1. Предмет информатики, ее связь с другими дисциплинами.

Информатика - комплексная научная и инженерная дисциплина, изучающая все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки, функционирования основанных на ЭВМ систем переработки информации, их применения и воздействия на различные области социальной практики. Информатика существует не сама по себе, а является комплексной научно-технической дисциплиной, призванной создавать новые информационные техники и технологии для решения проблем в других областях.

Наиболее тесно информатика связана с кибернетикой - наукой о закономерностях управления сложными динамическими системами. В качестве таких сложных динамических систем рассматриваются и живые организмы, и социальные сообщества, и технические системы. Другой наукой, с которой тесно связана информатика является семиотика, исследующая свойства знаковых систем (естественных и искусственных языков). Поскольку знак есть носитель информации, семиотика получает большое прикладное значение при исследовании и проектировании знаковых систем, используемых в процессах передачи и обработки информации. Тесно связана с наукой о языке - лингвистикой. Информатика использует такие понятия, как язык, слово, алфавит, предложение, текст. Одной из важнейших задач лингвистики является изучение структуры текста. Развитие информатики тесно связано с достижениями психологии, которые активно используются при изучении мыслительных процессов создания и использования информации, природы информационных потребностей и их формулировании в запросы, при разработке эффективных методов чтения, машинных систем информационного обслуживания, конструировании информационных устройств.

2. Правовые основы информатизации

Процесс внедрения информатики в различные сферы деятельности человека и есть отражение информатизации общества.

Информатизация – это системный, междисциплинарный процесс внедрения достижений методов информатики и новых информационных технологий в общественную жизнь, в научно-технические, социально–экономические, правовые и другие институты государства с целью повышения их эффективности, всестороннего развития личности.

Правовые основы информатизации – правовые нормы и законы, регулирующие актуализацию информации и информационных систем, технологий.

В процессе информатизации общества необходимо:

создать алгоритмическую и техническую базу;

создать индустрию информационных потоков, технологий;

подготовить системы информатизации и совершенствования управления;

обеспечить информационную безопасность и правовое обеспечение;

воспитать информационно грамотных членов общества.

Нужно учитывать регулятивная функция права, воздействие ее на информатизацию.

Нужно учитывать трансформирующая роль информатизации, воздействие ее на правовую систему.

Информатизация правовых систем направлена, в основном, на правотворческую, правоприменительную и правоохранительную деятельность.

3. Природа, сущность и свойства информации. Основные определения понятия информации.

Подходы:

* традиционный (обыденный) - используется в информатике: Информация – это сведения, знания, сообщения о положении дел, которые человек воспринимает из окружающего мира с помощью органов чувств (зрения, слуха, вкуса, обоняния, осязания).

* вероятностный - используется в теории об информации: Информация – это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределённости и неполноты знаний.

Чтобы сообщение было передано от источника к получателю, необходима некоторая материальная субстанция – носитель информации. Сообщение, передаваемое с помощью носителя, назовем сигналом. В общем случае сигнал – это изменяющийся во времени физический процесс. Такой процесс может содержать различные характеристики (например, при передаче электрических сигналов могут изменяться напряжение и сила тока). Та из характеристик, которая используется для представления сообщений, называется параметром сигнала.

В случае когда параметр сигнала принимает последовательное во времени конечное число значений (при этом все они могут быть пронумерованы), сигнал называется дискретным, а сообщение, передаваемое с помощью таких сигналов -дискретным сообщением. Информация, передаваемая источником, в этом случае также называется дискретной. Если же источник вырабатывает непрерывное сообщение (соответственно параметр сигнала – непрерывная функция от времени), соответствующая информация называется непрерывной.

Свойство запоминаемости – одно из самых важных. Запоминаемую информацию будем называть макроскопической (имея ввиду пространственные масштабы запоминающей ячейки и время запоминания). Именно с макроскопической информацией мы имеем дело в реальной практике.

Передаваемость информации с помощью каналов связи (в том числе с помехами) хорошо исследована в рамках теории информации К. Шеннона. В данном случае имеется ввиду несколько иной аспект – способность информации к копированию, т.е. к тому, что она может быть “запомнена” другой макроскопической системой и при этом останется тождественной самой себе. Очевидно, что количество информации не должно возрастать при копировании.

Воспроизводимость информации тесно связана с ее передаваемостью и не является ее независимым базовым свойством. Если передаваемость означает, что не следует считать существенными пространственные отношения между частями системы, между которыми передается информация, то воспроизводимость характеризует неиссякаемость и неистощимость информации, т.е. что при копировании информация остается тождественной самой себе.

Фундаментальное свойство информации – преобразуемость. Оно означает, что информация может менять способ и форму своего существования. Копируемость есть разновидность преобразования информации, при котором ее количество не меняется. В общем случае количество информации в процессах преобразования меняется, но возрастать не может. Свойство стираемости информации также не является независимым. Оно связано с таким преобразованием информации (передачей), при котором ее количество уменьшается и становится равным нулю.

