X 10 X 10

Y X2

z X2

Y 25 z 100

Примечание - Символ присваивания:= отличен от обычно используемого в

математике знака =. В MathCAD знак := используется для присвоения значения, а знак =

используется как знак вывода результатов вычислений. Для обозначения отношения

величин х и у как равенства применяется жирный знак равенства =

7.3.7 Определение функции пользователя

Функции пользователя определяется с применением следующего выражения:

имя_функции(список_аргументов):=выражение

имя_функции – идентификатор,

список_аргументов – это перечень используемых в выражении переменных,

разделяемых запятыми.

выражение – любое выражение с операндами и аргументами, указанными в

списке параметров.

Примеры определения функций пользователя:

f x( ) x cos x2

g x y( ) x2

y2

log y x

Переменные, указанные в списке параметров функции пользователя являются

локальными, локальные переменные могут использоваться только в

выражении, описывающем функцию. Если в функции используются

глобальные переменные, то они должны быть определены заранее.

113

Пример вычислений с использованием функций пользователя.

f x( ) x cos x2

g x y( ) x2

y2

log y x

x 2 y 4

a 0.2 b 5

zf x( ) g a b( )

g x y( ) f a( )

z 0.85

7.3.8 Построение графиков

В MathCAD встроено несколько различных типов графиков, которые можно

разбить на две группы.

■ Двумерные графики:

XY (декартовый) график (XY Plot);

полярный график (Polar Plot).

■ Трехмерные графики:

график трехмерной поверхности (Surface Plot);

график линий уровня (Contour Plot);

трехмерная гистограмма (3D Bar Plot);

трехмерное множество точек (3D Scatter Plot);

векторное поле (Vector Field Plot).

Все графики создаются одинаково, с помощью панели инструментов Графики

(Graph).

Рассмотрим построение графика в декартовой системе координат на примере

построения графика функции f(x)=1/x2.

114

f x( )1

x2

Ш аг 1. Задание вида функции

Ш аг 2. Построение графика

2-1. Установить указатель мыши в месте

размещения графика.

На палитре Графики выбрать Декартов

график .

В заданном месте появится шаблон для

построения графика.

2-2. Указать в соответствующих

местозаполнителях название аргумента x и

функции f(x).

2-3. Щекнуть указателем мыши вне графика.

Появится график, вид которого определяется

параметрами по умолчанию.

Ш аг 3 Провести форматирование графика.

Этот график построен с использованием

параметров форматирования, задаваемых

пользователем (задание сетки, масштабов по

осям, толщины линии, заголовка).

10 0 100

0.5

1

f x( )

x

5 3 1 1 3 50

5

10

15

20

25График функции f(x)=1/x^2

f x( )

x

Примечания 1. В одной графической области можно построить несколько графиков, но обязательно

для одного и того же аргумента. Для этого надо у соответствующей оси перечислить

несколько выражений через запятую.

2. Заголовок и подписи, использующие русские буквы могут отображаться

неправильно. Коррекцию обеспечивает выбор шрифта, правильно воспроизводящего

кириллицу:

в меню Формат выберите команду Уравнение,

в раскрывшемся списке Имя стиля выберите пункт Переменные и

щелкните на кнопке Изменить,

В поле со списком Шрифт выберите MS Sans Serif, а в поле Набор символов выберите

Кириллица

115

Создание трехмерных графиков

Трехмерная графика в Mathcad позволяет составить ясное

представление о сложных поверхностях и объемных фигурах в

пространстве

Чтобы создать трехмерный график нужно:

1. записать функциональную зависимость поверхности (функцию двух

переменных) в виде функции пользователя;

2. вызвать шаблон 3D графиков, появится пустая область графика с тремя

осями и единственным местозаполнителем в левом нижнем углу;

3. ввести имя функции в местозаполнитель.

Пример трехмерного графика представлен на рисунке 29.

Рисунок 29 – График функции G(x,y)=y2+sin(x)

Вид полученной поверхности зависит от параметров, задаваемых при

форматировании, и в первый момент определяется параметрами, заданными

по умолчанию.

Форматирование

Форматирование трехмерных графиков выполняется с помощью

диалогового окна 3-D Plot Format (Форматирование 3-D графика), которое

вызывается двойным щелчком мыши в области графика.

116

Параметры графика сгруппированы по принципу действия на нескольких

вкладках. Рассмотрим основные вкладки:

вкладка General (Общие) позволяет оперативно менять тип графика,

например, вместо поверхности (Surface Plot) построить контурный

график (Contour Plot) (рисунок 30);

Рисунок 30 - Вкладка Общие.

вкладка Special (Специальный) позволяет закрасить график;

вкладка Appearance (Внешний Вид) позволяет задать цвет, залить

контуры, выбрать палитру или сплошной цвет (рисунок 31);

Рисунок 31 - Вкладка Внешний вид

117

вкладка Quick Plot Data позволяет задать верхние и нижние границы по

осям; и систему координат (картезианскую, сферическую,

цилиндрическую)

7.3.9 Ранжированные переменные

В математике часто возникает необходимость в задании некоторого ряда

упорядоченных значений. Для создания таких рядов в MathCAD используются

ранжированные или дискретные переменные.

Синтаксис оператора создания ранжированной переменной:

Name:=N н а ч ,N н а ч +h. .N к о н

Name – имя переменной (использование нижнего индекса не допустимо);

Nнач,, Nкон – начальное и конечное значение переменной;

h – заданный шаг изменения переменной;

.. – символ, указывающий на изменение переменной в заданных пределах.

h =

кон,0

если ,0

NNесли

NN

нач

коннач

Если величина шага равна 1, то ее можно не указывать и оператор задания

ранжированной переменной будет иметь следующий вид:

Name:=N н а ч . .N к о н

На рисунке 32 приведены примеры задания ранжированной переменной.

x 1 1.2 2

x

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

x 1 5

x

1

2

3

4

5

a) b

Рисунок 32- Задание ранжированной переменной

(a – шаг 0,2; b – шаг 1)

118

Ранжированные переменные удобно использовать при определении

индексированных переменных или для представления функций в виде таблиц,

а также построения графиков.

Задание ранжированных переменных эквивалентно заданию конечных циклов

– явно задаются начальное значение, шаг изменения и конечное значение;

неявно задается обращение к оператору цикла, вычисляющему все

промежуточные значения ранжированной переменной при каждом обращении

к ней.

Ранжированная переменная – это переменная, которая имеет не одно, а

некоторый ряд значений.

Пример.

Построить таблицу значений функции )sin()( xxxf , на отрезке

[0,4∙π2].

f x( ) x sin x j 0 20

xj

j4

2

20

Fj

f xj

F

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0

0

1.947

3.611

3.852

2.571

1.209·10 -15

-3.498

-7.521

-11.677

-15.612

-19.027

-21.683

-23.405

-24.076

-23.638

-22.083

-19.447

0 8 16 24 32 40

30

22

14

6

2

10

f xj

xj

7.3.10 Символьные вычисления

Для выполнения символьных операций в MathCAD используют операторы

символьных вычислений. Команды символьных преобразований содержатся в

меню: Symbolic (Cимволы) главного меню и в палитре Символы

1. В составе MathCAD имеется символьный процессор, который может

выполнять основные алгебраические преобразования, такие, как

упрощение выражений, разложение их на множители, символьное

суммирование и перемножение.

Упрощение выражений (Simplify) (Упростить)

119

Символьный процессор Mathcad стремится так преобразовать выражение,

чтобы оно приобрело более простую форму. При этом используются

различные арифметические формулы, приведение подобных слагаемых,

тригонометрические тождества и др.

Чтобы упростить выражение с помощью оператора символьного вывода →,

на палитре Symbolic (Символы):

Введите выражение sin(π+x).

Нажмите кнопку Simplify на панели Symbolic (Символы).

Нажмите клавишу <Enter>, либо просто щелкните мышью за

пределами выражения. Результат представлен ниже.

sin x( ) simplify sin x( )

Разложение выражений (Expand) (Расширить)

Операция символьного разложения, или расширения, выражений

противоположна по смыслу операции упрощения. В ходе разложения

раскрываются все суммы и произведения, а сложные тригонометрические

зависимости разлагаются с помощью тригонометрических тождеств.

Чтобы произвести разложение выражения с помощью оператора символьного

вывода →, на палитре Symbolic (Символы) (Рисунок 33):

Рисунок 33 - Символьное разложение выражения

Разложение на множители (Factor) (Фактор)

Операция Factor позволяет разложить выражение на простые множители;

разложить полиномы на произведение более простых полиномов; а целые

числа - на простые сомножители.

Примеры разложения на множители:

x4

16 factor x 2( ) x 2( ) x2

4

28 factor 22

7

Приведение подобных слагаемых (Collect) (Подобные)

120

Чтобы привести подобные слагаемые с помощью оператора символьного

вывода →, на палитре Symbolic (Символы):

Примеры приведения подобных слагаемых по разным переменным:

x 2 y( ) z z2

y x 5 y( ) z collect x z z2

y x 2 y z 5 z2

y2

z

x 2 y( ) z z2

y x 5 y( ) z collect y 5 z2

y2

2 z z2

x y z x z

2. Символьное решение уравнения

С помощью символьного процессора можно вычислить аналитически

значение переменной, при котором выражение обращается в 0. Для этого

можно использовать оператор solve, который находится на панели

символьных вычислений. Синтаксис оператора:

f(x)solve,x→

Здесь f(x) – выражение;

x – переменная, относительно которой будет решаться уравнение,

приравнивающее выражение к 0.

Пример.

a x2

b x c solve x

1

2 a( )b b

24 a c

1

2

1

2 a( )b b

24 a c

1

2

F x( ) x2

5 x 4

F x( ) solve x4

1

f x( )x2

1

x 4

x2

1

x 3 23

f x( ) solve x

55

16

5

121

3. Решение систем уравнений

Given

x z 1( )2

2 z x z( ) 0

1 x2

4y 2 2 x

2 0

y 2 z 2( ) z 0

Find x y z( )

Примечание - Ключевые слова Given (дано) и Find (найти) вводятся с клавиатуры, символ =

выбрать на панели Boolean, символ → находится на панели символьных вычислений.

4. MathCAD позволяет не только вычислять, но и брать интегралы, а также

решать другие задачи математического анализа: брать производные,

вычислять пределы и так далее.

x1

a2

x2

2

d

Для этого нужно на панели операторов математического анализа выбрать

шаблон интеграла, ввести подынтегральное выражение, ввести символ → и

щелкнуть мышкой вне выделяющей рамки.

7.4 Матрицы и матричные вычисления

Матрицы задаются либо с помощью палитры Матрица, либо

вычисляются с помощью ранжированной переменной.

С использованием палитры Матрица задаются матрицы небольших

размеров, количество элементов которых не превышает 100. Матрица

создается заполнением шаблона.

Простейшие операции с матрицами

К простейшим операциям матричной алгебры относятся: транспонирование,

сложение, умножение, вычисление определителя и другие. Эти операции

реализованы в MathCAD в виде операторов, некоторые из них приведены в

таблице 11.

122

Таблица 11 –Некоторые операторы матричной алгебры Оператор Пример Описание

M1+M2

ORIGIN 1

A

1

0.3

7

2

6

4.6

3

9

8

B

1

5

7

1

4

8

1

3

1

C A B C

2

5.3

14

3

10

12.6

4

12

9

Сложение матриц

M

d A g1

9

2

3

d 5.94 g 15

Вычисление

определителя

z M2 D 0.8 B D

0.8

4

5.6

0.8

3.2

6.4

0.8

2.4

0.8

Умножение

матрицы на скаляр

M1 M2 H A B H

32

93.3

86

33

96.3

89.4

10

27.3

28.8

Умножение

матрицы на

матрицу

MT

R AT

R

1

2

3

0.3

6

9

7

4.6

8

Транспонирование

матрицы

M1

A

1

1.111

10.202

6.838

0.37

2.189

1.582

0

1.364

0.909

Вычисление

обратной матрицы

M n

A1

1

0.3

7

Выделение n-го

столбца матрицы

Mn

A2

22.6

65.1

64.38

27.8

78

78.4

45

126.9

126.4

Возведение

матрицы в n-ую

степень

Функции для решения задач линейной алгебры

Функции, предназначенные для решения задач линейной алгебры можно

разделить на 3 группы

функции определения матриц и операции с блоками матриц

(таблица 12);

функции вычисления различных числовых характеристик матриц

(таблица 13);

функции, реализующие численные алгоритмы решения задач

линейной алгебры (таблица 14).

123

Таблица 12 - Функции определения матриц и операции с блоками матриц

Функция Описание Пример

matrix(m,n,f) создает и заполняет матрицу

размерности mx n, элемент

которой, расположенный в i-й

строке и j-ом столбце, равен

значению f(i,j) функции f(x,y)

ORIGIN 1

f i j( ) i j

A matrix3 4 f( )

A

0

1

2

1

2

3

2

3

4

3

4

5

diag(v) создает диагональную матрицу,

элементы главной диагонали

которой хранятся в векторе V

i 1 4

vi

i

B diag v( )

B

1

0

0

0

0

2

0

0

0

0

3

0

0

0

0

4

identity(n) создает единичную матрицу

порядка n E identity 3( )

E

1

0

0

0

1

0

0

0

1

augment(A,B) формирует матрицу, в первых

столбцах которой содержится

матрица А, а в последних

матрица В (А и В должны иметь

одинаковое число строк)

D augment A E( )

D

0

1

2

1

2

3

2

3

4

3

4

5

1

0

0

0

1

0

0

0

1

stack(A,B) формирует матрицу, в первых

строках которой содержится

матрица А, а в последних

матрица В (А и В должны иметь

одинаковое число столбцов)

F stack A B( )

F

submatrix(A,ir,jr,ic,jc)

формирует матрицу, которая

является блоком матрицы А,

расположенным в строках с ir по

jr и в столбцах с ic по jc, ir jr ,

ic jc

G submatrix F 4 5 1 2( )

G

124

Таблица 13 - Функции вычисления различных числовых характеристик

матриц

Функция Описание Пример

last(v) вычисление номера последней

компоненты вектора V last v( )

length(v) вычисление количества

компонент вектора V length v( )

rows(D) вычисление числа строк в

матрице rows D( )

cols(D вычисление числа столбцов в

матрице cols D( )

max(D) вычисление наибольшего

элемента в матрице max D( )

min(D) вычисление наименьшего

элемента в матрице min A( )

tr(B) вычисление следа квадратной

матрицы (след матрицы равен

сумме ее диагональных

элементов)

tr B( )

rank(A) вычисление ранга матрицы rank A( )

Таблица 14 - Функции, реализующие алгоритмы решения задач линейной

алгебры

Функция Описание Пример

eigenvals(A) вычисление собственных

значений квадратной

матрицы

ORIGIN 1

C

1

1

3

2

1

5

3

2

1

L eigenvals C( )

L

eigenvecs(A) вычисление собственных

векторов квадратной

матрицы

eigenvecs C( )

eigenvec(A,I) вычисление собственного

вектора матрицы А,

отвечающего собственному

значению I

eigenvec C L2

125

Функция Описание Пример

lsolve(A,b) решение системы

линейных алгебраических

уравнений Ах = b A

1

2

3

2

2

2

3

1

1

b

14

8

14

X lsolve A b( )

X

7.5 Решение нелинейных уравнений

MathCAD позволяет находить не только символьное решение нелинейных

уравнений, но и решать уравнение приближенно в численном виде.

Решение уравнения c использованием функции root

Для решения одного уравнения с одним неизвестным используется

встроенная функция root

root(f(x),x,[a,b])

Пример.

1) Интервал существования корня задан:

y root ex

x3

x 1.5 2

y 1.857

2) Если интервал не задается, то нужно задать начальное приближение

корня:

126

Задание исходного уравнения в виде функции пользователя

f x( ) ex

x3

Графическое исследование функции

x 5 4.5 5

5 2.5 0 2.5 515

13.75

42.5

71.25

100

f x( )

x

Задание начального приближения

x 3

Вычисление корня

x root f x( ) x( )

x 1.857

Проверка правильности решения

f x( ) 3.667 10 4

Примечание - Для определения начального приближения можно:

1) построить график функции,

2) установить формат Grid Lines для осей X-Y,

3) правая кнопка, выбрать контекстное меню Trace, откроется окно X-Y Trace,

4) левой кнопкой щелкнуть по графику. В окне X-Y Trace отобразится значение

координат. Изменяя положение линии трассировки можно найти значение

начальной точки.

7.6 Программирование

Основными инструментами работы в MathCAD являются математические

выражения, переменные и функции. Нередко записать формулу,

использующую ту или иную внутреннюю логику (например, возвращение

различных значений в зависимости от условий), в одну строку не удается. Для

решения таких задач в системе MathCAD можно использовать программные

127

модули. Назначение программных модулей заключается в определении

выражений, переменных и функций в несколько строк, часто с применением

специфических программных операторов.

