Принципы работы компьютера
Белорусский государственный университет
УТВЕРЖДАЮ
Декан физического факультета
________________ В.М. Анищик
(подпись)
____________________
(дата утверждения)
Регистрационный № УД-________/р.
ПРОГРАММИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Учебная программа для специальности
Физика (по направлениям)
Факультет физический
Кафедра методики преподавания физики и информатики
Курс (курсы) 1-2
Семестр (семестры) 1-4
Лекции 86 часов Экзамен 1, 2, 3, 4
Лабораторные
занятия 136 часов Курсовой проект (работа) нет
Всего аудиторных
часов по дисциплине 222 часа
Всего часов Форма получения
по дисциплине 486 часов высшего образования дневная
Составили: Г.Г.Крылов - к.ф.-м.н., доцент; Л.Б.Елисеева – ст. преподаватель; И.А.Тимофеева - ст. преподаватель; И.В.Шапочкина - ст. преподаватель.
Учебная программа составлена на основе типовой программы, утвержденной _____ ________________ 200__ г.,
регистрационный номер УД-________/баз
Рассмотрена и рекомендована к утверждению в качестве рабочего варианта
на заседании кафедры методики преподавания физики и информатики
___ __________ 200_ г., протокол № __
Заведующий кафедрой
доцент ____________ А.И.Слободянюк
Одобрена и рекомендована к утверждению
Ученым Советом физического факультета
___ __________ 200_ г., протокол № __
Председатель
профессор ____________ В.М. Анищик
Пояснительная записка
Программа предназначена для подготовки специалистов по всем физическим специальностям. Дисциплина является единственным общеобразовательным курсом по математическому и компьютерному моделированию и основой для специальных курсов, читаемых в рамках цикла естественнонаучных дисциплин. Поэтому в нее включили базовый курс информатики и основные конструкции языка Pascal, основы программирования на языке Object Pascal в системе Delphi, основы численных методов и работа в современных инструментальных пакетах (на базе пакета MathCad), углубленное изложение численных методов.
Методической базой дисциплины являются курсы математического анализа, аналитической геометрии и высшей алгебры, знание которых необходимо для освоения материала курса в третьем и четвертом семестре. Особое внимание в курсе следует уделить четырем моментам – освоению студентами знаний основных структур данных, используемых в практике современного программирования, овладению навыками разработки программного обеспечения, работающего под управлением операционной системы Windows, а также приобретению студентами навыков моделирования физических процессов и численного анализа полученных моделей.
В результате изучения дисциплины студент должен знать основные конструкции языка Паскаль, основные методы численного анализа; уметь разрабатывать простые программы в среде быстрой разработки приложений Delphi и инструментальной системе MathCad, алгоритмизировать методы численного анализа на языках Паскаль и MathCad для решения задач численного моделирования физических процессов.
Текущий контроль знаний и навыков студентов рекомендуется осуществлять с использованием контрольных работ, тестов, а также непосредственно в компьютерном классе во время подготовки и выполнения лабораторных работ.
Общее количество часов – 486, аудиторное количество часов – 222, из них: лекции – 86, лабораторные занятия – 136.
Содержание учебного материала
Кодирование информации.
Понятие “информация”. Количество информации (содержательный и алфавитный подходы). Единицы измерения количества информации. Системы счисления (позиционные, непозиционные), алфавит, основание. Переход из одной системы счисления в другую. Единицы измерения: байт, Кб, Мб, Гб, Тб... Единицы обработки: байт, слово, двойное слово.
Типы информации (дискретная, непрерывная). Понятие “кодирования” информации. Устройства обработки информации (цифровые, аналоговые). Виды информации, обрабатываемые компьютером (числовая, символьная, графическая, звуковая).
Представление целых чисел без знака. Представление знаковых целых чисел. Прямой код. Представление отрицательных целых чисел. Дополнительный обратный код. Алгебраическое сложение целых чисел. Умножение чисел (сложение и сдвиг). Переполнение.
Представление вещественных чисел (нормализованный вид, мантисса, порядок). Сдвиг порядка. Алгоритмы сложения и умножения. Точность представления вещественных чисел, машинный ноль.
Кодирование текстовой информации. ASCII-коды, таблица ASCII-кодов (стандартная, расширенная), Unicode.
Понятие “файл”. Формат данных (внутренний и внешний). Форматы файлов.
Кодирование графической информации (растровое и векторное). Принципы работы монитора. Формирование растрового изображения на мониторе (пиксел, разрешение). Кодирование цвета пиксела (черно-белое, черно-белое с градациями серого). Кодирование цвета пиксела цветного изображения (индексная палитра, High Color, True Color). Цветовые модели (RGB, CMYk, HSB). Векторная графика.
Понятие об алгоритмах сжатия информации. Сжатие информации без потерь и с потерями.
Хранение информации.
Иерархическая структура файловой системы. Каталоги. Корневой каталог. Полное имя файла.
Устройство и принципы действия накопителей на внешних носителях.
Физическая и логическая структура диска. Понятие о контроле и коррекции ошибок. Запись файла на диск. Удаление файла.
Форматирование диска. Низкоуровневое (физическое) и высокоуровневое (логическое) форматирование.
Принципы работы компьютера.
Схема фон Неймана. Программный принцип работы компьютера. Открытая архитектура компьютера.Состав системного блока. Состав материнской платы.
Процессор. Структура процессора (регистры, АЛУ, устройство управления, кэш-память). Тактовый генератор. Характеристики процессора (разрядность, рабочая тактовая частота).
Структура машинной команды (код операции, адресная составляющая). Система команд процессора. Типы процессоров (CISC, RISC, MISC). Совместимость снизу-вверх.
Шина (системная, локальная). Шина данных, адресная шина, шина управления).
Прямой доступ к оперативной памяти (канал DMA).
Периферийные устройства. Контроллер и драйвер. Порты (последовательные и параллельные). Система прерываний. Устройство и принципы действия мыши и клавиатуры.
Оперативная память. Структура оперативной памяти (элемент памяти, матрица элементов памяти). Способы реализации оперативной памяти (динамическая, статическая). Адреса (физические, логические). Понятие об адресном пространстве оперативной памяти. Пространство адресов ввода-вывода.
ПЗУ. Содержимое CMOS-памяти (время, дата, информация о конфигурации компьютера). Программа начальной загрузки.