Высшей формой информации, проявляющейся в управлении в социальных системах, являются знания. Это наддисциплинарное понятие, широко используемое в педагогике и исследованиях по искусственному интеллекту, также претендует на роль важнейшей философской категории. В философском плане познание следует рассматривать как один из функциональных аспектов управления. Такой подход открывает путь к системному пониманию генезиса процессов познания, его основ и перспектив.

4. Меры информации, понятие энтропии.

Теория информации как самостоятельная научная дисциплина была основана американским ученым К.Шенноном в конце 40-х годов 20-го века. Предложенная им теория основывалась на фундаментальном понятии количественной меры неопределенности – энтропии – и связанного с нею понятия – количества информации. На основе понятий энтропии и количества информации в теории информации введены важные характеристики сигналов и информационных систем: Скорость создания информации, Скорость передачи информации, Избыточность, Пропускная способность каналов связи. Базисным понятием всей теории информации является понятие энтропии. Энтропия – мера неопределенности некоторой ситуации. Можно также назвать ее мерой рассеяния и в этом смысле она подобна дисперсии.

Хартли:

H =log2 2 = 1 бит (1 двоичная единица).

К. Шеннон:

Введя в формулу Р. Хартли указанные вероятностные значения (p), К. Шеннон получил новые выражения для определения количества информации. Для одного символа это выражение приобретает вид:

H= -p log2 p,

5. Законы алгебры логики.

При решении логических задач часто приходится упрощать формулы. Упрощение формул в булевой алгебре производится на основе эквивалентных преобразований, опирающихся на основные законы.

Законы логики высказываний - это такие выражения, которым всегда соответствует истинное высказывание, какие бы подстановки значений мы ни делали вместо переменных. В алгебре высказываний логические законы выражаются в виде формул.

1.1. Закон тождества: А = А

- всякая мысль тождественна самой себе, то есть "А есть А", где А – любое высказывание.

2. Закон исключенного третьего: А V ¬А = 1

- в один и тот же момент времени высказывание может быть либо истинным, либо ложным, третьего не дано. Истинно либо А, либо не А.

3. Закон непротиворечия: ¬(¬ А ^ А) = 1

- не могут быть одновременно истинными суждение и его отрицание. То есть, если высказывание А - истинно, то его отрицание ¬А должно быть ложным (и наоборот). Тогда их произведение будет всегда ложным.

3a. А ^ ¬А =0.

Именно эта формула часто используется при упрощении сложных логических выражений.

Иногда этот закон формулируется так: два противоречащих друг другу высказывания не могут быть одновременно истинными.

¬ ¬А = А

СВОЙСТВА КОНСТАНТ

5. ¬0 = 1

6. ¬ 1 = 0

7. А V 0 = А

8. А ^ 0 = 0

9. А V 1 = 1

10. А ^ 1 = А

ЗАКОНЫ ИДЕМПОТЕНТНОСТИ

11. А V А = А

Отсутствие коэффициентов

12. А ^ А = А

Отсутствие степеней

12. А ^ А = А

Отсутствие степеней

Сколько бы раз мы ни повторяли "на улице тепло и на улице тепло" ни на один градус теплее от этого не станет, аналогично, от повторения “телевизор включен или телевизор включен” значение высказывания не меняется.

ЗАКОНЫ КОММУТАТИВНОСТИ

13. А V В = В V А

14. А ^ В = В ^ А

ЗАКОНЫ АССОЦИАТИВНОСТИ

15. А V (В V С) = (А V В) V С

16. А ^ (В ^ С) = (А ^ В) ^ С

ЗАКОНЫ ДИСТРИБУТИВНОСТИ

17. А V (В^С) = (АVВ) ^ (АVС)

дизъюнкции относительно конъюнкции

18. А ^ (ВVС) = (А ^ В) V (А ^ С)

конъюнкции относительно дизъюнкции

Закон 18 аналогичен дистрибутивному закону в алгебре, а закон 17 аналога не имеет, он справедлив только в логике. Доказательство его удобнее всего провести по таблице истинности.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

А B C 2  3 1 V 4 1 V 2 1 V 3 6  7 5 = 8

0 0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 1 0 0 0 1 0 1

0 1 0 0 0 1 0 0 1

0 1 1 1 1 1 1 1 1

1 0 0 0 1 1 1 1 1

1 0 1 0 1 1 1 1 1

1 1 0 0 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1

ЗАКОНЫ ПОГЛОЩЕНИЯ

19. А V А ^ В = А

20. А ^(А V В) = А

ЗАКОНЫ де МОРГАНА

21. ¬(А V В) = ¬ А ^¬ В

Отрицание вариантов

22. ¬(А ^ В) = ¬А V ¬В

Отрицание одновременной истинности

Мнемоническое правило. В левой части тождества операция отрицания стоит над всем высказыванием. В правой части она как бы разрывается и отрицание стоит над каждым из простых высказываний, но одновременно меняется операция дизъюнкция на конъюнкцию и наоборот.