Панель инструментов Программирование (Programming) позволяет

вставлять в документы MathCAD программный код. Большинство кнопок этой

панели выполнено в виде текстового представления операторов

программирования, поэтому их смысл легко понятен. Следует подчеркнуть,

что операторы программирования вставляются в текст программы только с

помощью кнопок панели инструментов Программирование. Их имена нельзя

набирать на клавиатуре, так как они не будут восприняты MathCAD

корректно.

Программный модуль обозначается в MathCAD вертикальной чертой,

справа от которой последовательно записываются операторы языка

программирования.

В таблице 15 приведены программные операторы MathCAD.

Таблица 15- Программные операторы MathCAD

Оператор Шаблон Функция

Add Line

Создание программного модуля и добавление

строк программы

← Оператор локального присваивания в теле

модуля

if if

Условный оператор

otherwise otherwise Оператор «В противном случае», применяется

совместно с оператором if

for for

Оператор цикла с фиксированным числом

повторений

while while

Оператор цикла типа «пока»

break break

Оператор прерывания

continue continue

Оператор продолжения

return return

Оператор возврата

on error on error

Оператор перехода при возникновении ошибок

128

7.6.1 Создание программы (Add Line)

Чтобы создать программный модуль нужно:

вызвать на экран панель инструментов Программирование;

ввести часть выражения, которая будет находиться слева от знака

присваивания и сам знак присваивания;

нажать на панели Программирование кнопку Add Line (Добавить

линию); если приблизительно известно, сколько строк кода будет

содержать программа, то нужное количество линий можно создать, нажав

кнопку

Add Line соответствующее количество раз);

в появившиеся местозаполнители нужно ввести программный код.

7.6.2 Локальное присваивание (←)

Язык программирования MathCAD позволяет создавать внутри

программных модулей локальные переменные, которые «не видны» из других

частей документа. Присваивание в пределах программ, в отличие от

документов MathCAD, производится с помощью оператора Local Definition

(Локальное присваивание), который вставляется нажатием кнопки на

панели Программирование.

Например, переменная z существует только внутри программы, выделенной

вертикальной чертой. Из других мест документа получить ее значение

невозможно.

f x( ) z 4

z x

f 1( ) 5

Примечание - Оператор присваивания := и оператор вывода = в пределах программ не

применяются.

129

7.6.3 Операторы if и otherwise

Оператор if используется для создания условных выражений. Синтаксис

оператора:

выражение if условие

Условный оператор выполняется следующим образом: сначала проверяется

логическое выражение (условие) справа от него. Если оно истинно,

выполняется выражение слева от оператора if. Если ложно – ничего не

происходит, и управление передается следующей строке.

Если ни одно из условий не оказалось истинным, то совместно с одним или

несколькими условными операторами if используется оператор otherwise.

Вставить условный оператор в программу можно следующим образом:

при необходимости ввести левую часть выражения и оператор

присваивания;

создать новую строку программного кода, нажав на панели

Программирование кнопку Add Line (Добавить строку);

нажать кнопку условного оператора if;

справа от оператора ввести условие. Для этого использовать логические

операторы с панели Boolean.

слева от оператора if ввести выражение, которое должно выполняться,

если условие истинно;

если в программе предусматриваются дополнительные условия, то нужно

добавить еще одну строку и ввести их используя оператор if или

otherwise.

Пример описания функции с условным оператором и графика этой функции.

g x( ) x2

1 x 0if

1 x( ) x 2 x 0if

3 otherwise

130

2 0 2 40

2

4

65

1

g x( )

42 x

7.6.4 Операторы цикла (for, while, break, continue)

В языке программирования MathCAD имеются два оператора цикла: for

и while. Оператор for служит для организации циклов с заданным числом

повторений выражений, помещаемых в шаблон:

конначнач NhNNV ..,for

Диапазон значений переменной в условии цикла for можно задать как с

помощью ранжированной переменной, так и с помощью вектора.

Оператор while используется для создания цикла с выходом из него по

некоторому логическому условию.

Чтобы вставить в программный модуль оператор цикла нужно:

создать в программном модуле новую строку;

вставить один из операторов for или while нажатием одноименной кнопки

на панели Программирование;

если выбран оператор for , то вставить в соответствующие

местозаполнители имя переменной и диапазон ее значений, а если while –

то логическое выражение, при нарушении которого должен

осуществляться выход из цикла.

в нижний местозаполнитель ввести выражения, которые должны

выполняться в цикле.

при необходимости можно дополнить программу другими строками и

ввести в них нужный код.

131

Пример.

x z 0

z z i

i 1 4 10for

z2

x 484

x z 0

z z i

i 1 4 10for

z2

x 484

x z 0

i 1

z z i

i i 3

i 10while

z2

x 484 Цикл for с

ранжированной

переменной

Цикл for с вектором Цикл while

Иногда возникает необходимость досрочного завершения цикла до его

логического окончания. Для этого предназначен оператор break.

Пример.

x z 1

z z i

break z 100if

i 1 200for

z

x 120

Для более четкого обозначения границ завершения тела цикла, в его конце

может использоваться дополнительная строка с оператором continue, который

вводится одноименной кнопкой панели Программирование. На результат

программы наличие оператора continue не влияет.

7.6.5 Возврат значения (return)

Строки программного модуля, применяемого для определения функции или

переменной, выполняются последовательно. Чтобы подчеркнуть возврат

132

программным модулем определенного значения, рекомендуется в последней

строке этого модуля написать возвращаемое выражение, например

g x( ) z 0

z z xi

i 1 2 4 5( )for

z

g 4( ) 1300.0 Вместе с тем, применив оператор return, можно прервать выполнение

программы в любой ее точке, например с помощью условного оператора, и

выдать некоторое значение. В этом случае при выполнении указанного

условия значение, введенное в местозаполнитель оператора return,

возвращается в качестве результата, никакой другой код больше не

выполняется.

Пример:

f x( ) z x2

"zero"return x 0if

z

f 1( ) 1

f 2( ) 4

f 0( ) "zero"

7.6.6 Перехват ошибок (on error)

В процессе выполнения программного кода может возникнуть ошибка,

например деление на ноль или переполнение. Эту ошибку можно перехватить

с помощью оператора on error. Чтобы вставить оператор в программу, надо

поместить линии ввода в ней в нужное положение и нажать кнопку on error

на панели Программирование. В результате появится строка с двумя

местозаполнителями и оператором on error посередине.

133

В правый местозаполнитель нужно ввести выражение, которое

должно выполняться в данной строке программы. В левый – выражение,

которое будет выполнено вместо правого выражения, если при его

выполнении возникает ошибка.

Пример перехвата ошибки при вычислении логарифма от числа 0.

f x( ) z x

" error x=0" ln z( )( )on error

f 3( ) 1.099

f 0( ) " error x=0"

В данном случае вычисление f(0) вызовет ошибку, так как логарифм 0

не существует. Поэтому вместо выражения справа от оператора on error

будет выполнено выражение, стоящее слева, и присваивающее функции

f(n) строковое значение ―error x=0‖ (ошибка: аргумент равен нулю).

Оператор перехвата ошибок удобно применять в комбинации со

встроенной функцией error(S). При этом текст сообщения об ошибке

помещают в аргумент функции error.

В этом примере перехватывается ошибка – деление на ноль.

7.6.7 Пример программирования

С помощью средств программирования можно создавать более сложные

программ. Рассмотрим использование программирования на примере.

134

Пример. Вычислить сумму положительных элементов матрицы MNxN

, где

jiеслиji

jiеслиi

jiеслиji

M ji

),cos(

,

),sin(

,

ORIGIN 1

N 5

i 1 N

j 1 N

Mi j sin i j( ) i jif

i i jif

cos i j( ) i jif

M

1

0.841

0.909

0.141

0.757

0.99

2

0.841

0.909

0.141

0.654

0.284

3

0.841

0.909

0.284

0.96

0.754

4

0.841

0.96

0.754

0.146

0.911

5

S k 0

k MI J MI J 0if

0 otherwise

k

J 1 Nfor

I 1 Nfor

k

S 25.371

135

8 ЭЛЕКТРОННЫЕ ТАБЛИЦЫ MS EXCEL

8.1 Основы работы в среде MS Excel

8.1.1 Общие сведения об Excel

Электронная таблица – компьютерный эквивалент обычной таблицы, в

ячейках которой записаны данные различных типов: тексты, даты, формулы,

числа.

Для создания и управления электронной таблицей используется специальный

комплекс программ – табличный процессор.

Функции табличных процессоров весьма разнообразны:

Создание и редактирование электронных таблиц;

Оформление и печать электронных таблиц;

Создание многотабличных документов, объединенных формулами;

Построение диаграмм, их модификация и решение экономических задач

графическими методами;

Работа с электронными таблицами как с базами данных: сортировка

таблиц, выборка данных по запросам;

Создание итоговых и сводных таблиц;

Использование при построении таблиц информации из внешних баз

данных;

Решение задач типа «что – если» путем подбора параметров;

Решение оптимизационных задач;

Статистическая обработка данных;

Создание слайд – шоу;

Разработка макрокоманд, настройка среды потребности пользователя и т.

д.

В научно – технических задачах электронные таблицы можно эффективно

использовать для:

проведения однотипных расчетов над большими наборами данных;

автоматизации итоговых вычислений;

решения задач путем подбора значений параметров, табулирования

формул;

обработки результатов экспериментов;

проведения поиска оптимальных значений параметров;

подготовки табличных документов;

построения диаграмм и графиков по имеющимся данным.

Главное достоинство электронной таблицы – это возможность мгновенного

пересчета всех данных, связанных формульными зависимостями при

изменении значения любого операнда.

136

Электронные таблицы Excel – компонент интегрированной офисной системы.

Представляет интерес соединение ее с другими офисными программами,

такими как, например, редактор текста Word, СУБД Access, графическая

программа CorelDraw,Visual Basic.

Основными типами файлов, с которыми работает Excel является рабочая

книга и файл шаблона, имеющие расширение .xlsx и .xltx.

Таблицы MS Excel размещаются в Рабочей книге, состоящей из Рабочих

листов различного типа. Рабочий лист состоит из столбцов и строк.

Столбцы таблицы озаглавлены буквами, а строки пронумерованы. В ячейках

могут храниться числа, тексты и формулы. Каждая ячейка имеет свой

уникальный адрес, состоящий из имени столбца и номера строки, например

A3, F45.

8.1.2 Окно приложения Microsoft Excel

Рисунок 34 - Окно Excel

Главный элемент пользовательского интерфейса Microsoft Excel 2010

представляет собой ленту, которая идет вдоль верхней части окна каждого

приложения (рисунки 34, 35).

137

Рисунок 35 – Лента MS Excel

Лента состоит из объектов трех типов: вкладок (1), групп (2) и элементов

управления (3) (Рисунок 35).

По умолчанию в окне отображается семь постоянных вкладок: Главная,

Вставка, Разметка страницы, Формулы, Данные, Рецензирование, Вид.

Каждая вкладка состоит из групп. Элементы управления на лентах вкладок

объединены в группы, связанные с видом выполняемого действия. (Рисунок

34).

8.1.3 Основные понятия электронных таблиц

Рабочий лист имеет табличную структуру и служит для анализа и

организации данных. Он состоит из строк и столбцов. Строки

последовательно нумеруются цифрами от 1 до 1 048 576. Столбцы

озаглавлены прописными латинскими буквами и, далее, двухбуквенными

комбинациями АА, AB, AC (16 384 столбцов). Рабочие листы можно

переименовывать, копировать, перемещать, удалять и вставлять. Место

пересечения столбца и строки называется ячейкой таблицы. Каждая ячейка

имеет свой уникальный адрес, состоящий из имени столбца и номера строки,

например, A3, F45.

Рабочая книга представляет собой набор рабочих листов. Каждый

рабочий лист имеет название, которое отображается на ярлычке листа. В

книгу можно поместить несколько различных рабочих типов документов,

например, рабочий лист с электронной таблицей, лист диаграмм, лист

макросов и т.п.

Диаграмма представляет собой графическое изображение связей между

числами электронной таблицы. Она позволяет показать количественное

соотношение между сопоставляемыми величинами;

Макрос – это последовательность команд, позволяющих

автоматизировать часто встречающиеся операции.

8.1.4 Ввод и форматирование данных

Ячейки являются минимальными элементами для хранения данных.

138

В ячейки рабочего листа вводятся два вида данных: константы и формулы.

Константы делятся на числовые, текстовые, логические, типа дата/время.

Формулы строятся как выражения для вычисления нового значения.

Тип данных, размещаемых в ячейке, определяется автоматически при вводе.

Если эти данные можно интерпретировать как число, программа Excel так и

делает. В противном случае данные рассматриваются как текст.

При вводе содержимое активной ячейки дублируется в строке формул. Ввод

данных заканчивается нажатием клавиши Enter.

По умолчанию текст, введенный в ячейку, выравнивается по ее левому краю, а

числа – по правому краю.

Изменить способ выравнивания можно с помощью кнопок группы команд

Выравнивание на вкладке Главная:

– выравнивание по левому краю,

– выравнивание по центру,

– выравнивание по правому краю.

При необходимости объединить ячейки и поместить текст внутри следует

выделить нужный диапазон ячеек и нажать кнопку (объединить и

поместить в центре) группы команд Выравнивание на вкладке Главная.

Блок (диапазон) ячеек – прямоугольная область смежных или несмежных

ячеек. Диапазон ячеек обозначают, указывая через двоеточие номера ячеек,

расположенных в противоположных углах прямоугольника (например

А1:С10).

Применительно к ячейке и блоку выполняются следующие типовые операции:

выделение, форматирование, удаление, вставка строк и столбцов,

копирование, перенос, очистка и заполнение блока ячеек значениями.

Как правило, Excel самостоятельно выбирает формат вводимых данных. При

вводе чисел Excel по умолчанию применяет формат Общий. При

необходимости задать определенный формат вводимых данных, нужно

выделить ячейку или диапазон, щелчком правой кнопки мыши вызвать

контекстное меню и выбрать команду Формат ячеек.

Вкладки появившегося окна позволяют выбирать формат записи данных

(количество знаков после запятой, указание денежной единицы, способ записи

даты и прочее), задавать направление текста и метод его выравнивания,

определять шрифт и начертание символов, управлять отображением и видом

рамок, задавать фоновый цвет.

8.1.5 Использование формул

Формулой в Excel называется последовательность символов, начинающаяся со

знака ―=‖ или ―+‖, или ‖-‖. В эту последовательность могут входить числа;

операции, тексты (вводятся в двойных кавычках, например, "Задача");

логические значения (например, ИСТИНА, ЛОЖЬ, условия типа А23=А45 и

т.д.); ссылки на ячейки или имена ячеек; круглые скобки ( ); встроенные

139

функции ППП Excel. Результатом работы формулы является новое значение,

которое выводится как результат вычисления формулы по имеющимся

данным. Если значения в ячейках, на которые есть ссылки в формулах,

меняются, то результат изменится автоматически. Пример формулы

=А5/В4*14. В ячейке, в которой находится формула, виден только результат

вычислений. Саму формулу можно увидеть в строке ввода, когда данная

ячейка станет активной

8.1.6 Ссылки в Excel

Ссылка является идентификатором ячейки или группы ячеек в книге. При

создании формул, содержащих ссылки на ячейки, формула связывается с

ячейками книги. Значение формулы зависит от содержимого ячеек, на

которые указывают ссылки, и оно изменяется при изменении содержимого

этих ячеек.

С помощью ссылок в формулах можно использовать данные, находящиеся в

различных местах листа, или использовать значение одной и той же ячейки в

нескольких формулах. Кроме того, можно ссылаться на ячейки, находящиеся

на других листах книги, или в другой книге, или даже на данные другого

приложения.

Ссылки на ячейки других книг называются внешними. Ссылки на данные

других приложений называются удаленными.

В Excel существуют три типа ссылок: относительные, абсолютные,

смешанные.

Относительная ссылка указывает на ячейку, основываясь на ее положении

относительно ячейки, в которой находится формула, например «на две строки

выше». При перемещении формулы относительная ссылка изменяется,

ориентируясь на ту позицию, в которую переносится формула. Например,

если в клетке С1 записано =А1+В1, то при копировании ее в клетку С2

формула будет иметь следующие относительные ссылки =А2+В2; при

копировании в D1 – =В1+С1.

Абсолютными являются ссылки на ячейки, имеющие фиксированное

расположение на листе. Эти ссылки не изменяются при копировании формул.

Абсолютная ссылка содержит знак $ перед именем столбца и именем строки.

Например, в ячейке С1 записано: =$A$1+$B$1. Тогда при копировании в С2

там получится = $A$1+$B$1.

Смешанные ссылки - это ссылки, являющиеся комбинацией относительных и

абсолютных ссылок. Например, фиксированный столбце и относительная

строка: $D7.