Операций импликации и эквивалентности иногда нет среди логических операций конкретного компьютера или транслятора с языка, а при решении задач они требуются. Существуют формулы замены данных операций с использованием только операций отрицания, дизъюнкции и конъюнкции. Так, вместо операции импликации можно использовать следующее тождественное выражение:

A → B = ¬A V B

Для замены операции эквивалентности существует два выражения:

A <=> B = (A ^ B) V (¬A ^ ¬B)

A <=> B = (A V ¬B) ^ (¬A V B)

Знание данных формул помогает, например, правильно построить отрицание импликации.

Рассмотрим следующий пример.

Пусть дано высказывание:

Е = "Неверно, что если я выиграю конкурс, то получу приз"

Пусть А = "Я выиграю конкурс", В = " Я получу приз", тогда

Е = ¬(A → B) = ¬(¬A V B) = ¬¬A ^ ¬B = A ^ ¬B,

то есть Е = "Возможно, что я выиграю конкурс, но приз не получу".

Интерес представляют и следующие формулы:

А → B = ¬B → ¬A

A <=> B = (A → B) ^ (B → A)

• Доказать их справедливость можно также с помощью таблиц истинности. Интересно их выражение в разговорном языке.

Для того, чтобы использовать какие-либо законы в практике, необходимо быть уверенным в их правильности. Доказать закон алгебры высказываний можно:

построив таблицу истинности для правой и левой части закона;

выполнив эквивалентные преобразования над правой и левой частью формулы для приведения их к одному виду;

с помощью диаграмм Эйлера-Венна;

путем правильных логических рассуждений.

Упрощение сложных высказываний - это замена их на равносильные им на основе законов алгебры высказываний.

При упрощении сложных высказываний используются следующие основные приемы:

по свойству констант

X = Х ^ 1, Х = X V 0

по закону исключенного третьего

1= A V ¬A

по закону противоречия

Z ^ ¬Z = 0

по закону идемпотентности

В = В V В = B V B V B V B,

C = C ^ C = C ^ C ^ C ^ C

по закону двойного отрицания

Е = ¬ ¬Е

6. Логические основы построения ЭВМ. Базовые логические элементы

Логические основы построения ЭВМ. Базовые логические элементы.

В основе обработки компьютером информации лежит алгебра логики, разработанная Дж. Булем. Было доказано, что все электронные схемы ЭВМ могут быть реализованы с помощью логических элементов И, ИЛИ, НЕ.

Элемент НЕ

A

0 1

1 0

При подаче на вход схемы сигнала низкого уровня (0) транзистор будет заперт, т.е. ток через него проходить не будет, и на выходе будет сигнал высокого уровня (1). Если же на вход схемы подать сигнал высокого уровня (1), то транзистор “откроется”, начнет пропускать электрический ток. На выходе за счет падения напряжения установится напряжение низкого уровня. Таким образом, схема преобразует сигналы одного уровня в другой, выполняя логическую функцию.

Элемент ИЛИ

А В С

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

Функция “ИЛИ” - логическое сложение (дизъюнкция), ее результат равен 1, если хотя бы 1 из аргументов равен 1.

Здесь транзисторы включены параллельно друг другу. Если оба закрыты, то их общее сопротивление велико и на выходе будет сигнал низкого уровня (логический “0”). Достаточно подать сигнал высокого уровня (“1”) на один из транзисторов, как схема начнет пропускать ток, и на сопротивлении нагрузки установится также сигнал высокого уровня (логическая “1”).

Элемент И

A B C

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Если на входы Вх1 и Вх2 поданы сигналы низкого уровня (логические “0”), то оба транзистора закрыты, ток через них не проходит, выходное напряжение на Rн близко к нулю.

Пусть на один из входов подано высокое напряжение (“1”). Тогда соответствующий транзистор откроется, однако другой останется закрытым, и ток через транзисторы и сопротивление проходить не будет. Следовательно, при подаче напряжения высокого уровня лишь на один из транзисторов, схема не переключается и на выходе остается напряжение низкого уровня.

И лишь при одновременной подаче на входы сигналов высокого уровня (“1”) на выходе мы также получим сигнал высокого уровня.

7. Системы счисления. Перевод из одной системы счисления в другую.

Система счисления — символический метод записи чисел, представление чисел с помощью письменных знаков. Системы счисления подразделяются на позиционные, непозиционные и смешанные. В позиционных системах счисления один и тот же числовой знак (цифра) в записи числа имеет различные значения в зависимости от того места (разряда), где он расположен. К числу таких систем относится современная десятичная система счисления. В непозиционных системах счисления величина, которую обозначает цифра, не зависит от положения в числе. При этом система может накладывать ограничения на положение цифр, например, чтобы они были расположены в порядке убывания. Смешанная система счисления является обобщением b-ричной системы счисления и также зачастую относится к позиционным системам счисления. Алгоритм перевода из одной системы счисления в другую: 1)основание новой сист.счисления выразить цифрами исходной сист.счисления и все последующие действия производить в исходной сист.счисления; 2)последовательно выполнять деление данного числа и получаемых целых частных делим на основание новой сист.счисления пока не получим частное меньше делителя; 3)полученные остатки, являющиеся цифрами числа в новой сист.счисления привести в соответствие с алфавитом новой сист.счисления; 4)составить число в новой сист.счисления, записывая его, начиная с последнего остатка.

8. Кодирование и представление информации в ЭВМ.

Для обмена информацией с другими людьми человек использует естественные языки (русский, английский, китайский и др.), то есть информация представляется с помощью естественных языков.

Наряду с естественными языками были разработаны формальные языки (системы счисления, язык алгебры, языки программирования и др.). Основное отличие формальных языков от естественных состоит в наличии строгих правил грамматики и синтаксиса.

Представление информации может осуществляться с помощью языков, которые являются знаковыми системами. Каждая знаковая система строится на основе определенного алфавита и правил выполнения операций над знаками.

Кодирование информации

Представление информации происходит в различных формах в процессе восприятия окружающей среды живыми организмами и человеком, в процессах обмена информацией между человеком и человеком, человеком и компьютером, компьютером и компьютером и так далее. Преобразование информации из одной формы представления (знаковой системы) в другую называется кодированием.

Средством кодирования служит таблица соответствия знаковых систем, которая устанавливает взаимно однозначное соответствие между знаками или группами знаков двух различных знаковых систем. В дальнейшем будет приведена такая таблица, которая устанавливает соответствие между графическими изображениями знаков алфавита и их компьютерными кодами.

В процессе обмена информацией часто приходится производить операции кодирования и декодирования информации. При вводе знака алфавита в компьютер путем нажатия соответствующей клавиши на клавиатуре происходит кодирование знака, то есть преобразование его в компьютерный код. При выводе знака на экран монитора или принтер происходит обратный процесс - декодирование, когда из компьютерного кода знак преобразуется в его графическое изображение.

Кодирование - это операция преобразования знаков или групп знаков одной знаковой системы в знаки или группы знаков другой знаковой системы.

Двоичное кодирование информации в компьютере

В компьютере для представления информации используется двоичное кодирование, так как удалось создать надежно работающие технические устройства, которые могут со стопроцентной надежностью сохранять и распознавать не более двух различных состояний (цифр):

• электромагнитные реле (замкнуто/разомкнуто), широко использовались в конструкциях первых ЭВМ;

• участок поверхности магнитного носителя информации (намагничен/размагничен);

• участок поверхности лазерного диска (отражает/не отражает);

• триггер (см. п. 3.7.3), может устойчиво находиться в одном из двух состояний, широко используется в оперативной памяти компьютера.

Информация в компьютере представлена в двоичном коде, алфавит которого состоит из двух цифр (0 и 1).

Цифры двоичного кода можно рассматривать как два равновероятных состояния (события). При записи двоичной цифры реализуется выбор одного из двух возможных состояний (одной из двух цифр) и, следовательно, она несет количество информации, равное 1 биту.

Даже сама единица измерения количества информации бит (bit) получила свое название от английского словосочетания Binary digiT (двоичная цифра).

Важно, что каждая цифра машинного двоичного кода несет информацию в 1 бит. Таким образом, две цифры несут информацию в 2 бита, три цифры - в 3 бита и так далее. Количество информации в битах равно количеству цифр двоичного машинного кода.

Каждая цифра машинного двоичного кода несет количество информации, равное одному биту.

9. Состав, назначение и взаимодействие основных устройств персонального компьютера. Магистрально-модульный принцип.

Основой персонального компьютера является системный блок. Он организует работу, обрабатывает информацию, производит расчеты, обеспечивает связь человека и ЭВМ. СИСТЕМНЫЙ БЛОК персонального компьютера состоит из системной платы, динамика, вентилятора, источника питания, двух дисководов. Один дисковод обеспечивает ввод-вывод информации с винчестерского диска, другой- с гибких магнитных дисков. СИСТЕМНАЯ ПЛАТА является центральной частью ЭВМ и составлена из нескольких десятков интегральных схем разного назначения. Микропроцессор выполнен в виде одной большой интегральной схемы. Имеется несколько модулей постоянной и оперативной памяти. Адаптер - это устройство, которое обеспечивает связь между центральной частью ЭВМ и конкретным внешним устройством. КЛАВИАТУРА, МОНИТОР, МЫШЬ, ПРИНТЕР, СКАНЕР. Процессор - это устройство, управляющее ходом вычислительного процесса и выполняющее арифметическое и логическое действия. Внутренняя память - это память высокого быстродействия и ограниченной емкости. Оперативная память служит для хранения оперативной, часто изменяющейся в процессе решения задачи. Постоянная память предназначена для хранения постоянной информации, которая не зависит от того, какая задача решается в ЭВМ. Внешняя память предназначена для долговременного хранения информации независимо от того, работает ЭВМ или нет. Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе. Модульный принцип позволяет пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный принцип обмена информацией. Все контроллеры устройств взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, называемую системной шиной. Системная шина выполняется в виде печатного мостика на материнской плате.

10. Микропроцессоры, принцип действия и основные характеристики. Типы современных микропроцессоров.

Микропроцессор характеризуется:

1) тактовой частотой, определяющей максимальное время выполнения переключения элементов в ЭВМ;

2) разрядностью, т.е. максимальным числом одновременно обрабатываемых двоичных разрядов.