Примеры ссылок:

А:А – ссылка на все ячейки столбца А;

1:3 – ссылка на все ячейки строк 1, 2, 3;

A:IV или 1:65536 – ссылка на все ячейки рабочего листа.

140

8.1.7. Знаки операций в формулах

При написании формул в Excel используются следующие операции:

Арифметические операции:

^ – возведение в степень,

* – умножение,

/ – деление,

+ – сложение,

- –вычитание.

Операции отношения:

> – больше,

>= – больше или равно,

> – меньше,

<= – меньше или равно,

= – равно,

<> – не равно,

& – операция конкатенации (объединение текста).

8.1.8 Копирование формул

Формулы можно копировать в другие ячейки. При копировании формул

можно использовать один из двух способов:

1. С помощью маркера заполнения

Выделить ячейку, в которой находится копируемая формула.

Поместить указатель мыши на маркере заполнения выделенной ячейки.

Протащить маркер заполнения вниз (вправо, влево, вверх), чтобы

заполнить нужные ячейки.

2. С помощью буфера обмена

Выделить ячейку, в которой находится копируемая формула.

Нажать кнопку (копировать).

Выделить ячейку, в которую копируется формула.

Нажать кнопку (вставить).

При этом в зависимости от типа ссылок, входящих в копируемую формулу,

осуществляется их настройка. Относительные ссылки, например, А2 или С34,

при копировании изменяются так, чтобы отобразить правило их вхождения в

формулу относительно ее нового местоположения.

Если необходимо, чтобы ссылки не изменялись при копировании формулы в

другую ячейку, воспользуйтесь абсолютными ссылками. Абсолютные ссылки

при копировании либо остаются неизменными, например, $A$2, либо

изменяются частично, например, $D10. Например, если имеется формула,

умножающая содержимое ячейки A5 на ячейку C1 (=A5*C1), то при

копировании формулы в другую ячейку изменятся обе ссылки.

141

Относительные ссылки автоматически корректируются при их копировании, а

абсолютные ссылки — нет.

8.2 Использование функций Excel в формулах Функциями в Excel называют заранее определенные формулы, с помощью

которых выполняются вычисления в указанном порядке по заданным

величинам. При этом вычисления могут быть как простыми, так и сложными.

Например, определение среднего значения пяти ячеек можно описать

формулой: =(A1+A2+A3+A4 + A5)/5, а можно специальной функцией

СРЗНАЧ, которая сократит выражение до следующего вида: СРЗНАЧ(А1:А5).

Для работы с функциями в Excel на ленте существует вкладка Формулы, на

которой располагаются все основные инструменты для работы с ними

(рисунок 36).

Рисунок 36 – Вкладка Формулы

Все функции в Excel 2010 разделены на несколько категорий, группирующих

их по типу решаемых задач: математические;

статистические;

текстовые;

логические;

финансовые;

функции даты и времени и т.д.

Выбрать необходимую категорию можно на ленте в группе Библиотека

функций на вкладке Формулы. После щелчка по стрелочке,

располагающейся рядом с каждой из категорий, раскрывается список

функций, а при наведении курсора на любую из них, появляется окно с ее

описанием (рисунок 37).

Рисунок 37 – Окно с описанием функции

Ввод функций, как и формул, начинается со знака равенства. После идет

имя функции, в виде аббревиатуры из больших букв, указывающей на ее

значение. Затем в скобках указываются аргументы функции – данные,

использующиеся для получения результата.

142

В качестве аргумента может выступать конкретное число,

самостоятельная ссылка на ячейку, целая серия ссылок на значения или

ячейки, а так же диапазон ячеек. При этом у одних функций аргументы – это

текст или числа, у других – время и даты.

Многие функции могут иметь сразу несколько аргументов. В таком

случае, каждый из них отделяется от следующего точкой с запятой. Например,

функция =ПРОИЗВЕД(7; A1; 6; B2) считает произведение четырѐх разных

чисел, указанных в скобках, и соответственно содержит четыре аргумента.

При этом в нашем случае одни аргументы указаны явно, а другие, являются

значениями определенных ячеек.

Так же в качестве аргумента можно использовать другую функцию,

которая в этом случае называется вложенной. Например, функция

=СУММ(A1:А5; СРЗНАЧ(В5:В10)) суммирует значения ячеек находящихся в

диапазоне от А1 до А5, а так же среднее значение чисел, размещенных в

клетках В5, В6, В7, В8, В9 и В10.

У некоторых простых функций аргументов может не быть вовсе. Так, с

помощью функции =ТДАТА() можно получить текущие время и дату, не

используя никаких аргументов.

Также можно вводить функции с использованием Мастера функций,

щелкнув на значке Вставить функцию , расположенному слева от Строки

формул.

Пример работы с Мастером функций:

Нажать кнопку .

В появившемся диалоговом окне, указать категорию и требуемую

функцию (рисунок 38).

Рисунок 38 - Окно диалога мастера функций

Нажать кнопку ОК.

В открывшемся втором диалоговом окне (рисунок 39) указать

аргументы:

143

Рисунок 39 - Задание аргумента функции COS

Нажать кнопку ОК.

8.2.1 Математические функции

В Excel наиболее часто используются следующие стандартные

математические функции:

ABS(аргумент) – абсолютная величина

COS(аргумент) – косинус

SIN(аргумент) – синус

TAN(аргумент) – тангенс

ACOS(аргумент) – арккосинус

ASIN(аргумент) – арксинус

ATAN(аргумент) – арктангенс

EXP(аргумент) – экспонента

LN(аргумент) – натуральный логарифм

LOG10(аргумент) – десятичный логарифм

КОРЕНЬ(аргумент) – квадратный корень

ПИ() – – число π

ПРОИЗВЕД(число1;число2;…) – произведение аргументов

СУММ(число1;число2;…) – сумма аргументов

СУММКВ(число1;число2;…) – – сумма квадратов аргументов

СУММКВРАЗН(массив_x;массив_y) – сумма квадратов разностей соответ-

ствующих значений двух массивов

144

8.2.2 Статистические функции

Одной из основных целей разработки электронных таблиц была

автоматизация статистической обработки данных. Наиболее часто

используются следующие статистические функции:

СРЗНАЧ – среднее арифметическое аргументов, которые могут

быть числами или массивами;

МАКС – максимальное значение из списка аргументов;

МИН – минимальное значение из списка аргументов;

КОРРЕЛ – коэффициент корреляции между двумя множествами

данных; КВАДРОТКЛ – сумма квадратов отклонений точек данных от их среднего.

8.2.3 Логические функции

Excel содержит также логические функции, которые позволяют вычислять

различные значения в зависимости от значения условия.

Стандартные логические функции:

И(аргумент_1; аргумент_2;….; аргумент_к)

ИЛИ(аргумент_1; аргумент_2;….; аргумент_к)

ЕСЛИ(условие; выражение_1; выражение_2)

ИСТИНА()

ЛОЖЬ()

НЕ(аргумент)

Здесь:

аргумент, аргумент_1 , аргумент_2;….; аргумент_к – логические выражения,

т.е. выражения, которые принимают значения ИСТИНА или ЛОЖЬ.

выражение_1; выражение_2 – выражения любого типа.

Рассмотрим подробнее функцию ЕСЛИ (IF):

ЕСЛИ(условие; выражение_1; выражение_2)

При выполнении функции, прежде всего, проверяется условие, если

условие – верно, то вычисляется значение выражения_1, в противном

случае вычисляется значение выражения_2.

В функции ЕСЛИ можно использовать как числовые, так и

текстовые выражения. Например, лист, представленный на рисунке 40,

содержит результаты тестирования для группы студентов. Для проверки

среднего балла, содержащегося в ячейке F4, в ячейку G4 введена

формула: =ЕСЛИ(F4>70;”сдал”; ”не сдал”). Если средний балл

оказывается больше 70, функция возвращает текст сдал; если же

средний балл меньше или равен 70, функция возвращает текст не сдал.

145

Рисунок 40 - Пример использования функции ЕСЛИ

8.3 Создание и обработка электронных таблиц Любая электронная таблица состоит из следующих элементов:

Заголовка таблицы;

Заголовка столбцов («шапки таблицы»);

Информационной части (исходных и выходных данных, расположенных

в соответствующих ячейках).

В общем виде процесс проектирования электронной таблицы включает

следующие шаги:

Ввод заголовка электронной таблицы;

Ввод названий граф документа;

Ввод исходных данных;

Ввод расчетных формул;

Форматирование электронной таблицы с целью придания ей

профессионального вида;

Подготовку электронной таблицы к печати и печать.

При необходимости электронные таблицы могут сопровождаться различными

пояснительными комментариями и диаграммами.

8.4 Работа с массивами При работе с таблицами часто нужно применить одну и ту же операцию к целому диапазону ячеек или выполнить расчеты по формулам, зависящим от большого массива данных. К таким задачам относятся, например, умножение матрицы на матрицу или умножение матрицы на число. Для решения таких задач в Excel можно использовать массивы. Массивы применяются для создания формул, которые возвращают некоторое множество результатов или оперируют множеством значений, а не отдельными значениями. Формула массива использует несколько множеств значений, называемых массивами аргументов, и вычисляет одно или несколько значений. Диапазон массива – это блок ячеек, который имеет общую формулу массива.

146

8.4.1 Правила ввода формул массива

При работе с таблицами часто нужно применить одну и ту же операцию к целому диапазону ячеек или выполнить расчеты по формулам, зависящим от большого массива данных. К таким задачам относятся, например, умножение матрицы на матрицу или умножение матрицы на число. Для решения таких задач в Excel можно использовать массивы. Массивы применяются для создания формул, которые возвращают некоторое множество результатов или оперируют множеством значений, а не отдельными значениями. Формула массива использует несколько множеств значений, называемых массивами аргументов, и вычисляет одно или несколько значений. Диапазон массива – это блок ячеек, который имеет общую формулу массива.

8.4.2 Одномерные массивы В случае одномерного массива формула массива может размещаться в строке

либо в столбце.

На рисунке 41 формула массива введена в вертикальный диапазон.

Рисунок 41 - Использование формулы массива для вычисления произведений

в каждой строке

Пример. Вычисление среднего значения произведений элементов двух

массивов.

Для вычисления среднего арифметического произведений каждой пары

значений можно использовать формулу массива и функцию СРЗНАЧ. Для

этого:

1. Выделите любую пустую ячейку (например, С1).

2. Введите формулу =СРЗНАЧ(А1:А7*В1:В7)

3. Нажмите клавиши Ctrl+Shift+Enter (рисунок 42).

Рисунок 42 - Вычисление среднего значения произведений элементов двух

массивов

147

8.4.3 Двумерные массивы

В Excel имеются следующие специальные функции для работы с матрицами:

МОБР Обратная матрица

МОПРЕД Определитель матрицы

МУМНОЖ Матричное произведение двух матриц

ТРАНСП Транспонированная матрица

Во всех случаях при работе с матрицами перед вводом формулы надо

выделить область на рабочем листе, куда будет выведен результат

вычислений.

Пример. Решим в качестве примера систему линейных уравнений с двумя

неизвестными

254

32

yx

yx

Запишем матрицу коэффициентов в ячейки А4:В5, а свободные члены – в

ячейки D4:D5.

Известно, что решение линейной системы АХ=В, где А – матрица

коэффициентов, В – столбец (вектор ) свободных членов, Х - столбец (вектор)

неизвестных, имеет вид Х = А-1

В, где А-1

- матрица, обратная по отношению

к А.

Для решения нашей системы уравнений выделим под вектор решений

диапазон F4:F5 и введем в него формулу, как показано на рисунке 43.

Рисунок 43 -Решение системы линейных уравнений

Для получения решения нажмем клавиши Ctrl+Shift+Enter.

8.5 Построение диаграмм

Типы диаграмм:

гистограмма; лепестковая;

линейчатая; поверхность;

график; пузырьковая;

круговая; биржевая;

148

точечная; цилиндрическая;

с областями; коническая;

кольцевая; пирамидальная.

Элементы диаграммы:

горизонтальная ось (ось X). По этой оси откладываются значения из

ряда категорий.

вертикальная ось (ось Y). По этой оси откладываются наборы значений.

На одной диаграмме можно представить до 6 различных рядов значений.

легенда. Текст на диаграмме, который показывает, какие маркеры, цвета

и узоры используются для изображения каждого набора значений.

подпись данных. Текст или числа, предназначенные для идентификации

отдельных точек на диаграмме.

заголовки. Текст, предназначенный для идентификации диаграммы и ее

осей.

Диаграмма создается с помощью Мастера диаграмм. Мастер диаграмм

выполняет построение новой диаграммы в интерактивном режиме за 4 шага.

Последовательность действий при построении диаграммы:

1. Выделить участок таблицы, для которого строится диаграмма.

2. Вызвать Мастера диаграмм.

3. Построение диаграммы с помощью Мастера диаграмм.

Шаг 1. Указать тип и вид диаграммы

Excel позволяет строить диаграммы 14 стандартных типов плоскостного

и объемного представления (с областями, линейчатая, гистограмма, график,

точечная, кольцевая, объемные указанных типов, поверхностные) и 20

нестандартных типов (логарифмическая, графики (2 оси), гладкие графики,

цветные графики и т.д.). .

Шаг 2. Источник данных диаграммы. Второй этап мастера служит для

выбора данных, по которым будет строиться диаграмма. На этом этапе нужно

указать, где находятся ряды, а также задать имена рядов.

Шаг 3. Параметры диаграммы. Заголовки, оси, подписи значений, легенду,

сетки и таблицу данных в диаграмме можно либо вывести на экран, либо

скрыть.

Шаг 4. Размещение диаграммы, при этом можно выбрать для размещения

диаграммы новый лист или уже имеющийся. Этот выбор важен для

последующей печати документа, содержащего диаграмму.

Пример построения графика функции

Рассмотрим пример построения графика функции xxy 2sin4 2 на

отрезке [0,1].

Для построения графика функции необходимо сначала построить

таблицу значений функции при различных значениях аргумента, причем

149

обычно аргумент изменяется с фиксированным шагом. Примем в нашем

случае шаг равным 0,1.

Введем в ячейки A1 и B1 заголовки столбцов.

В ячейки A2,A3 вводим первое и второе значения аргумента

и выделяем эти ячейки.

Устанавливаем указатель мыши на маркере заполнения

выделенного диапазона и протаскиваем его вниз до тех пор, пока

не получится числовой ряд (рисунок 44).

Рисунок 44 -Использование вкладки Ряд

В ячейку B2 введем формулу

Выделим ячейку B2, установим указатель мыши на маркере

заполнения этой ячейки и протащим его до B12.

Для построения графика функции выделим диапазон ячеек

A1:B12 и на ленте перейдем на вкладку Вставка в раздел

Диаграммы и выберем диаграмму Точечная с гладкими

кривыми (Рисунок 45)

150

Рисунок 45 – Вкладка Вставка

Вид графика функции приставлен на рисунке 46

Рисунок 46 – График функции y=f(x)

Для подписи осей координат во вкладке Работа с диаграммами в

разделе Макеты диаграмм выберем Макет и зададим название диаграммы и

осей. Полученный график представлен на рисунке 47.

151

Рисунок 47 - График функции xxy 2sin4 2 на отрезке [0,1]

8.6 Подбор параметра

Когда известен желаемый результат единичной формулы, но не известно

значение, которое требуется ввести для получения этого результата, можно

воспользоваться средством Подбор параметра. При подборе параметра

Microsoft Excel изменяет значение в одной конкретной ячейке до тех пор, пока

формула, зависимая от этой ячейки, не возвращает нужный результат.

Для подбора параметра нужно выполнить следующие действия:

Выполнить команду Данные, Анализ «что - если», Подбор параметра.

В поле Установить в ячейке введите ссылку на ячейку, содержащую

необходимую формулу.

В поле Значений введите искомый результат.

В поле Изменяя значение ячейки введите ссылку на ячейку, значение

которой нужно подобрать. Формула в ячейке, указанной в поле

Установить ячейку, должна ссылаться на эту ячейку.

Команду Подбор параметра можно использовать в Excel для решения

уравнений f(x)=0 (рисунок 48). В этом случае в ячейку А2 вводится

значение начального приближения, в ячейку В2 – левая часть уравнения, а

в поле Значений в качестве искомого результата вводится 0.

152

Рисунок 48 - Окно Подбор параметра для решения уравнения

9 VISUAL BASIC FOR APPLICATIONS

При работе с приложениями (пакетами прикладных программ) часто

возникает необходимость внесения изменений в работу приложений,

например, автоматизации выполнения однотипных операций, создании

собственных функций. Для автоматизации приложений эффективно

использовать Visual Basic for Applications (VBA), разработанных фирмой

Microsoft. VBA - это версия языка Visual Basic, которая поставляется

непосредственно с приложениями (т.е. включена в пакет Microsoft Office).