Разрядностть МП обозначается m/n/k/ и включает:

m - разрядность внутренних регистров, определяет принадлежность к тому или иному классу процессоров;

n - разрядность шины данных, определяет скорость передачи информации;

k - разрядность шины адреса, определяет размер адресного пространства. Например, МП i8088 характеризуется значениями m/n/k=16/8/20;

3) архитектурой. Понятие архитектуры микропроцессора включает в себя систему команд и способы адресации, возможность совмещения выполнения команд во времени, наличие дополнительных устройств в составе микропроцессора, принципы и режимы его работы. Выделяют понятия микроархитектуры и макроархитектуры.

Микроархитектура микропроцессора - это аппаратная организация и логическая структура микропроцессора, регистры, управляющие схемы, арифметико-логические устройства, запоминающие устройства и связывающие их информационные магистрали.

Макроархитектура - это система команд, типы обрабатываемых данных, режимы адресации и принципы работы микропроцессора.

В общем случае под архитектурой ЭВМ понимается абстрактное представление машины в терминах основных функциональных модулей, языка ЭВМ, структуры данных.

________________________________________

Структура типового микропроцессора

Архитектура типичной небольшой вычислительной системы на основе микроЭВМ показана на рис. 2.1 Такая микроЭВМ содержит все 5 основных блоков цифровой машины: устройство ввода информации, управляющее устройство (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ) (входящие в состав микропроцессора), запоминающие устройства (ЗУ) и устройство вывода информации.

Микропроцессор координирует работу всех устройств цифровой системы с помощью шины управления (ШУ). Помимо ШУ имеется 16-разрядная адресная шина (ША), которая служит для выбора определенной ячейки памяти, порта ввода или порта вывода. По 8-разрядной информационной шине или шине данных (ШД) осуществляется двунаправленная пересылка данных к микропроцессору и от микропроцессора. Важно отметить, что МП может посылать информацию в память микроЭВМ или к одному из портов вывода, а также получать информацию из памяти или от одного из портов ввода.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) в микроЭВМ содержит некоторую программу (на практике программу инициализации ЭВМ). Программы могут быть загружены в запоминающее устройство с произвольной выборкой (ЗУПВ) и из внешнего запоминающего устройства (ВЗУ). Это программы пользователя.

В качестве примера, иллюстрирующего работу микроЭВМ, рассмотрим процедуру, для реализации которой нужно выполнить следующую последовательность элементарных операций:

1. Нажать клавишу с буквой "А" на клавиатуре.

2. Поместить букву "А" в память микроЭВМ.

3. Вывести букву "А" на экран дисплея.

Это типичная процедура ввода-запоминания-вывода, рассмотрение которой дает возможность пояснить принципы использования некоторых устройств, входящих в микроЭВМ.

Подчеркнем еще раз, что именно микропроцессор является ядром системы и осуществляет управление всеми операциями. Его работа представляет последовательную реализацию микропроцедур выборки-дешифрации-исполнения. Однако фактическая последовательность операций в МПС определяется командами, записанными в памяти программ.

Таким образом, в МПС микропроцессор выполняет следующие функции:

- выборку команд программы из основной памяти;

- дешифрацию команд;

- выполнение арифметических, логических и других операций, закодированных в командах;

- управление пересылкой информации между регистрами и основной памятью, между устройствами ввода/вывода;

- отработку сигналов от устройств ввода/вывода, в том числе реализацию прерываний с этих устройств;

- управление и координацию работы основных узлов МП.

современные микропроцессоры – это самые быстрые и умные микросхемы в мире. Они могут совершать до 4 млрд. операций в секунду и производятся с использованием множества различных технологий.

Микропроцессор - это интегральная схема, сформированная на маленьком кристалле кремния. Кремний применяется в микросхемах в силу того, что он обладает полупроводниковыми свойствами: его электрическая проводимость больше, чем у диэлектриков, но меньше, чем у металлов. Кремний можно сделать как изолятором, препятствующим движению электрических зарядов, так и проводником - тогда электрические заряды будут свободно проходить через него. Проводимостью полупроводника можно управлять путем введения примесей.

Микропроцессор содержит миллионы транзисторов, соединенных между собой тончайшими проводниками из алюминия или меди и используемых для обработки данных. Так формируются внутренние шины. В результате микропроцессор выполняет множество функций – от математических и логических операций до управления работой других микросхем и всего компьютера.

Один из главных параметров работы процессора – частота работы кристалла, определяющая количество операций за единицу времени, частота работы системной шины, объем внутренней кэш-памяти SRAM. По частоте работы кристалла маркируют процессор. Частота работы кристалла определяется скоростью переключений транзисторов из закрытого состояния в открытое. Возможность транзистора переключаться быстрее определяется технологией производства кремниевых пластин, из которых делаются чипы. Технологический процесс определяет размеры транзистора (его толщину и длину затвора). Например, при использовании 90-нм техпроцесса, который был введен в начале 2004 года, размер транзистора составляет 90 нм, а длина затвора – 50 нм.