Visual Basic for Applications – подмножество Visual Basic (VB) –

включает почти все средства создания приложений VB. Основные

управляющие конструкции, структуры данных, возможность создания

пользовательских типов данных а также функции и операторы VBA

полностью аналогичны конструкциям Visual Basic. VBA, как и VB, является

системой визуального программирования, управляемого событиями, в нем

есть возможность создания форм со стандартным набором элементов

управления, а также написания процедур, обрабатывающих события,

возникающие при тех или иных действиях системы и пользователя.

VBA отличается от Visual Basic и других языков программирования тем,

что он предоставляет возможность непосредственной работы с объектами

Microsoft Office. Главная особенность программирования в среде VBA: в ней

нельзя создавать проект независимо от приложения Microsoft Office.

Приступая к очередному сеансу работы, программист должен открыть

соответствующее приложение Microsoft Office, и в этот момент в VBA

автоматически становится доступным объект Application, определяющий это

приложение. Обычные средства VBA, унаследованные от VB, важная, но не

определяющая часть языка.

VBA можно эффективно применять для автоматизации деятельности,

связанной с автоматической обработкой различных типов документов.

153

Изучение языка VBA применительно к одному из приложений (например,

к Excel) даѐт основу для применения его к другим продуктам Microsoft, а

также прочный фундамент для работы с Visual Basic.

Visual Basic for Applications (VBA) – это сочетание одного из самых

простых языков программирования и всех вычислительных возможностей

Excel.

Автоматизация работы в приложениях может условно включать

следующие способы использования VBA:

- создание функций пользователя;

- разработка проектов, включающих различные объекты (модули, формы

и т. д.).

9.1 Основные объекты VBA

VBA относится к языкам объектно-ориентированного

программирования. Одним из основных понятий VBA является объект.

Объект – это то, чем можно управлять с помощью программы на языке VBA.

Основными объектами VBA являются:

Application приложение Cells ячейка

Workbook рабочая книга Range диапазон

Worksheet рабочий лист Selection выбор

Sheet лист

Большинство объектов принадлежит к группе подобных объектов. Эти

группы называют наборами, так все рабочие листы рабочей книги образуют

набор, называемый Worksheets. Например, с помощью конструкции

Worksheets ("данные") выбирают рабочий лист "данные".

В Excel имеется много объектов, причем некоторые из них содержат

другие объекты. Например, рабочая книга содержит рабочие листы, рабочий

лист содержит диапазон ячеек и т.д. Объектом самого высокого уровня

является Application (приложение). При указании ссылки на объект для

перехода от одного объекта к другому (более низкого уровня) имена объектов

разделяются точкой. Например, следующая команда очищает первую строку

листа "эксперимент" активной рабочей книги.

Application.ActiveWorkbook.Worksheets("эксперимент").Rows(1).Delete

Этот пример можно написать значительно короче:

Можно не писать имя объекта Application, так как это подразумевается

по умолчанию.

154

При работе с подобъектом уже активизированного объекта не

обязательно указывать содержащий его объект.

Кроме того, VBA использует некоторые свойства и методы, которые

возвращают объект, к которому они относятся. В примере использовалось

свойство ActiveWorkbook (активная книга). Свойства ActiveCell (активная

ячейка), Activesheet (активный лист), ActiveWorkbook (активная книга) и

Selection (выбор – указывает на выбранный объект) возвращают объект.

Если данный объект часто используется в программе, то рекомендуется

создать его с помощью команды Set. Например,

Dim данные As Object Set данные = Worksheets("данные") Sheets("данные").Activate

Объект Application является главным в иерархии объектов Excel и

представляет само приложение Excel. Оно имеет более 120 свойств и 40

методов. Эти свойства и методы предназначены для установки общих

параметров приложения Excel. Кроме того, объект Application позволяет

вызывать более 400 встроенных функций рабочего листа при помощи

конструкции вида:

Application.ФункцииРабочегоЛиста(Аргументы)

Например:

Application.Pi() Вычисление числа π

Application.Sum() Нахождение суммы значений из ячеек

диапазона.

Application.Max() Нахождение максимального значения

из ячеек диапазона.

Application.Average() Нахождение среднего значения из

ячеек диапазона.

Application.Product() Нахождение произведения

аргументов значений из ячеек

диапазона.

Application.SumXMY2() Нахождение суммы квадратов

разностей соответствующих

значений двух массивов или

диапазонов ячеек.

Пример. Вычисление максимального значения из чисел диапазона.

f = Application.Max (a)

Пример. Вычисление суммы квадратов разностей.

w = Application.SumXMY2(x, y)

155

9.2 Свойства и методы объектов Worksheet, Range

Приложение, рабочая книга, рабочий лист, также как и другие объекты

VBA, имеют свойства, методы и события. Ниже приведены методы и свойства

объектов Worksheet, Range и Selection.

Основные методы объекта Worksheet (рабочий лист) и семейства Worksheets:

Методы Выполняемые дейстия

Activate Активизирует рабочий лист. Например,

Worksheets(2).Activate Add Создает новый рабочий лист.

Например:

Worksheets.Add - вставляется новый лист перед активным листом

активной рабочей книги.

Delete Удаляет рабочий лист.

Основные свойства объекта Worksheet (рабочий лист) и семейства

Worksheets:

Свойство Описание

Name Имя рабочего листа. В следующем примере первому

рабочему листу активной книги присваивается имя

"итоги":

Worksheets(1).Name = "итоги"

Visible True (False) – рабочий лист видим (невидим) на

экране. В следующем примере первый рабочий лист

активной книги делается невидимым.

Worksheets(1).Visible = False ActiveCell Возвращает активную ячейку рабочего листа.

UsedRange Возвращает диапазон, т.е. объект Range, который

содержит данные. В следующем примере очищается

диапазон первого рабочего листа с данными:

Worksheets(1).UsedRange.Clear

156

Основные свойства и методы объекта Range

Объект Range является одним из ключевых объектов VBA и в иерархии

Excel идет сразу после объекта Worksheet. Объект Selection возникает в VBA

двояко – либо как результат работы метода Select, либо при вызове свойства

Selection. Тип полученного объекта зависит от типа выделенного объекта и

чаще всего принадлежит классу Range, поэтому при работе с ним можно

использовать свойства и методы объекта Range.

Свойство Описание

Value Возвращает значение из ячейки или в ячейки

диапазона. Например,

x = Range("B2").Value

переменной x присваивается значение из ячейки B2

Name Возвращает имя диапазона. Например,

диапазону A1:B2 присваивается имя итоги, а затем

вычисляется сумма значений в этом диапазоне.

Range("A1:B2").Name = "итоги"

x = Application.Sum(Range("итоги"))

Count Возвращает число объектов в наборе. В примере

переменной x присваивается значение, равное числу

строк диапазона A1:C5:

x = Range("A1:C5").Rows.Count

CurrentRegion Возвращает число объектов текущего диапазона.

Текущим является диапазон, ограниченный пустыми

строками и столбцами и содержащий данный элемент.

В примере переменной x присваивается значение,

равное количеству ячеек в текущем диапазоне,

содержащем ячейку A3:

x = Range("A3").CurrentRegion.Count

Font Возвращает объект Font (шрифт).

Formula Возвращает формулу, например,

Range("A4").Formula = "=A2+A3"

Range("A1").Formula = CStr(TextBox1.Text)

Text Возвращает содержимое диапазона в текстовом

формате, например,

TextBox1.Text = Range("A1").Text

Метод Выполняемые действия

Address Возвращает адрес

Clear Очищает диапазон

Copy Копирует диапазон

Delete Удаляет диапазон

Columns, Rows Возвращает соответственно семейство столбцов

строк, из которых состоит диапазон

Select Выделяет диапазон

157

Объект Range позволяет работать с одной ячейкой, так как диапазон

может состоять только из одной ячейки, и ячейка является частным случаем

диапазона. Объект Cells (ячейки) – это альтернативный способ работы с

ячейкой. Например, ячейка А2 как объект описывается Range("А2") или

Cells(1,2).

9.3 Создание функций пользователя в среде VBA

Также как в языке программирования Visual Basic, в VBA определен

тип процедуры-функции, однако область применения таких процедур

расширяется. При создании процедуры-функции в отдельном модуле такая

процедура автоматически заносится в список встроенных функций в

категорию «определенные пользователем», сокращенно UDF. Она может быть

вызвана непосредственно из рабочего листа Excel, также как любая

встроенная функция, для вычисления значений формулы ячейки (рисунок 49).

Рисунок 49 - Вызов встроенной функции пользователя

Однако не все функции могут быть использованы таким образом. Базовое

ограничение следующее: UDF никаким образом не может изменять среду

Excel. Это означает, что UDF не может выбирать, вставлять, форматировать

никакие данные в рабочем листе, таблице или другом листе. UDF не может

удалять, вставлять, переименовывать листы или рабочие книги, не может

изменять экранное представление. Кроме того, UDF не может устанавливать

свойства объекта или использовать методы объекта в тех случаях, когда

установка свойств или применение методов приводят к изменениям в среде

Excel.

158

Синтаксис процедуры – функции в VBA аналогичен синтаксису этой

конструкции в Visual Basic.

Пример. Создание функции пользователя.

Создадим функцию, реализующую вычисления по следующей формуле:

Ниже представлен текст процедуры – функции:

Function негладкаяфункция(x As Single, a1 As Single, a2 As Single, _

a3 As Single, a4 As Single) As Single

'вычисление значений функции с разрывами 1-го рода

'проверка правильности ввода границ областей

If a1 > a2 Then

MsgBox ("ошибка ввода a1 > a2 ")

ElseIf a2 > a3 Then

MsgBox ("ошибка ввода a2 > a3")

ElseIf a3 > a4 Then

MsgBox ("ошибка ввода a3 > a4 ")

Else

'вычисление значений функции

Select Case x

Case Is <= a1

негладкаяфункция = x * x + 1

Case a1 To a2

негладкаяфункция = Cos(x)

Case a2 To a3

негладкаяфункция = Sin(x)

Case a2 To a4

негладкаяфункция = x * x - 1

Case Else

негладкаяфункция = 1

End Select

End If

End Function

. если,1

, если,1

, если,sin

, если,cos

, если,1

)(

4

43

2

32

21

1

2

xa

axax

axax

axax

axx

xF

159

Для создания процедуры – функции необходимо выполнить команды:

Insert ►Module,

затем

Insert ► Procedure.

В поле Name, открывшегося окна (рисунок 50) ввести название

функции, указать тип Function и после нажатия кнопки ОК ввести код.

Рисунок 50 - Окно Добавления процедуры

На рисунке 51 приведен пример вычисления значения функции F для

разных аргументов с помощью функции негладкаяфункция().

Рисунок 51 - Результат вычисления функции

При создании и использовании UDF необходимо быть внимательным к

типу аргументов и возвращаемого значения. Так, если указанные типы

определены как Double, Single или Integer, необходимо, чтобы формат

содержимого ячейки был определен как числовой.

160

9.4 Создание VBA-проекта

Рассмотрим создание проекта в редакторе VBA на следующем примере:

Задание. На листе «данные» введена таблица значений свойств некоторых

объектов (рисунок 52).

Рисунок 52 – Таблица свойств

Необходимо найти в этом списке объекты для которых сумма значений

свойств А, В и Е меньше значения свойства D. Результат поиска записать на

лист «итог», а на листе «данные» выделить цветом строки таблицы, в которых

записаны такие объекты.

Для решения этой задачи нужно определить количество объектов в списке,

выбрать объекты, удовлетворяющие заданным условиям, и сохранить

результаты поиска на листе «итог». Предварительно необходимо удалить

предыдущие вычисления с листа «итог» и выделение ячеек цветом с листа

«данные», а также инициализировать соответствующие листы. Для

выполнения этих операций были созданы процедуры числострок(), выбор() и

инициализация(). Ниже приведен текст процедур, входящих в модуль «проект» с

комментариями.

‘ описание листов Excel как объектов VBA

Dim данные As Object

Dim итог As Object

‘ описание переменных цикла и длины списка-n

Dim n As Integer, i As Integer, j As Integer

Public Sub инициализация()

161

‘ описание объектов VBA как рабочих листов Excel. Объект Worksheets –

‗рабочая таблица общий объект для Excel.

Set данные = Worksheets("данные")

Set итог = Worksheets("итог")

‘активизация рабочих листов методом Activate

Sheets("данные").Activate

End Sub

Public Sub числострок()

‘процедура, определяющая длину списка

инициализация ‘вызов процедуры «инициализация»

‘ определение промежуточного параметра – счетчика строк. Считать

‘начинаем со второй строки, так как в первой – заголовки списка

k = 2

‘ в операторе цикла значение счетчика увеличивается, пока в первом

‘столбце списка не будет пустой строки.

‘конструкция данные.Cells(k, 1) означает, что изменяется свойство Cells

‘описанного выше объекта Worksheets. В скобках указаны значения

‘параметров свойства, в данном случае это номера строки и столбца

‘ячейки.

While данные.Cells(k, 1) <> ""

k = k + 1

Wend

‘ количество строк в списке меньше значения счетчика

n = k – 2

'удаление предыдущих вычислений с листа "итог" и

'удаление предыдущего выделения ячеек цветом с листа "данные"

For i = 1 To n

For j = 1 To 6

итог.Cells(i, j) = ""

данные.Cells(i + 1, j).Select

With Selection.Interior ' Interior –интерьер (внутренность)

' PatternColorIndex – индекс цвета шаблона

.PatternColorIndex = xlNone ‘xlNone – нет заливки

End With

Next j

Next i

End Sub

‘процедура, осуществляющая выбор объектов из списка.

Public Sub выбор()

числострок ‘определение длины списка n-вызов процедуры «числострок»

‘ определение промежуточного параметра – счетчика строк на листе

‘«итог».

162

k = 2

For i = 1 To n

‘проверка условия выбора для элемента списка в строчке с номером i

If данные.Cells(i + 1, 2) + данные.Cells(i + 1, 3) + данные.Cells(i + 1, 6) _

< данные.Cells(i + 1, 5) Then

‘если условие выполнено, то каждая ячейка строчки с номером i

‘записывается в ячейку с номером к листа «итог». J – счетчик столбцов

списка

For j = 1 To 6

итог.Cells(k, j) = данные.Cells(i + 1, j)

‘ Использование метода Select – Выделения текущей ячейки

данные.Cells(i + 1, j).Select

‘ Использование оператора With для изменения параметров свойства

‗Interior (Этот оператор уже рассматривался при создании макроса)

With Selection.Interior

.ColorIndex = 4

.Pattern = xlSolid

.PatternColorIndex = xlAutomatic

End With

Next j

k = k + 1

End If

Next i

End Sub

Для создания модуля «проект» нужно выполнить следующие команды:

Insert ►Module,

View Proect►window

Изменить имя модуля «проект»

Ввести в модуль текст процедур.

Для выполнения описанных процедур поместим на лист «данные» две кнопки

«Вычислить» и «Выход». Предварительно откроем панель инструментов

Visual Basic, для этого выполним Вид►Панели инструментов► Visual Basic

(рисунок 53).

163

Рисунок 53 – Вызов панели инструментов Visual Basic

Выберем на панели Элементы управления кнопки и зададим

соответствующие свойства.

Для удобства работы с элементами управления в период их

конструирования в Excel введен режим конструктора, который активизируется

нажатием кнопки Режим конструктора панели инструментов Элементы

управления. В режиме конструктора отключена реакция элемента управления

на события. Поэтому при включенном режиме конструктора можно

видоизменять элемент управления и задавать его свойство. На рисунке 54

показано создание элемента управления CommndButton в режиме

конструктора на рабочем листе.

Рисунок 54 – Создание элемента управления CommndButton в режиме

конструктора

164

Введем программный код для каждой кнопки:

Private Sub CommandButton1_Click()

Call выбор

End Sub

Private Sub CommandButton2_Click()

End

End Sub

После создания программного кода нужно вернуться на рабочий лист и для

перехода в режим вычислений отключить режим конструктора повторным

нажатием кнопки Режим конструктора.

Результаты вычислений приведены на рисунках 55 и 56.

Рисунок 55 - Результаты работы процедуры на листе "данные"

Рисунок 56 - Результаты работы процедуры на листе "итог

Следует понимать, что структура VBA-проекта несколько отличается от

проекта Visual Basic. На рисунке 57 представлена стандартная структура

проекта «пример VBA.xls». Проект включает в себя все листы рабочей книги

Excel, в данном случае, лист «данные» и лист «итог». Любой VBA-проект

может содержать формы пользователя (userform) но в данный проект они не

включены. Модуль UDF содержит функцию пользователя, рассмотренную

165

выше. Модуль «проект» содержит процедуры, реализующие обработку

таблицы на листе «данные».

Рисунок 57 - Структура проекта VBA

9.5 Пользовательская форма UserForm

Пользовательская форма UserForm представляет пользователю

возможность создавать диалоговые окна разрабатываемых приложений.

В пользовательской форме размещаются элементы управления, необходимые

для управления приложением. Пользовательская форма, как и другие объекты,

имеет методы, свойства и события. Ниже приведены наиболее часто

используемые свойства, методы и события объекта UserForm.

Свойства объекта UserForm:

Свойство Описание

Name Имя пользовательской формы.

Caption Текст, отображаемый в строке заголовка формы.

BackColor Цвет фона формы.

BorderStyle Тип границ.

Picture Рисунок, отображаемый как фон формы.

Height и Width Высота и ширина формы в пунктах.

StartUpPosition Положение формы на экране при ее первом

отображении.

Методы объекта UserForm:

Метод Описание Show Отображает форму на экране

Hide Закрывает форму

Move Изменяет положение и размер формы

PrintForm Печатает изображение формы

166

События объекта UserForm:

Событие Описание Initialize Происходит при отображении формы на экране.

Terminate Происходит при закрытии формы, когда из памяти

удаляются все ссылки на форму, и она прекращает

свое существование

Создание пользовательской формы

Для создания пользовательской формы нужно:

выполнить команду Сервис►Макрос►Редактор Visual Basic,

выбрать команду Insert (Вставить) ► UserForm. В редакторе Visual Basic

появятся окно с пользовательской формой и Панель элементов (рисунок

58).

Рисунок 58 - Пользовательская форма и панель элементов

С помощью панели элементов и окна свойств создать из

пользовательской формы диалоговое окно.

Написать процедуры обработки для каждой кнопки.

Для проверки функционирования кнопок нажать кнопку

Run Sub/UserForm (►)

Рассмотрим использование пользовательской формы на примере.

Задание. Переменные x и y связаны функциональной зависимостью вида

y=a*x+b или y=a*exp(b x). Требуется определить коэффициенты a и b, а также

коэффициент корреляции. Экспериментальные значения x и y находятся в

столбцах A и B, как это показано на рисунке 59.

167

Рисунок 59 - Экспериментальные значения x и y

Коэффициенты a и b линейной зависимости y=a*x+b можно определить с

помощью функций рабочего листа Slope (наклон) и Intercept (отрезок), а

коэффициент корреляции функцией Correl. Синтаксис:

Slope(y,x) Intercept(y,x) Correl(x,y) Аргументы:

y – массив известных значений зависимой наблюдаемой величины;

x - массив известных значений независимой наблюдаемой величины.

Создадим пользовательскую форму (рисунок 60)

Рисунок 60 – Пользовательская форма «Обработка эксперимента»

Ниже приведен программный код, соответствующий кнопкам Вычислить

параметры и Вычислить коэффициент корреляции.

Dim n As Integer, i As Integer

‘Вычисление параметров a и b

Private Sub CommandButton1_Click()

168

Dim a As Single, b As Single

n = Range("A3").CurrentRegion.Rows.Count - 1

ReDim x(1 To n) As Single, y(1 To n) As Single

For i = 1 To n

x(i) = Cells(i + 3, 1)

y(i) = Cells(i + 3, 2)

Next i

If OptionButton1.Value Then

‘линейная зависимость

a = Application.Slope(y, x)

b = Application.Intercept(y, x)

‘вывод значений коэффициентов и поясняющего текста

Cells(4, 4) = "a"

Cells(4, 5) = a

Cells(4, 6) = "b"

Cells(4, 7) = b

TextBox1.Text = "Зависимость y=a*x+b"

ElseIf OptionButton2.Value Then

‘нелинейная зависимость вида y=a*exp(b x).

For i = 1 To n

y(i) = Log(y(i))

Next i

b = Application.Slope(y, x)

a = Exp(Application.Intercept(y, x))

‘вывод значений коэффициентов и поясняющего текста

Cells(5, 4) = "a"

Cells(5, 5) = a

Cells(5, 6) = "b"

Cells(5, 7) = b

TextBox1.Text = "Зависимость y=a*exp(b*x)"

Else

TextBox1.Text = "Не указан вид зависимости"

End If

End Sub

‘вычисление коэффициента корреляции

Private Sub CommandButton2_Click()

Dim Rxy As Single

n = Range("A3").CurrentRegion.Rows.Count - 1

ReDim x(1 To n) As Single, y(1 To n) As Single

For i = 1 To n

x(i) = Cells(i + 3, 1)

y(i) = Cells(i + 3, 2)

Next i

Rxy = Application.Correl(x, y)

169

Cells(3, 4) = "Rxy ="

Cells(3, 5) = Rxy

TextBox1.Text = IIf(Abs(Rxy) > 0.9, "Зависимость близка к линейной", "")

End Sub

Закрытие диалогового окна

В VBA диалоговые окна работают режиме модального диалога. Пользователь,

прежде чем перейти к выполнению действий, не связанных с текущим

активным диалоговым окном, должен его закрыть. Закрытие диалогового окна

производится методом Hide.

Добавим на пользовательскую форму «Обработка эксперимента» кнопку для

закрытия диалогового окна. Ниже приведена процедура отклика для этой

кнопки.

Private Sub CommandButton3_Click()

UserForm1.Hide

End Sub

Примечание - Закрыть диалоговое окно можно также, нажав системную кнопку,

расположенную в правом верхнем углу любого диалогового окна.

Окончательный вид пользовательской формы «Обработка эксперимента» приведен на

рисунке 61.

Рисунок 61 - Пользовательская форма «Обработка эксперимента»

Отображение диалогового окна

Отображение диалогового окна на экране осуществляется методом

Show. Инструкцию с методом Show обычно помещают в процедуру, которая

связана с командой пользовательского меню, кнопкой панели инструментов

или кнопкой диалогового окна.

170

Для открытия диалогового окна нашей задачи можно поставить кнопку

Обработка эксперимента (рисунок62) и написать для этой кнопки процедуру

Private Sub CommandButton1_Click()

UserForm1.Show

End Sub

Рисунок 62 – Рабочий лист с исходными данными и кнопкой для открытия

диалогового окна

Значения, полученные в результате решения задачи, приведены на рисунке 63

Рисунок 63 – Диалоговое окно и результаты вычислений

171

10 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ MS ACCSESS

10.1 Создание базы данных

10.1.1 Основные понятия

Современные компьютеры могут хранить самые разнообразные данные:

записи, документы, графику, звуко- и видеозаписи, научные и другие во

множестве форматов. Совокупность сведений о каких-либо объектах,

процессах, событиях или явлениях, организованная таким образом, чтобы

можно было легко представить любую часть этой совокупности, называют

базой данных (БД).

База данных (БД) – это поименованная совокупность

структурированных данных, относящихся к определенной предметной

области.

Под предметной областью понимается совокупность реальных

процессов и объектов (сущностей) в некоторой области деятельности для

организации управления и, в конечном счете, автоматизации, например,

предприятие, вуз и т.д.

Система управления базами данных (СУБД) – это программное

обеспечение для создания и редактирования баз данных, просмотра и поиска

информации в них.

Сегодня доступен широкий выбор СУБД, от небольших десктопных

приложений до многофункциональных серверных систем с

высокооптимизированными методами поиска: Oracle, Microsoft SQL Server,

MySQL, Informix, Microsoft Access и др. В данном пособии речь пойдет о

«настольных» базах данных сравнительно небольшого размера, которые

можно создавать средствами пакета Microsoft Office. СУБД Microsoft Access

имеет широкий спектр функций, включая связанные запросы, связь с

внешними таблицами и базами данных. Благодаря встроенному языку VBA, в

самом Access можно писать приложения, работающие с базами данных.

10.1.2 Реляционная модель данных

Существуют различные способы организации данных. Так, в разное

время использовались базы данных, основанные на инвертированных списках,

иерархические, сетевые структуры данных и т. д. В последнее время

появились объектно- ориентированные базы данных. Но на сегодняшний день

практически все работающие базы данных соответствуют реляционной

модели. Рассмотрим ее основные особенности.

Одним из самых естественных способов представления данных является

двухмерная таблица, обладающая следующими свойствами:

все элементы столбца имеют одинаковый тип данных; столбцам

присвоены уникальные номера (имена);

в таблице нет двух одинаковых строк; порядок расположения строк и

столбцов в таблице не имеет значения.

172

Таблица такого рода называется отношением. База данных,

построенная с помощью отношений, называется реляционной базой данных.

Независимо от того, сколько таблиц входит в базу данных, каждая строка

любой таблицы содержит данные об одном объекте (человеке, техническом

устройстве, документе и т. д.), а столбцы содержат различные характеристики

этих объектов (названия, адреса, даты и т. д.). Строки таблицы принято

называть записями, а столбцы — полями записей. В полях записей

содержатся атрибуты объектов записей. Все записи имеют одинаковые поля,

содержащие разные значения атрибутов. Каждое поле записи имеет строго

определенный тип данных — текст, число, дата и т. п.

Для того чтобы таблицы можно было связать между собой, используют

ключевые поля. Так называют одно или несколько полей, значение которого

(или комбинация значений которых) однозначно определяет каждую запись

таблицы, делает эту запись уникальной. Такие поля позволяют не только

связать между собой разные таблицы, но и выполнить быстрый поиск данных

для представления их в запросе, форме на экране или в отчете на принтере.

Ключ, состоящий из нескольких полей, называют составным.

Связи между таблицами бывают трех типов: «один к одному», «один ко

многим» и «многие ко многим». Если мы составляем список сотрудников, то

отношение между конкретным сотрудником и его адресом — «один к

одному». А название лаборатории по отношению к списку сотрудников —

«один ко многим», так как в одной лаборатории работает много (больше

одного) сотрудников. А если сопоставить список преподавателей какого-либо

вуза со списком учебных дисциплин, которые в этом вузе преподаются,

придется использовать связь типа «многие ко многим»: одну дисциплину

могут преподавать разные преподаватели, и в то же время один преподаватель

может читать разные дисциплины. При организации связи типа «один ко

многим» таблицу «один» принято называть главной, а таблицу «многие» —

подчиненной. Ключ главной таблицы называют первичным, а подчиненной —

внешним.

Любую таблицу реляционной базы данных можно назвать отношением.

В дальнейшем мы будем использовать термины «отношение» и «таблица» как

синонимы.

Для ускорения поиска и сортировки данных принято использовать

индексированные поля. Для этих полей создается упорядоченный список

значений, или индексов, который содержит ссылки на нужные записи.

Например, если нужно отобрать записи по какой-либо метеостанции из

таблицы, содержащей данные по нескольким станциям, удобно присвоить

каждой свой индекс (номер, код) и в таблице из двух столбцов сопоставить

этот индекс номерам записей. Тогда при отборе данных, например, по одной

из станций, программе не потребуется «просматривать» все атрибуты всех

записей, а достаточно будет только отобрать данные по коду нужной станции,

используя ссылки на записи из такой таблицы.

Используя СУБД можно создавать структуру базы данных, то есть, во-

первых, таблицы, в которых каждый столбец хранит данные заранее

173

определенного типа, и, во-вторых, правила связи между этими таблицами.

Кроме того, СУБД позволяет выполнять следующие операции с данными

(записями): добавление записей в таблицы; изменение или обновление некоторых полей; удаление записей; поиск записей, отвечающих некоторому условию (условиям),

определенному пользователем.

10.1.3. Нормализация отношений

Нормализация отношений – это приведение отношений к виду,

позволяющему устранить дублирование, обеспечить непротиворечивость

данных, хранимых в БД, и уменьшить трудозатраты на ведение БД.

Выделяют несколько нормальных форм отношений. Рассмотрим первые

три из них (чаще всего при разработке базы данных этого бывает достаточно).

Первая нормальная форма. Отношение называется нормализованным

или приведенным к первой нормальной форме, если все его атрибуты

являются простыми, то есть не могут быть далее разделены. Например,

отношение

КНИГА = (АВТОР, НАЗВАНИЕ, ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ)

не находится в первой нормальной форме, так как атрибут ВЫХОДНЫЕ

ДАННЫЕ можно разделить на атрибуты ИЗДАТЕЛЬСТВО, ГОД,

КОЛИЧЕСТВО СТРАНИЦ.

Отношение

СТУДЕНТ = (НОМЕР, ФАМИЛИЯ, ИМЯ, ОТЧЕСТВО, ГРУППА)

находится в первой нормальной форме, где поле НОМЕР является простым

первичным ключом.

Вторая нормальная форма. Отношение приведено ко второй

нормальной форме, если оно находится в первой нормальной форме, и каждый

неключевой атрибут функционально полно зависит от составного ключа.

Функционально полной зависимостью неключевых атрибутов

называется зависимость, при которой в записи определенному значению

ключа соответствует только одно значение неключевого поля, при этом это

поле не находится в функциональной зависимости ни от какой части

составного ключа. Например, отношение СТУДЕНТ находится в первой и

второй нормальных формах.

Отношение

УСПЕВАЕМОСТЬ = (НОМЕР, ФАМИЛИЯ, ДИСЦИПЛИНА, ОЦЕНКА)

находится в первой нормальной форме и имеет составной ключ НОМЕР +

ДИСЦИПЛИНА. Это отношение не находится во второй нормальной форме,

так как атрибут ФАМИЛИЯ функционально зависим от поля НОМЕР

составного ключа. Чтобы привести это отношение ко второй нормальной

форме необходимо разбить его на два связанных отношения:

УСПЕВАЕМОСТЬ = (НОМЕР, ДИСЦИПЛИНА, ОЦЕНКА),

СПИСОК = (НОМЕР, ФАМИЛИЯ).

174

Связь между отношениями осуществляется по полю НОМЕР.

Третья нормальная форма. Отношение находится в третьей

нормальной форме, если оно находится во второй нормальной форме, и

каждый неключевой атрибут не зависит от ключа транзитивно.

Транзитивная зависимость присутствует в отношении, если существует

два неключевых поля, первое из которых зависит от ключа, а второе от

первого. Например, отношение СТУДЕНТ находится в третьей нормальной

форме.

Отношение

ДИСЦИПЛИНА = (НАЗВАНИЕ, ЛЕКТОР, УЧ_СТЕПЕНЬ, ГРУППА)

не находится в третьей нормальной форме, так как поле УЧ_СТЕПЕНЬ

зависит от поля ЛЕКТОР, но не от составного ключа, поэтому отношение

необходимо разбить на два связанных отношения

ДИСЦИПЛИНА = (НАЗВАНИЕ, ЛЕКТОР, ГРУППА),

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ = (ЛЕКТОР, УЧ_СТЕПЕНЬ).

Связь между отношениями осуществляется по полю ЛЕКТОР.

10.1.4 Проектирование базы данных

При проектировании базы данных нужно учитывать три уровня

архитектуры: внешний, концептуальный и внутренний.

На внешнем уровне ориентируются на требования пользователей. Эти

требования обычно состоят в том, чтобы пользователю была легко доступна

необходимая для работы информация о предметной области, описываемой с

помощью базы данных.

Пусть, например, некоторой фирме постоянно требуется работать с

информацией о своих поставщиках и о поставляемых ими деталях. Подобные

сведения содержатся в специальных документах – накладных, которые

сопровождают каждую поставку деталей от поставщика. В накладной

содержатся реквизиты поставщика, то есть его название и адрес, название и

некоторые характеристики детали, например, вес и цвет, а также количество

поставленных деталей. Конечный пользователь, занимающийся снабжением,

привык работать с накладными, и с его точки зрения БД должна обрабатывать

накладные.

На концептуальном уровне проводится логический анализ предметной

области. Состав поставщиков и деталей может изменяться, причем изменения

в составе и характеристиках поставщиков и деталей независимы друг от друга,

то есть поставщики и детали есть независимые объекты или, как говорят в

теории баз данных, сущности. Таким образом, в каждой накладной на

поставку упоминаются два различных объекта или сущности, это поставщик

и деталь. Каждая из этих сущностей характеризуется некоторым набором

свойств или атрибутов.

В упрощенном варианте поставщик имеет следующие атрибуты:

название, город (место расположения), статус или рейтинг. Рейтинг может

характеризовать поставщика в глазах данной фирмы с точки зрения стоимости

175

и качества поставляемых деталей, аккуратности в выполнении договоров и

помогает выбрать наиболее выгодного поставщика.

Деталь имеет атрибуты: название, вес, цвет. Для полноты картины

неплохо хранить в базе данных рисунок или чертеж детали.

Атрибуты каждой сущности следует хранить в базе данных в одном

экземпляре, чтобы не было разночтений из-за возможных ошибок.

Из приведенных рассуждений следует, что в рассматриваемой

предметной области имеются две сущности Поставщик и Деталь,

информацию о которых будем хранить в двух таблицах (таблице 16 и таблице

17) со следующей структурой.

Таблица 16 - Поставщики

Имя поля Назначение

КодПоставщика

Поставщик

Город

Рейтинг

Уникальный номер

Имя, не обязательно уникальное;

Город, где расположен поставщик

Значение рейтинга

Таблица 17 - Детали

Имя поля Назначение

КодДетали

Название

Цвет

Вес

Эскиз

Уникальный номер

Название детали

Цвет

Вес

Изображение детали

Накладная фиксируют факт поставки определенного количества какой-

либо детали некоторым поставщиком. Эту информацию можно хранить в виде

таблицы Поставки (таблице 18), структура которой приведена ниже.