Все современные процессоры используют полевые транзисторы. Переход к новому техпроцессу позволяет создавать транзисторы с большей частотой переключения, меньшими токами утечки, меньших размеров. Снижение размеров позволяет одновременно уменьшить площадь кристалла, а значит и тепловыделение, а более тонкий затвор позволяет подавать меньшее напряжение для переключения, что также снижает энергопотребление и тепловыделение.

11. Модули памяти, виды, назначение, принцип действия и основные характеристики.

Внутренняя память - это память высокого быстродействия и ограниченной емкости. При изготовлении блока памяти используют либо электронные схемы н полупроводниковых элементах, либо ферромагнитные материалы. Конструктивно он выполнен в одном корпусе с процессором и является центральной частью ЭВМ. Внутренняя память может состоять из оперативной и постоянной памяти. Принцип ее разделения такой же, как у человека. Мы обладаем некоторой информацией, которая хранится в памяти постоянно, а есть информация, которую мы помним некоторое время, либо она нужна только на тот момент, пока мы думаем над решением какой-то проблемы. Оперативная память служит для хранения оперативной, часто изменяющейся

в процессе решения задачи. При решении другой задачи в оперативной памяти будет храниться информация только для этой задачи. При отключении ЭВМ вся информация, находящаяся в оперативной памяти, в большинстве случаев стирается. Постоянная память предназначена для хранения постоянной информации, которая не зависит от того, какая задача решается в ЭВМ. В большинстве случаев постоянной информацией являются программы решения часто используемых задач, например вычисление функций sin X, cos X, lg X, а также некоторые управляющие программы, микропрограммы и т.д. Отключение ЭВМ и включение ее в работу не влияют на качество хранения информации. Внешняя память предназначена для долговременного хранения информации независимо от того, работает ЭВМ или нет. Характеризуется она более низким быстродействием, но позволяет хранить существенно большой объем информации

по сравнению с оперативной памятью. Во внешнюю память записывают информацию. которая не меняется в процессе решения задачи, программы, результаты решения и т.д. В качестве внешней памяти используют магнитные диски. магнитные ленты, магнитные карты, перфокарты, перфоленты.

12. Внешнее запоминающее устройство - (относительно) медленное запоминающее устройство большой емкости. Целостность содержимого ВЗУ не зависит от того, включен или выключен компьютер. 15.Внешними запоминающими устройствами являются:

- накопители на жестких магнитных дисках;

- накопители на гибких магнитных дисках;

- накопители на компакт-дисках;

- накопители на магнито-оптических компакт-дисках;

- накопители на магнитной ленте и др.

Внешнее запоминающее устройство - (относительно) медленное запоминающее устройство большой емкости. Целостность содержимого ВЗУ не зависит от того, включен или выключен компьютер.

Внешние запоминающие устройства. Эти устройства обеспечивают хранение больших массивов информации. Они относительно недороги, но обладают значительно меньшим быстродействием, чем устройства внутренней памяти ЭВМ. Наиболее широкое распространение получили ВЗУ на магнитных носителях (лентах и дисках). 15. Внешние запоминающие устройства, виды, назначение, принцип действия и основные характеристики.

Виды запоминающих устройств

Виды памяти ПК. Все виды памяти делятся на внешние и внутренние. Внутренняя: оперативная, кэш, ПЗУ. Все виды памяти находятся на системной плате в виде микросхем.

Внешняя:

— память на жестких дисках (объемы 30,40,80, 120, 150 Гб). Скорость вращения памяти дисков 7200, 10000, 1500 оборотов в мин. Время обращения 6–10 микросек.

— Память на магнитной ленте (стример — исп-ется для создания и хранения активных файлов).

— компакт-диски CD (только для чтения — CD; с однократной записью — CD-R+; перезаписываемые — CD-КЦ) — вмещают 700 Мгб емкости; 52/24/16 (скорость считывание/однократн.запись/перезаписывающ.).

— DVD-диски и DVD-накопители.

13. Устройства ввода информации, назначение, виды, принцип действия и основные характеристики.

Компьютерное устройство ввода-вы́вода — компонент типовой архитектуры ЭВМ, предоставляющее компьютеру возможность взаимодействия с внешним миром и, в частности, с пользователями и другими компьютерами. Устройства ввода - вывода предназначены для организации ввода информации в оперативную память компьютера или вывода информации из оперативной памяти компьютера во внешнюю память либо непосредственно пользователю. (НМЛ - накопитель на магнитной ленте НГМД - накопитель на гибких магнитных дисках, НМД - накопитель на жестких магнитных дисках, УПК-устройство ввода-вывода с перфокарт, УПЛ - устройство ввода-вывода с перфолент. Основным, и обычно необходимым, устройством ввода текстовых символов и последовательностей (команд) в компьютер остаётся клавиатура. Клавиатура — устройство, представляющее собой набор кнопок (клавиш), предназначенных для управления каким-либо устройством или для ввода информации. Как правило, кнопки нажимаются пальцами рук. Основным устройством вывода является монитор. (также проектор, принтер). Монитор — интерфейс системы «человек — аппаратура — человек». Преобразует цифровую и (или) аналоговую информацию в видеоизображение. Основные параметры мониторов: 1)Вид экрана квадратный или широкоформатный(прямоугольный); 2)Размер экрана, определяется длиной диагонали. Измеряется в дюймах. (17",22"); 3)Разрешение - число пикселов по вертикали и горизонтали; 4)Глубина цвета - число отображаемых цветов (от монохромного до 32-х битного); 5)Размер зерна или пикселя ; 6)Частота обновления экрана; 7)Скорость отклика пикселей(не для всех мониторов)