Таблица 18 - Поставки

Имя поля Назначение

КодПоставщика

КодДетали

Дата

Количество

Номер поставщика

Номер детали

Дата поставки

Количество

В таблице Поставки хранятся только числовые коды поставщиков и

деталей. Зная эти коды, можно легко найти полную информацию о

поставщике и детали из соответствующих таблиц.

Таким образом, после анализа предметной области приходим к

решению, что база данных о поставщиках и деталях должна состоять из трех

таблиц: Поставщики, Детали, Поставки. Будем считать, что на этом

закончено концептуальное проектирование.

На внутреннем уровне решаются вопросы о выборе СУБД и о

конкретном представлении таблиц БД в выбранной СУБД, о типе данных для

хранимых полей таблиц, об установлении связей между таблицами.

176

Современные СУБД берут на себя вопросы о размещении таблиц в файлах на

дисках. Внутренний уровень наиболее близок к физическому хранению.

10.2 Среда ACCESS

10.2.1 Загрузка

После запуска Access нужно открыть меню Файл (Рисунок 64) и

выбрать пункт меню Создать. Новую базу данных можно создать по

существующим шаблонам и образцам, значки которых представлены в окне.

Рисунок 64- Окно загрузки Access

Для создания новой пустой базы данных выберем Новая база данных.

Создадим БД поставщиков и деталей, которой при сохранении дадим имя

ПоставщикиДетали. Расширение имени файла .accdb будет добавлено

автоматически. Окно программы после создания новой БД показано на

рисунке 65.

Рисунок 65 - Основное окно Access

177

10.2.2 Интерфейс ACCESS

Главный элемент пользовательского интерфейса MS Access 2010

представляет собой Ленту, состоящую из объектов трех типов: вкладок, групп

и команд (Рисунок 2.2). Каждая вкладка состоит из групп, объединяющих

связанные друг с другом элементы. Команда — это кнопка, поле для ввода

данных или меню. По умолчанию вкладок пять: Файл, Главная, Создание,

Внешние данные, Работа с базами данных.

В левой части окна расположена панель Все объекты Access,

позволяющая переключаться на работу с различными объектами, которые

могут входить в состав базы данных.

10.2.3 Объекты базы данных ACCESS

Рассмотрим роль и назначение различных объектов базы данных.

Таблицы – это основа БД, именно в них хранится информация. Таблицы

состоят из строк и столбцов. Каждая строка таблицы – это запись, каждый

столбец – поле. Таким образом, запись состоит из полей. Все элементы какого-

либо столбца имеют один и тот же тип, например, числовой, текстовый и т.п.

Тип поля задаѐтся в процессе создания структуры таблицы. Рассмотрим

содержимое таблицы (Рисунок 66), содержащей сведения о фирмах-

поставщиках. Таблица называется Поставщики. Каждый поставщик имеет

уникальный числовой номер КодПоставщика, текстовое имя Поставщик,

место расположения Город текстового типа и числовую характеристику

Рейтинг.

Рисунок 66 - Содержимое таблицы Поставщики

Запрос обеспечивает выборку данных, удовлетворяющих некоторым

условиям, из одной или нескольких таблиц или ранее созданных других запросов.

178

Форма – это окно, содержащее элементы управления – такие как

надписи, текстовые поля, флажки и списки для просмотра, ввода и

редактирования информации. Формы могут отображать одну или несколько

записей из одной или нескольких таблиц или запросов.

Отчѐты предназначены для вывода на печать информации из БД в

обработанном виде. Отчѐт может содержать элементы управления и данные из

одной или нескольких таблиц.

Страница доступа к данным напоминает форму, но хранится в

отдельном файле формата НТМL, поэтому еѐ можно просматривать в Web-

браузере, например, Internet Explorer и, следовательно, иметь доступ к данным

из Интернета или корпоративной сети. (HTML, Hypertext Markup Language –

язык разметки гипертекстов – используется для создания Web-страниц.)

Макрос представляет собой набор нескольких макрокоманд, имеющий

имя, использование которого позволяет ускорить выполнение часто

встречающихся действий.

Модули представляют собой программы, написанные на встроенном

языке Visual Basic for Applications (VBA). Они разрабатываются для

выполнения действий, которые трудно осуществить с помощью визуальных

инструментов, или для автоматизации обработки данных, хранящимися в БД.

10.3 Таблицы

10.3.1 Типы данных

В приложении Access предусмотрено 10 различных типов данных:

Текстовый – применяется для хранения строк длиной до 255 символов

(например, ФИО сотрудника, название товара, адрес и т.д.)

Поле Меmo – используется для хранения многострочного

форматированного текста (также сохраняются все параметры шрифта).

Применяется для хранения, например характеристики сотрудника, описание

состава продукта.

Числовой – используется для хранения различных типов чисел, как

целых, так и вещественных. Возможные значения числового типа приведены в

табл. 3.1.

Денежный – применяется для значений валют. Предотвращает

округления при проведении вычислений. Может иметь до 15 цифр в целой

части и до 4 в дробной.

Счѐтчик – используется для описания поля, которое задано как

первичный ключ. Обеспечивает автоматическую вставку последовательных

(увеличивающихся на 1) или случайных чисел при добавлении записи.

Дата/время – содержит дату и время в диапазоне от 100 до 9999 года.

Логический – используется для хранения всего двух логических

значений: «Истина/Ложь», «Да/Нет» или «Вкл/Выкл».

Объект OLE – объекты OLE, например документы MS Word, MS Excel,

рисунки, звуки и другие двоичные данные, созданные в программах,

179

использующих протокол OLE (Object Linking and Embedding – связывание и

встраивание объектов).

Вложение – позволяет добавлять файлы (документы, рисунки и т.д.).

Размер одного добавляемого файла не должен превышать 256МБ, а суммарно

не более 2ГБ на одну строку. Для того, чтобы вложить файл(ы), достаточно

щелкнуть в записи, по полю типа «Вложение», два раза, после чего откроется

окно добавления файлов.

Гиперссылка – ссылка на файл (на ПК, в интернете или локальной

сети).

Таблица 19 - Типы числовых данных

Тип Размер,

байт Диапазон значений

Байт 1 от 0 до 255

Целое 2 от –32768 до 32767

Длинное целое 4 от –2147483648 до 2147483647

Одинарное с

плавающей

точкой

4 от –3.402823 1038

до -1.401298 10-45

для отрицательных

от 1.401298 10-45

до 3.402823 1038

для положительных

Двойной с

плавающей

точкой

8 от –1.79769313486231 10308

до -4.94065645841247 10-324

для

отрицательных,

от 4.94065645841247 10-324

до 1.79769313486231 10308

для положительных Действительное 12 от -10

38 + 1 до 10

38 – 1

10.3.2 Структура базы данных

Прежде, чем создавать базу данных, нужно продумать еѐ структуру, т.е.

решить вопрос о том, какие таблицы с какими полями должны в нее входить.

Вернемся к примеру базы данных Поставщики и Детали,

рассмотренному в главе 10.1.4. Там было установлено, что в этой базе данных

должны быть три таблицы: Поставщики, Детали и Поставки. Назначим для

полей этих таблиц подходящие типы данных (табл. 20 – 22

Таблица 20 - Поставщики Имя поля Тип поля Назначение

КодПоставщика

Поставщик

Город

Рейтинг

Счетчик

Текстовый

Текстовый

Числовой

Уникальный номер

Имя, не обязательно уникальное;

Город, где расположен поставщик

Значение рейтинга

Таблица 21 - Детали Имя поля Тип поля Назначение

КодДетали

Название

Цвет

Вес

Эскиз

Счетчик

Текстовый

Текстовый

Числовой

Поле OLE

Уникальный номер

Название детали

Цвет

Вес

Изображение детали

180

Таблица 22 - Поставки Имя поля Тип поля Назначение

КодПоставщика

КодДетали

Дата

Количество

Числовой

Числовой

Дата/Время

Числовой

Номер поставщика

Номер детали

Дата поставки

Количество

При проектировании таблиц нужно обеспечить наличие ключей. Ключ

состоит из одного или нескольких полей, которые однозначно

идентифицируют каждую запись в таблице.

В таблице Поставщики таким полем может служить КодПоставщика, в

таблице Детали – КодДетали. В таблице Поставки ключом могут быть

одновременно три поля: КодПоставщика, КодДетали и Дата, если один и тот

же поставщик одну и ту же деталь в один и тот же день поставляет не более

одного раза. Ключевые поля при описании структур таблиц принято

подчеркивать.

10.3.3 Создание таблиц

Для работы с таблицами следует выбрать Таблицы из списка объектов. С

таблицами можно работать в режиме Конструктор и в режиме Таблица,

переключение между которыми можно выполнять с помощью кнопки Режим

(Рисунок 67).

Рисунок 67 - Переключение режимов работы

Как видно, например, на рисунке 65, при создании новой базы данных в нее

добавлена одна таблица, названная по умолчанию Таблица1. Выберем режим

Конструктор. Появится окно для ввода имени таблицы. Назовем таблицу

Поставщики.

После задания имени создаваемой таблицы откроется окно конструктора

таблиц (Рисунок 68

181

Рисунок 68 -. Конструктор таблиц

Конструктор таблиц

Режим конструктора позволяет контролировать процесс создания таблицы.

На рисунке 68 показан окно конструктора таблиц в процессе создания

структуры таблицы Поставщики.

Новое поле добавляется путем ввода его имени в свободную ячейку

столбца Имя поля.

Поле можно удалить, для чего его нужно выделить и нажать кнопку

Удалить строки. Нельзя удалить поле, которое используется для связи с другой

таблицей (см. п. 10.3.4). Для удаления такого поля сначала нужно удалить связь.

Для вставки поля между существующими полями нужно выделить

нижележащее поле и выполнить команду Вставить строки.

Задание ключевого поля

Ключевое поле позволяет однозначно идентифицировать запись. По

умолчанию при создании таблицы автоматически создается поле Код,

имеющее тип Счетчик, и оно назначается ключевым, о чем говорит

изображение ключа слева. При создании таблицы Поставщики заменим

название поля Код на КодПоставщика.

Щелкая по кнопке на вкладке Конструктор в группе

Сервис можно сделать поле ключевым или отменить это назначение (Рисунок

68). Исключение составляет поле с типом данных Счетчик, которое всегда

является ключевым.

При вводе данных в ключевые поля осуществляется проверка, чтобы не

было совпадения значений в различных записях. По ключевому полю

производится автоматическая индексация.

182

Свойства полей

Свойства полей устанавливаются с помощью вкладок Общие и

Подстановка в нижней половине окна конструктора таблиц (Рисунок 68

Рассмотрим эти свойства.

Размер поля. Для текстового поля это максимальное число символов (до

255). Для числовых полей размер выбирается из списка возможных числовых

типов данных, которые перечислены в табл. 3.1.

Формат устанавливает вид данных на экране, например, для типа

Дата/Время можно выбрать представление даты вида 30 июня 1999 г. или

6/30/99.

Число десятичных знаков определяет количество цифр после

десятичной точки для дробных чисел. Это значение влияет только на вид

представления числовых величин, а не их способ хранения в памяти.

Маска ввода позволяет задать шаблон для ввода, она применяется для

полей типа Дата/Время и текстовых. Маска ввода выводит на экран символы

– местозаменители, показывает, сколько символов нужно ввести, включает

разделительные символы (дефис, скобки). Например, для даты маска ввода

может выглядеть так: --.--.--. Данная маска кодируется набором символов

99/99/00. Заполнитель 9 означает, что разрешается вводить только цифры,

причѐм еѐ ввод не является обязательным, заполнитель 0 требует

обязательного ввода цифры. При выборе свойства Маска ввода справа

появляется кнопка, по которой запускается мастер, помогающий создать

маску.

Подпись используется в качестве заголовка столбца в режиме таблицы.

Значение по умолчанию позволяет автоматически вводить в поле

какое–либо значение.

Свойство Обязательное поле имеет два значения Да и Нет. Если

установить значение Да, Ассеss потребует обязательного ввода какого-либо

значения в данное поле. Свойство Индексированное поле определяет, будет или нет проводиться

индексация по данному полю. Наличие индекса ускоряет операции поиска и сортировки, но требует дополнительного места на диске.

10.3.4 Установление связей между таблицами

Связь возможна между таблицами, у которых имеются поля с

одинаковыми значениями. Установка связей между таблицами позволяет

обеспечить целостность данных.

Для установления связей нужно перейти на вкладку Работа с базами

данных и выбрать инструмент Схема данных.

Откроется окно Добавление таблицы (Рисунок 69), в котором надо

выбрать все три таблицы нашей базы данных.

183

Рисунок 69 - Добавление таблиц в схему данных

После закрытия окна Добавление таблицы становится активным окно

Схема данных.

Связи между таблицами устанавливаются путѐм перетаскивания мышью

поля из одной таблицы на соответствующее поле другой таблицы. При

установке связи появляется окно (Рисунок 70 в котором можно задать

параметры создаваемой связи.

Рисунок 70 - Настройка связи между таблицами

Как правило, одно из полей в связанных таблицах имеет уникальные

значения. Это может быть ключевое поле или поле, для которого свойство

Индексированное поле имеет значение Да (совпадения не допускаются).

Таблица, содержащая уникальное поле, называется базовой, а вторая таблица

– подчиненной. В рассматриваемой связи базовой является таблица Детали, а

подчиненной – таблица Поставки. Поскольку одной записи в базовой таблице

может соответствовать нескольким записей в подчинѐнной (одна и та же

деталь может поставляться много раз), подобная связь называется «один-ко-

многим». Как видно из рисунка 70, связь Детали→Поставки имеет вид «один-

ко-многим».

Поле подчиненной таблицы, которое связано с ключевым полем базовой

таблицы, называется внешним ключом. Например, внешним ключом в таблице

Поставки являются поле КодДетали.

Если в окне Изменение связей (Рисунок 70) установить флажок

Обеспечение целостности данных, Access обеспечит проверку соответствия

между связанными полями при вводе или изменении данных. Ограничения

целостности данных ограничивают возможность произвольного изменения и

удаления данных.

Схема данных и связи между таблицами показаны на рисунке 71.

184

Рисунок 71 - Окно Схема данных и связи между таблицами

10.3.5 Сортировка и фильтрация записей

Сортировка информации

Для удобства просмотра информации в таблице ее содержимое можно

отсортировать по значениям одного или нескольких столбцов. Для этого

необходимо поставить курсор в нужный столбец и использовать значки По

возрастанию или По убыванию на вкладке Главная (Рисунок 72).

Рисунок 72 - Вкладка Главная

С помощью фильтра можно отобразить только часть записей таблицы,

удовлетворяющих некоторому условию.

Фильтр по выделенному

Фильтр по выделенному позволяет отобрать для показа записи, у

которых значения некоторого поля совпадают полностью или частично со

значением поля в выбранной для фильтрации записи.

Для создания фильтра следует выделить содержимое одного поля

записи, щелкнуть по кнопке Выделение и выбрать одну из команд списка,

показанного на рисунке 73, или выбрать аналогичную команду контекстного

меню.

Рисунок 73 - Создание фильтра по выделенному

185

Ассеss отобразит записи, удовлетворяющие критерию фильтрации.

Например, если в таблице Поставщики в поле Город выделить значение

Н.Новгород, будут предъявлены поставщики только из Нижнего Новгорода.

Чтобы вернуться к просмотру всех записей, нужно щѐлкнуть кнопку

, которая может быть в двух состояниях: утопленном и отжатом. В

утопленном состоянии, когда фильтр применѐн, нажатие данной кнопки

удаляет фильтр, а если кнопка отжата, ее нажатие применяет фильтр (Рисунок

74).

Рисунок 74 - Кнопка удаления и применения фильтра

Ассеss всегда запоминает последние параметры фильтрации.

Можно перед фильтрацией выделить только часть поля, например, одну

первую букву К в поле Город таблицы Поставщики, тогда фильтр выделит

все записи с городами на букву К.

Использование обычного фильтра

Под обычным фильтром понимается способ отбора данных,

использующий окно формы или таблицы, содержащее единственную пустую

строку с пустыми полями. Пользователь вводит в эти поля значения, которые

должны содержаться в отбираемых записях. Окно таблицы с пустыми полями

выводится командой Главная Сортировка и фильтр Дополнительно

Изменить фильтр. Пример окна для ввода условий фильтрации приведен на

рисунке 75. Окно с таблицей исчезло, вместо него появилось окно Фильтр,

содержащее единственную пустую строку:

Рисунок 75 - Таблица с пустыми полями для задания условий фильтрации

При вводе критериев фильтрации можно воспользоваться списком,

раскрываемым кнопкой , который содержит все значения

соответствующего поля во всех записях таблицы. Например, на рисунке 3.9

видны названия всех городов, встречающиеся в таблице. Выберем, например,

Н.Новгород. На вкладке Или задаются альтернативные критерии фильтрации.