14. Устройства вывода информации - это монитор, принтер, плоттер, наушники, колонки и другие. Монитор, принтер нужны для вывода числовой, текстовой и графической информации, плоттер - для вывода графической информации (графиков, чертежей). Наушники и колонки нужны для работы со звуковой информацией. Чем больше разных устройств вывода в комплекте, тем лучше - значит, у компьютера больше возможностей вывода информации разных видов.

Устройства вывода информации, назначение, виды, принцип действия и основные характеристики.

Устройства вывода — используются для извлечения результатов работы компьютера.

Устройства для вывода визуальной информации

• Монитор (дисплей)

• Проектор

• Принтер

• Графопостроитель

Устройства для вывода звуковой информации

• Встроенный динамик

• Колонки

• Наушники

Устройства ввода/вывода

• Перфоратор

• Магнитный барабан

• Стример

• Дисковод

• Жёсткий диск

• Различные порты

• Различные сетевые интерфейсы.

В соответствии с точным определением, в качестве «сердца» компьютера рассматривается центральный процессор и ОЗУ. Все операции, не являющиеся внутренними по отношению к этому комплексу, рассматриваются как операции ввода/вывода.

15. Критерии выбора компьютера для дома и офиса.

Начнем с главной и основной детали любого компьютера – процессора. Если при работе вы будете сталкиваться с сложными математическими расчетами, бухгалтерскими программами и прочими вычислительными процессами, то следует взять процессор типа Intel Pentium IV. В том случае, если вы секретарь, а ваша работа заключается в простом наборе и печати информации, в использовании программ Microsoft Office и прочих простых деталей, то особо высокая частота вам не к чему, возьмите процессор Intel Celeron.

Еще одна деталь при выборе процессора – частота шины. Чем она выше, тем лучше работает сам компьютер, однако следует принять во внимание, что данная частота должна быть идентичной также и для материнской платы и для оперативной памяти.

Наверное единственная деталь, про которую можно сказать чем больше, тем лучше – это оперативная память. От ее количества напрямую зависит и производительность компьютера. Следовательно, чем больше денег вы вложите в оперативку, тем и отдача в производительности от ваших денег будет выше.

Довольно сложным может оказаться выбор видео карты. Проще говоря, улучшая свою видео память, добавляя к ней различный «прибамбасы» вы улучшаете работу вашего компьютера с 3D объектами и ничего другого. Если же вашей задачей является улучшение работы с объектами формата 2D, тогда следует наращивать объем оперативной памяти.

Перейдем к следующей составляющей любого компьютера – жесткому диску. Важно отметить, что особую роль в работе компьютера играет не только объем самого жесткого диска, но и скорость его работы. Еще важными моментами в работе жесткого диска являются такие его спецификации, как скорость вращения и качество канала доступа к памяти. Со скоростью вращения все просто – чем больше оборотов совершает винчестер, тем выше его производительность, а значит такой диск будет вам более полезен.

Материнская плата. Здесь совет один, и он очень прост – чем дороже материнка, тем ее качество выше. Особое внимание следует уделить всякого рода встроенным на материнке платам. Если, например, звуковая карта не так важна, так как в большинстве своем она устроит рядового потребителя, если вы конечно не собираетесь заниматься профессиональной звукозаписью, то такие встроенные платы, как видео, пригодятся вам лишь для простого вида работы (Интернет и прочие мелкие вещи), о работе со сложными графическими объектами тут речи быть не может.

16. Перспективы развития вычислительных средств

Появление новых поколений ЭВМ обусловлено расширением сферы их применения, требующей более производительной, дешевой и надежной вычислительной техники. В настоящее время стремление к реализации новых потребительских свойств ЭВМ стимулирует работы по созданию машин пятого и последующего поколений. Вычислительные средства пятого поколения, кроме более высокой производительности и надежности при более низкой стоимости, обеспечиваемых новейшими электронными технологиями, должны удовлетворять качественно новым функциональным требованиям:

• работать с базами знаний в различных предметных областях и организовывать на их основе системы искусственного интеллекта;

• обеспечивать простоту применения ЭВМ путем реализации эффективных систем ввода-вывода информации голосом, диалоговой обработки информации с использованием естественных языков, устройств распознавания речи и изображения;

• упрощать процесс создания программных средств путем автоматизации синтеза программ.

Развитие вычислительной техники с высоким параллелизмом во многом определяется элементной базой, степенью развития параллельного программного обеспечения и методологией распараллеливания алгоритмов решаемых задач.