После применения фильтра нажатием кнопки Ассеss отобразит

записи, которые совпадают или со значениями на вкладке Найти или со

значениями на вкладке Или.

186

Расширенный фильтр

Расширенный фильтр позволяет задать сложные условия отбора записей

из активной таблицы.

Откроем таблицу Детали. Фильтровать записи будем по полям

Название, Цвет, Вес. На вкладке Главная в группе Сортировка и фильтр из

списка кнопки Дополнительно выберем команду Расширенный фильтр.

Появится окно запроса для ввода критериев отбора (Рисунок 76).

Окно состоит из двух частей. В верхней части представлена схема

таблицы. Нижняя часть состоит из нескольких строк, в ячейках которых

задаются условия отбора записей.

В строке Поле окна запроса выбираем нужное поле из списка, который

появляется после щелчка по кнопке . Обозначение * в схеме таблицы

означает все поля таблицы.

Рисунок 76 - Окно расширенного фильтра

Выберем, например, поле Вес. В строке Условие отбора введѐм

выражение >= 2. Включим еще в фильтр поле Цвет. Для составления условия,

которому должно удовлетворять это поле, вызовем Построитель выражений

командой Построить контекстного меню поля Цвет в строке Поле. На рисунке

77 показан Построитель выражений в процессе ввода условия на цвет детали.

Рисунок 77 - Выбор поля таблицы в построителе выражений

Текстовые значения следует заключать в кавычки. Кнопкой ОК

возвращаемся в окно расширенного фильтра.

187

Для просмотра результатов фильтрации нажимаем кнопку Применить

фильтр. Результат фильтрации показан на рисунке 78. Видно, что отобраны

только детали голубого цвета, вес которых не меньше 2.

Рисунок 78- Результаты фильтрации

10.4 Запросы

Запрос позволяет отображать множество записей из одной или

нескольких таблиц, удовлетворяющих определенному условию. Запрос

подобен фильтру, но фильтр действует только «здесь и сейчас» и не

сохраняется в базе данных. Запрос же является объектом, хранимым в БД,

поэтому его можно использовать по мере необходимости. Фактически в

запросе хранится лишь описание способа отбора записей из различных

таблиц, сами же данные хранятся в таблицах. Запрос может выступать

источником данных для отображения в формах, для создания отчетов и

построения других запросов наравне с таблицами.

Чтобы начать создание запроса, нужно перейти на вкладку Создание и в

группе Запросы выбрать или Мастер запросов или Конструктор запросов.

При выборе команды Мастер запросов открывается окно Новый

запрос, где можно выбрать вид создаваемого запроса. Рассмотрим эти виды.

Простой запрос. Запускается мастер, помогающий создать запрос.

Перекрѐстный запрос. Специальный запрос для анализа данных по

двум или более признакам. Например, может представлять интерес запрос в

виде таблицы, где заголовками строк являются поставщики, заголовками

столбцов – детали, а на пересечении строк и столбцов стоит суммарное

количество деталей, поставленных определенным поставщиком.

Повторяющиеся записи. В этом режиме запускается мастер, который

просматривает выделенную таблицу или запрос и отбирает все записи,

содержащие повторяющиеся значения в заданном поле.

Записи без подчинения. Данный запрос используется для сравнения

двух таблиц и поиска всех записей в первой таблице, для которых не имеется

подчинѐнных записей во второй таблице.

10.4.1 Создание простого запроса с помощью мастера

Предположим в БД ПоставщикиДетали нужно получить перечень всех

деталей, поставляемых каждым поставщиком. В окне Мастера запросов

Новый запрос выберем Простой запрос.

188

На первом шаге мастера запросов отбираем поля для включения в

запрос: поле Поставщик из таблицы Поставщики и поле Название из таблицы

Детали.

На втором шаге выберем тип запроса подробный.

На последнем третьем шаге задается имя запроса. Согласимся с

предложенным по умолчанию именем Поставщики Запрос. Кроме того,

оставим переключатель Открыть запрос для просмотра данных. Таблица с

результатами работы запроса показана на рисунке 79.

Рисунок 79 - Результат запроса Поставщики Запрос

На рисунке 80 показан список кнопки Режим на вкладке Главная, с

помощью которой можно переключаться между разными режимами

представления при работе с запросом в режиме таблицы.

Рисунок 80 - Список команд кнопки Режим для запросов

Режим Конструктор для запросов подробно обсудим ниже.

Режим SQL обеспечивает просмотр запроса в виде инструкции языка

SQL. На рисунке 81 показан запрос Поставщики Запрос в режиме SQL.

Именно эта краткая инструкция языка SQL и сохраняется в базе данных как

запрос.

Рисунок 81 - Инструкция языка SQL, реализующая запрос Поставщики

Запрос

189

10.4.2 Конструктор запросов

Перейдем в режим Конструктор для запроса Поставщики Запрос.

Откроется окно конструктора запросов, показанный на рисунке 82

Рисунок 82 - Окно конструктора запросов

В верхней части окна помещены списки полей таблиц, из которых

выбраны поля в запрос. Кроме того, добавляются поля таблиц, необходимых

для установления связи между выбранными в запрос полями. В

рассматриваемый запрос были отобраны поля из таблиц Поставщики и

Детали, мастер добавил необходимый для связи список полей таблицы

Поставки. При работе с окном запроса можно самостоятельно добавлять или

изменять связи между таблицами. Эти изменения будут касаться только

данного запроса и не изменят связей, показываемых в окне Схема данных.

Работа с окном запроса аналогична работе с окном для расширенного

фильтра. В окне на рисунке 82 не заданы условия отбора для полей

Поставщик и Название, включенных в запрос. Это значит, что в запрос

включаются записи о всех поставщиках, поставляющих какие-либо детали.

Если задать в строке Условие отбора для поля Название значение «Болт»,

тогда в запрос будут включены только поставщики болтов.

Установка флажка Вывод на экран в строке конструктора обеспечивает

показ соответствующего поля, снятие флажка отменяет вывод поля на экран.

10.4.3 Запросы с подведением итогов по записям

В запросе можно делать вычисления над полями, включенными в

запрос. Создадим, например, запрос, в котором определим общее количество

деталей каждого вида, полученных от различных поставщиков.

На вкладе Создание в группе Запросы выберем инструмент Мастер

запросов, в окне Новый запрос выберем Простой запрос. Далее выбираем из

таблицы Детали поле Название и из таблицы Поставки поле Количество. На

следующем шаге выбираем Итоговый, при этом становится активной кнопка

Итоги, нажимаем ее и переходим в окно настройки запроса (Рисунок 83).

190

Рисунок 83 - Выбор групповой операции

Выбираем в окне Итоги групповую операцию Sum, которую следует

выполнить над числовым полем Количество. После нажатия ОК возвращаемся к

предыдущему окну Создание простых запросов, с которого по кнопке Далее

переходим к окну ввода имени запроса, например, ОбщееЧислоДеталей (Рисунок

84).

Рисунок 84 - Результат запроса об общем числе деталей

В режиме конструктора из списка строки Групповая операция можно

выбрать нужную функцию для обработки значений полей (Рисунок 85).

Рисунок 85 - Возможные функции для обработки группы записей

Строка Групповая операция включается в бланк запроса, если нажата

кнопка Итоги на вкладке Конструктор в группе Показать или скрыть.

Кнопка Имена таблиц включает соответствующую строку в окно

конструктора или убирает ее.

В таблице 22 приведено описание доступных функций. В формулах

предполагается, что x1, x2, ... xn, – значения поля для записей, включенных в

группу.

191

Таблица 23 - Функции для групповых операций

Функция Описание Формула

Sum Суммирование значений группы

Avg Среднее значение

Min Минимальное значение в группе

Max Максимальное значение в группе

Count Количество значений в группе

First Первое значение в группе

Last Последнее значение в группе

10.4.4 Запросы с вычисляемым полем

Вычисляемое поле может быть создано в запросе, форме или отчете,

используется лишь для проведения подсчетов и не является обычным полем

таблицы.

Для создания вычисляемого поля в строке Поле бланка запроса вводится

некоторое выражение. Подсчитаем, например, общий вес деталей,

поставленных поставщиками. Создадим запрос ДеталиПоставщиков, в

который включим поле Название из таблицы Детали, поле Поставщик из

таблицы Поставщики и поле Количество из таблицы Поставки. Откроем

данный запрос в режиме конструктора и в свободной ячейке строки Поле

введем выражение Вес*Количество. После завершения ввода вычисляемого

выражения оно автоматически преобразуется к виду Выражение1:

[Вес]*[Количество] (Рисунок 86)

Рисунок 86 - Создание вычисляемого поля в запросе

Это имя можно изменить в конструкторе запросов, записав нужное имя

в ячейке вместо слова Выражение1 перед двоеточием.

192

Получим: Общий вес:[Вес]*[Количество]. Запрос в режиме таблицы с

новым названием вычисляемого поля приведен на рисунке 87.

Рисунок 87 - Запрос в режиме таблицы с вычисляемым полем

10.4.5 Запросы с параметрами

Запросы с параметрами позволяют запрашивать у пользователя

некоторые значения, уточняющие запрос.

Предположим, нужно найти поставщика определенной детали из

определенного города. Составим с помощью мастера запрос, в который

включим поля: Поставщики.Поставщик, Поставщики.Город,

Детали.Название. Сохраним запрос как ПоставщикиГородаДетали. В режиме

таблицы этот запрос приведен на рисунке 88.

Рисунок 88 - Запрос ПоставщикиГородаДетали

Выполним для данного запроса команду Файл, Сохранить объект как

и сохраним его дополнительно под именем ПоставщикиГородаДеталиУсл.

193

Откроем запрос ПоставщикиГородаДеталиУсл в режиме конструктора

(Рисунок 89).

Рисунок 89 - Запрос ПоставщикиГородаДеталиУсл в режиме конструктора

Для того чтобы при выполнении запроса выводилось окно для ввода

параметра запроса, в конструкторе запросов в строке Условие отбора нужно

написать текст, заключенный в квадратные скобки. Этот текст показывается

как приглашение при вводе параметра запроса (Рисунок 89).

Нажмем кнопку Выполнить на вкладке Конструктор в группе

Результаты или перейдем к режиму таблицы. При этом сначала появится

окно для ввода значения поля Город (Рисунок 90). Введем в это окно в

качестве значения параметра Н.Новгород.

Рисунок 90 - Ввод значения для поля Город

Затем появится аналогичное окно для ввода названия детали, куда

нужно ввести слово Болт.

Результат запроса приведен на рисунке 91.

Рисунок 91 - Результат запроса с параметрами

194

10.4.6 Перекрестные запросы

Иногда бывает нужно упорядочить информацию из базы данных по двум или более параметрам. В этом случае используются перекрестные запросы.

Рассмотрим пример создания перекрестного запроса на базе другого запроса. Пусть в базе данных ПоставщикиДетали необходимо проанализировать поставки различных деталей от различных поставщиков. Создадим простой запрос, в который включим поле с названием поставщика Поставщик из таблицы Поставщики, поле Название из таблицы Детали и поле Количество из таблицы Поставки. Содержимое этого запроса показано на рисунке 92.

Рисунок 92 - Простой запрос ДеталиПоставщиков

Запустим мастер перекрестных запросов. На первом шаге в качестве источника данных указываем Запросы и выбираем запрос ДеталиПоставщиков (Рисунок 93).

На втором шаге выбираем поле для заголовков строк (Рисунок 94).

Рисунок 93 - Выбор источника данных

для перекрестного запроса

Рисунок 94 - Выбор поля для заголовков

строк

На третьем шаге выбираем поле для заголовков столбцов (Рисунок 95

На четвертом шаге (Рисунок 96), выбираем функцию Сумма,

вычисляющую значения в ячейках запроса, отказываемся от вывода итоговых

значений для строк, так как суммирование деталей разных типов не имеет

смысла.

195

Рисунок 95 - Выбор поля для заголовков

столбцов

Рисунок 96 - Выбор функции для

вычисления в перекрестном запросе

На последнем шаге соглашаемся с предложенным именем запроса ДеталиПоставщиков_перекрестный. Содержимое этого запроса показано на рисунке 97.

Рисунок 97 - Перекрестный запрос

Перекрестный запрос представляет информацию в обобщенном и легко обозримом виде, позволяет провести анализ данных в различных разрезах.

10.4.7 Запросы на изменение данных

При работе с запросом в режиме конструктора существующий запрос можно преобразовать к другому виду, воспользовавшись командами из группы Тип запроса. Рассмотрим примеры применения этих команд.

Создание таблицы из запроса Целесообразно периодически удалять неактуальные данные из базы, но

делать это надо осторожно, так как удаленные из таблиц записи восстановить невозможно. Выходом может служить перенос части записей в архивную таблицу, чтобы при необходимости старые записи можно было восстановить. В качестве примера перенесем из таблицы Поставки записи с датами более ранними, чем 1 июля 2009 г. в отдельную архивную таблицу.

Создадим простой запрос, в который включим все поля таблицы Поставки. В строке Условие отбора для поля Дата введем выражение <1.07.2009 (Рисунок 4.20). Значение даты будет автоматически окаймлено символами #. Условие <#1.07.2009# означает, что в запрос следует отобрать записи с датами более ранними (меньшими), чем 1 июля 2009г. Сохраним запрос с именем ПоставкиЗапрос. Созданный запрос можно предварительно просмотреть (Рисунок 98).

196

Рисунок 98 - Создание новой таблицы на основе запроса

Выберем, затем, в группе Тип запроса команду Создание таблицы и

зададим имя создаваемой таблице ПоставкиДоИюля2009.

Таблица из запроса создается командой Выполнить из группы

Результаты, на кнопке которой изображен восклицательный знак. В процессе

создания таблицы выводится сообщение о числе помещенных в нее записей

Запрос на удаление данных

Удаленные записи восстановить нельзя, поэтому перед удалением их

нужно тщательно просмотреть. Нами были сохранены данные о поставках до

1 июля 2009 г. в отдельной таблице, но они остались и в исходной таблице

Поставки. Удалим их из нее.

Откроем запрос ПоставкиЗапрос в режиме конструктора, щелкнув в

списке объектов БД по его имени правой кнопкой мыши и выбрав

Конструктор из контекстного меню.

Оставим в нем то же ограничение на дату и выполним команду

Удаление из группы Тип запроса. После этого в бланке запроса появится

строка Удаление, в ячейках которой будет введено значение Условие. Это

значит, что можно задать дополнительные условия отбора записей (Рисунок

99).

Выполним запрос на удаление командой Выполнить. Access выведет

сообщение о числе удаляемых записей и потребует подтвердить удаление.

197

Рисунок 99 - Запрос на удаление в конструкторе

Запрос на добавление

С помощью запроса на добавление записи из одной таблицы можно

поместить в конец другой таблицы. Поместим, например, записи из таблицы

ПоставкиДоИюля2009 с датами позже февраля 2009 г. обратно в таблицу

Поставки.

Создадим запрос, в который включим все поля таблицы

ПоставкиДоИюля2009 и зададим условие отбора по дате: >=#01.03.09#,

которое позволит отобрать поставки, состоявшиеся позже 1 марта 2009г.

Затем выполним команду Добавление.

В окне Добавление, выберем таблицу Поставки, в которую будут

помещены отобранные записи. Запрос на добавления выполняется командой

Выполнить, при этом выводится сообщение о количестве добавляемых

записей и предлагается подтвердить запрос.

Запрос на обновление

С помощью запроса на обновление можно изменить значения любого

поля таблицы для записей, удовлетворяющих заданным критериям

Пусть принято решение увеличить диапазон значений поля Рейтинг

таблицы Поставщики в 10 раз, чтобы более дифференцированно

характеризовать поставщиков. Создадим простой запрос, в который включим

поле Рейтинг таблицы Поставщики. Откроем этот запрос в режиме

конструктора и выполним команду Обновление (Рисунок 100).

Рисунок 100 - Создание запроса на обновление

В бланк запроса добавляется строка Обновление, в которую вводятся

значения или выражения, определяющие способ изменения обновляемых

полей. В строке Обновление введем выражение [Рейтинг]*10, значение

которого будет использовано как новое значение поля Рейтинг.

198

Чтобы в таблицу были внесены изменения, нужно выполнить запрос

командой Выполнить. Access выдаст сообщение о количестве изменяемых

записей и попросит подтвердить внесение изменений.

10.5 Формы

10.5.1 Создание формы

Форма – это средство, упрощающее ввод, редактирование и

отображение информации, хранящейся в таблицах базы данных или в

запросах. Форма представляет собой окно с набором элементов управления

(ЭУ), которые используются для отображения информации, ввода и

изменения данных, выполнения определѐнных действий или просто для

украшения.

Примерами элементов управления являются кнопки, надписи, текстовые

поля, линии, рамки, списки и т.д.

Работа с формами выполняется инструментами группы Формы вкладки

Создание.

С помощью инструмента Форма создается форма для выбранного

источника данных для отображения одной записи.

Выберем таблицу Поставки и нажмем кнопку Форма. Для выбранной

таблицы автоматически создается форма (Рисунок 101). Видно, что на форме

размещены надписи с названиями полей таблицы и текстовые поля,

отображающие значения полей.

Рисунок 101 - Автоматически созданная форма для таблицы Поставки

Создадим теперь форму для таблицы Поставщики. Выберем эту

таблицу и нажмем кнопку Форма. Результат показан на рисунке 102 Видно,

что на форме отображается запись из таблицы Поставщики и записи из

связанной таблицы Поставки.

199

Рисунок 102 - Автоматически созданная форма для таблицы Поставщики

10.5.2 Мастер форм

Построим теперь форму для таблицы Детали с помощью мастера форм.

На первом шаге мастера форм выбираем таблицу Детали, затем из

списка доступных полей выбираем поля для включения в форму. Выберем все

поля таблицы Детали кнопкой .

На втором шаге можно выбрать порядок расположения элементов

управления на форме: в один столбец, ленточный, табличный,

выровненный. Выберем, например, в один столбец.

На третьем шаге, надо дать форме имя и выбрать дальнейшие действия.

Назовѐм форму Детали и выберем переключатель Открыть форму для

просмотра и ввода данных.

Эта форма показана на рисунке 103. Для поля, содержащего

изображение, на форме размещен соответствующий элемент управления.

Рисунок 103 - Форма Детали

10.5.3 Модификация форм в режиме конструктора

Изменять форму можно, используя режим макета и режим конструктора.

Переключаться между режимами можно командами группы Режим,

200

командами контекстного меню (Рисунок 104), или кнопками в правом нижнем

углу формы.

Рисунок 104 - Команды группы Режим и контекстного меню

Для внесения изменений в существующую форму нужно перейти в

режим конструктора командой Конструктор контекстного меню или щелчком

по соответствующей кнопке .

Окно конструктора форм показано на рисунке 105.

Рисунок 105 - Форма Поставщики в режиме конструктора

Окно конструктора формы состоит из трех разделов. В разделе

Заголовок формы находится название формы. Раздел Примечание формы в

данном примере пуст. В этих разделах, помещаются элементы, которые не

меняются при переходе от записи к записи. Данные разделы можно размещать

на бланке или убирать с бланка конструктора командой контекстного меню

Заголовок/примечание формы (Рисунок 106).

201

Рисунок 106 - Команда для создания или удаления заголовка и примечания

формы

Размеры разделов можно изменять, перетаскивая границу между

разделами на линейке, расположенной на бланке конструктора слева. Размеры

самой формы также можно изменять, перетаскивая границу между формой и

темным фоном справа и снизу от формы.

В разделе Область данных для каждого поля таблицы помещена

надпись с названием поля таблицы и текстовое поле, в котором отображается

содержимое поля соответствующей записи таблицы.

Новые элементы управления помещаются на форму с помощью

инструментов, размещѐнных в группе Элементы управления (Рисунок 107).

Рисунок 107 - Элементы управления

Для размещения на форме нового ЭУ его нужно выбрать щелчком мыши

на панели элементов, перейти на бланк конструктора, при этом курсор должен

принять форму крестика +, и нарисовать прямоугольник, удерживая левую

кнопку мыши. В этом прямоугольнике будет размещен созданный ЭУ.

Элементы управления на бланке конструктора выделяются щелчком

мыши. Если выделен какой-либо элемент, становится доступной вкладка

Формат, на которой расположены инструменты для выбора шрифта, способов

выравнивания, цвета и т.д.

202

Свойства элементов управления

В любой момент времени при работе в конструкторе выделен какой-

либо один элемент управления, сама форма или ее раздел. Элемент

управления или раздел выделяются щелчком мыши, для выделения формы в

целом надо щелкнуть по серому фону не занятому формой. Окно свойств

выделенного элемента управления выводится командой Свойства

контекстного меню.

Окно свойств имеет несколько вкладок. На вкладке Данные задается

источник данных для элемента управления. Это может быть поле таблицы или

запроса, например, на рисунке 108 видно, что текстовое поле связано с полем

КодПоставщика и отображает его значения. На вкладке Другие имеется

свойство Имя, по которому к элементу управления можно обратиться из

макроса или программы на VBA.

Рисунок 108 - Окно свойств элемента управления

10.5.4 Подчиненные формы

Если имеются связанные таблицы, то информация из них может

отображаться с помощью подчиненных форм. Примером подчиненной формы

является форма, созданная автоматически с помощью инструмента Форма для

таблицы Поставщики (Рисунок 102). Созданием подчиненных форм можно

управлять с помощью мастера форм.

Создадим форму, в которой для каждой детали будут указаны ее

поставщики и количество деталей, поставленных каждым поставщиком.

На вкладке Создание выберем инструмент Мастер форм.

В первом диалоговом окне мастера форм выбираем поля Название, Вес,

Цвет из таблицы Детали; поля Поставщик, Город из таблицы Поставщики и

поля Количество и Дата из таблицы Поставки.

На втором шаге можно выбрать главную таблицу (Рисунок 109). По

умолчанию главной устанавливается первая выбранная таблица. Выберем

также режим Подчиненные формы.

203

Рисунок 109 - Второе диалоговое окно мастера форм. Выбор главной таблицы

На третьем шаге нужно выбрать вид формы (ленточный или

табличный), выберем ленточный.

На четвертом шаге нужно дать имена для главной и подчиненной форм.

Дадим соответственно имена Детали и поставщики и Поставки подчиненная

форма.

Окончательный вид формы представлен на рисунке 110.

Рисунок 110 - Подчиненная форма, созданная с помощью мастера

Отметим, что данная форма более информативна для просмотра данных,

чем форма, созданная с помощью мастера автоформ, но не годится для ввода

данных, так как содержит не все необходимые поля.

10.6 Отчеты

Отчеты предназначены для создания печатных копий информации из

базы данных. Отчеты хранятся как объекты в базе данных, их можно

просматривать на экране и, при необходимости, распечатывать на бумаге.

Инструменты для создания отчетов представлены на рисунке 111.

204

111 - Инструменты для создания отчетов

Для создания отчета нужно выбрать один из инструментов группы

Отчеты на вкладке Создание (Рисунок 111):

Отчѐты – создание простого отчета на основе данных из текущего

запроса или таблицы;

Конструктор – позволяет создавать отчет с нуля на бланке отчета;

Пустой отчет – создание нового пустого отчета, в который можно

вставить новые поля;

Мастер отчетов – запуск мастера, помогающего настроить отчет при

его создании;

Наклейки – предназначены для наклеивания на конверты при рассылке

писем адресатам, информация о которых хранится в базе данных.

10.6.1 Мастер создания отчетов

Пусть нужно создать отчет для базы данных ПоставщикиДетали, в

котором требуется перечислить все детали, указать для них поставщика и

количество поставленных им деталей. Выберем инструмент Мастер отчетов

(Рисунок 111).

В первом диалоговом окне выбираются таблицы и запросы, на основе

которых будет построен отчет, а также их поля. В состав выбранных полей

включим поле Название из таблицы Детали, поле Поставщик из таблицы

Поставщики и поле Количество из таблицы Поставки.

Во втором диалоговом окне, которое появляется только в случае, если

для отчета выбрано несколько таблиц, можно установить таблицу для

группировки записей в отчете. Если поля в рассматриваемом примере

отбирались для включения в отчет в указанном выше порядке, то диалоговое

окно будет иметь вид, приведенный на рисунке 112.

Рисунок 112 - Второе диалоговое окно мастера отчетов

Выбранная для группировки таблица выделяется в левом поле

диалогового окна (Рисунок 112).

В данном примере выбранная первой таблица Детали используется для

группирования записей отчета по полю Название. В отчете будут перечислены

сначала все записи по болтам, затем по винтам и т.д.

205

В третьем диалоговом окне можно уточнить параметры группировки

записей. Например, можно добавить для группировки поле Поставщик, и

тогда схема отчета будет иметь вид, показанный на рисунке 113.

Рисунок 113 - Добавление второго поля для группировки

Добавленное поле Поставщик выделяется синим цветом.

В четвертом диалоговом окне можно указать порядок сортировки

записей. Группы в отчетах автоматически сортируются по полям,

используемым для группировки.

По кнопке Итоги открывается окно Итоги (Рисунок 114), на котором

перечислены все числовые и денежные поля, входящие в информационную

часть отчета. В нашем примере это только поле Количество. Выберем,

например, функцию Sum, чтобы узнать общее число деталей каждого вида.

Рисунок 114 - Выбор функции для итоговых значений

Если выбрать переключатель данные и итоги, то в каждой группе будут

перечислены все записи, подсчитаны и показаны итоги. При выборе

переключателя только итоги, в отчет включаются только итоговые значения

по группам. Если установить флажок Вычислить проценты, то Access

подсчитает проценты от итоговой суммы для каждой группы.

На следующем шаге выберем макет отчета ступенчатый и на

последнем шаге зададим отчету имя Детали_Количество.

По завершении создания отчет можно просмотреть.

10.6.2 Работа в конструкторе отчетов

Откроем отчет Детали_Количество и переведем его в режим

конструктора, нажав правую кнопку мыши и выбрав команду Конструктор.

Окно конструктора отчетов состоит из нескольких разделов, названия

которых показаны на горизонтальных полосах (Рисунок 115). В разделах

размещаются элементы управления.

206

Рисунок 115 - Отчет Детали_Количество в режиме конструктора

Раздел Заголовок отчета выводится только на первой странице отчета,

раздел Примечание отчета – только на последней. Верхний и нижний

колонтитулы печатаются на каждой странице отчета.

Если записи отчета группируется по одному или нескольким полям, для

каждого из полей формируется отдельный заголовок. В приведенном примере

это Заголовок группы „КодДетали‟.

В разделе Область данных выводится информация о каждой записи.

В разделе Примечание группы выводятся итоговые значения для

группы записей.

Разделы отчета можно удалить командами контекстного меню.

В нашем примере в примечаниях к отчету выводится сумма значений

поля Количество во всех записях, что излишне, т.к. не имеет особого смысла

складывать болты и гайки, поэтому этот раздел можно удалить с помощью

соответствующей команды Заголовок/примечание отчета контекстного

меню раздела.

Повторим команду Заголовок/примечание отчета. Примечание и

заголовок отчета будут вставлены в отчет, но эти разделы будут пусты.

Вставим в заголовок отчета надпись, введем в надпись текст Поставленные

детали, установим подходящий шрифт.

В разделе Примечание группы „КодДетали‟ стоит автоматически

созданное выражение, которое имеет вид:

="Итоги для " & "'КодДетали'=" & " " & [КодДетали] & " (" & Count(*) & " " & IIf(Count(*)=1; "запись"; "записей") &")"

В нем используется нотация VBA (Visual Basic for Application). Строки

символов заключаются в двойные кавычки, имена полей выделяются

квадратными скобками.

Надпись со словом Sum удалим, поле, содержащее суммарное

количество поставленных деталей переместим вверх и поставим напротив

надписи "Итоги для..." (Рисунок 116).

207

Изменим Примечание отчета. Вставим надпись, в которой напишем

Всего поставок, вставим также поле для отображения общего числа поставок,

у которого в качестве отображаемых данных зададим функцию =Count(*)

(Рисунок 116). Созданный отчет показан на рисунке 117.

Рисунок 116 - Отредактированный отчет

Рисунок 117 - Отчет после коррекции структуры

208

10.7 Макросы

10.7.1 Создание макроса

Макрос это набор макрокоманд, используемый для автоматического

выполнения последовательности некоторых действий. Макросы полезны для

автоматизации часто выполняемых последовательностей действий.

Для создания макроса нужно выбрать инструмент Макрос из группы

Макросы и код на вкладке Создание. Для создания макроса нужен

монопольный доступ к базе данных, поэтому, если нет монопольного доступа,

появится окно (Рисунок 118)

Рисунок 118 - Информация о необходимости монопольного доступа к базе

данных

Для получения монопольного доступа к базе данных нужно ее закрыть и

снова открыть, выбрав Монопольно в списке кнопки Открыть.

Итак, выполним команду Макрос. Появится окно конструктора

макросов (Рисунок 119), с помощью которого в макрос вставляются

макрокоманды.

Рисунок 119 - Окно конструктора макросов

209

Созданный макрос можно сохранить командой Файл, Сохранить.

В макрос ВводНовойПоставки включены три команды:

ПесочныеЧасы - задает форму курсора на время выполнения команды;

ОткрытьФорму - открывает форму, заданную параметром Имя формы;

НаЗапись - выполняет переход к записи, указанной в параметре Запись.

Макрокоманда выбирается из списка Добавить новую макрокоманду.

На рисунке 120 показан режим задания параметров макрокоманды

ОткрытьФорму.

Рисунок 120 - Задание параметров макрокоманды

Макрос ВводНовойПоставки предназначен для ввода данных о новой

поставке, для чего в него включена команда ОткрытьФорму с аргументом

Поставки, и команда НаЗапись с аргументом Новая, что обеспечит переход в

форме Поставки к вводу новой записи.

Макрос запускается на выполнение кнопкой Выполнить.

10.7.2 Запуск макроса

При запуске макроса выполнение макрокоманд начинается с первой

строки макроса и продолжается до конца макроса.

Макрос может выполняться по команде пользователя, при вызове из

другого макроса или процедуры обработки события, а также в ответ на

событие в форме, отчете или элементе управления. Например, можно связать

макрос с кнопкой на форме или отчете, в результате чего макрос будет

выполняться при нажатии этой кнопки. Допускается также создание

специального командного меню или кнопки панели инструментов,

210

запускающей макрос, определение сочетания клавиш, которое запускает

макрос, а также автоматический запуск макроса при открытии базы данных.

Создадим макрос ПерваяЗапись. Для этого выберем макрокоманду

НаЗапись, в качестве значения аргумента Запись выберем из списка значение

Первая (Рисунок 121).

Рисунок 121- Макрос без конкретного аргумента

Обратим внимание на то, что в макросе не указана конкретная таблица

или запрос, в которых следует перейти к первой записи.

В форму Поставщики для работы с записями из таблицы Поставщики

поместим кнопку (Рисунок 122), и выведем для нее окно свойств. Свойству

Подпись (вкладка Макет), которое содержит надпись на кнопке, дадим

значение Первая запись, откажемся от показа рисунка на кнопке, удалив его из

свойства Рисунок. На вкладке Другие введем для свойства Имя значение

КнопкаПерваяЗапись, а событию Нажатие кнопки на вкладке События

выбором из списка присвоим значение макроса ПерваяЗапись (Рисунок 123).

Рисунок 122 - Форма Поставщики в режиме конструктор и окно свойств

кнопки

211

Рисунок 123 - Выбор макроса для обработки события

В результате при работе с данной формой в любой момент времени

нажатие созданной кнопки выведет в форму первую запись.

ЛИТЕРАТУРА

1. Информатика. Базовый курс: Учебник для вузов / С.В. Симонович.- СПб.

Питер, 2016. - 640 с.

2. Информационные технологии: учебник для студентов учреждений высшего

образования / А.Г. Схиртладзе [и др.]. -М.: "Академия", 2015.- 288с.

3. Информатика: учебник под редакцией В.В. Трофимова. Электронные

текстовые данные. – М: Юрайт, 2012. – 911 с. (ЭБ)

4. Информатика: учебное пособие / Г.Н. Вениаминова, В.Н. Чепикова, А.Г.

Ананченко, В.А. Холоднов. – СПб.: СПбГТИ(ТУ), - Петербург, 2005. – 207 с.

5. Козлов, Д.А.: Excel 2016. Полное руководство / Д.А. Козлов, М.В.

Финков, В.В. Серогодский. – СПб. Наука и Техника, 2017. – 416 с.

6. Коннолли, Т.: Базы данных. Проектирование, реализация и

сопровождение. Теория и практика / Томас Коннолли, Каролин Бегг. –

М.: Вильямс, 2017. – 1440 с.

7. Нестеров, С.А.: Базы данных. Учебник и практикум / С.А. Нестеров. – М.:

Юрайт, 2016. – 230 c.

212

Кафедра системного анализа и информационных технологий

Учебное пособие

ИНФОРМАТИКА

Халимон Виктория Ивановна

Чепикова Вера Николаевна

Рогов Александр Юрьевич

Проститенко Олег Владимирович

Мамаева Галина Александровна

___________________________________________________________ Отпечатано с оригинал-макета. Формат 60х90 1/16

Печ.л.13,2. Тираж экз.

_____________________________________________________________ Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(технический университет)

_____________________________________________________________ 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26

Типография издательства СПбГТИ(ТУ). Тел. 494-93-65