Наряду с развитием архитектурных и системотехнических решений ведутся работы по совершенствованию технологий производства интегральных схем и по созданию принципиально новых элементных баз, основанных на оптоэлектронных и оптических принципах.

В плане создания принципиально новых архитектур вычислительных средств большое внимание уделяется проектам нейрокомпьютеров, базирующихся на понятии нейронной сети (структуры на формальных нейронах), моделирующей основные свойства реальных нейронов. В случае применения био- или опто-элементов могут быть созданы соответственно биологические или оптические нейрокомпыотеры. Многие исследователи считают, что в следующем веке нейрокомпьютсры в значительной степени вытеснят современные ЭВМ, используемые для решения трудноформализуемых задач. Последние достижения в микроэлектронике и разработка элементной базы на основе биотехнологий дают возможность прогнозировать создание биокомпыотеров.

Важным направлением развития вычислительных средств пятого и последующих поколений является интеллектуализация ЭВМ, связанная с наделением ее элементами интеллекта, интеллектуализацией интерфейса с пользователем и др. Работа в данном направлении, затрагивая, в первую очередь, программное обеспечение, потребует и создания ЭВМ определенной архитектуры, используемых в системах управления базами знаний, — компьютеров баз знаний, а так же других подклассов ЭВМ. При этом ЭВМ должна обладать способностью к обучению, производить ассоциативную обработку информации и вести интеллектуальный диалог при решении конкретных задач.

17. Классификация программного обеспечения.

Условно, программное обеспечение можно разделить на два крупных блока: 1.Системное программное обеспечение. Сюда относятся программы, обеспечивающие выполнение общих для всех программ технических задач, взаимодействие с аппаратурой. а) Ядро операционной системы. Функции этих программ, данных и библиотек функций — управление выполнением программ, оперативной памятью, обеспечение взаимодействия программ. б) Системные библиотеки функций. Сюда входят библиотеки и программы, обеспечивающие работу с устройствами внешней памяти (файловые системы), устройств ввода/вывода" (обеспечение интерфейса с пользователем) и др.. В большинстве современных ОС в ядро или важные системные библиотеки также входят библиотеки для работы с сетями. в) Драйверы. Программное обеспечение, разрабатываемое поставщиками аппаратных средств и в операционной системе управляющее нестандартными (не предусмотренными при разработке ОС) устройствами. Драйвер обеспечивает выполнение стандартных для класса устройств функций, что позволяет разрабатывать новые, более совершенные устройства и применять их без принципиальных модификаций. г) Утилиты. Небольшие программы, реализующие частные технические задачи по обслуживанию компьютера: архивирование, контроль состояния устройств внешней памяти, поиск нужных файлов и пр. 2. Прикладное программное обеспечение. Сюда относятся программные комплексы, обеспечивающие выполнение различных прикладных задач, т. е. выполнение фактических задач пользователей. Множество таких программ и комплексов огромно и исчерпывающей классификации не поддается. Среди таких комплексов можно выделить несколько часто используемых видов: а) Офисные пакеты. Комплексы программ, решающих основные задачи делопроизводства: подготовку документов, выполнение подсчетов, презентации, ведение переписки и организацию работы и др. б) Системы управления базами данных (СУБД), справочные системы и оболочки автоматизированных информационных систем. Эти программы позволяют организовать ввод, хранение и работу с большими объемами специализированных данных. СУБД часто являются общими компонентами, обеспечивающими работу большого количества специализированных комплексов. в) Программы обработки графической информации. Крупный класс программ, целью применения которых является формирование какого-либо изображения. Среди них можно упомянуть программы обработки фотоизображений, издательские комплексы, системы подготовки реалистичных трехмерных изображений и многие другие. г) Среды разработки. Программные комплексы, включающие специализированные текстовые редакторы, трансляторы, средства отладки и контроля за исполнением программ, средства разработки дополнительных элементов программ, библиотеки компонентов и многие другие средства, используемые профессиональными разработчиками системного и прикладного программного обеспечения.

18. Назначение и состав операционной системы. Виды операционных систем и их характеристики.

Операционная система (ОС) управляет компьютером, запускает программы, обеспечивает защиту данных, выполняет различные сервисные функции по запросам пользователей и программ. Каждая программа пользуется услугами ОС, а потому может работать только под управлением той ОС, которая обеспечивает для нее эти услуги. Типы ОС. На компьютерах типа ІВМ РС. используемых в качестве рабочих мест пользователей, чаще всего применяются следующие операционные системы:операционная система MS-DOS фирмы Microsoft или совмести¬мые с ней операционные системы - РС DOS фирмы IВМ и Novell DOS фирмы Novell и др; операционная система Windows фирмы Microsoft точнее, Windows версий 3.1 или 3.11; операционные системы Windows 95 и Windows NT (версии 3,51 и 4.0) фирмы Microsoft; операционная система OS 3.0\Waгр фирмы IВМ. Каждая Ос состоит из 3-х обязательных частей:

Ядро, командный интерпретатор, «переводчик» с программного языка на «железный», язык машинных кодов;

Специализированные программки для управления различными устройствами, входящими в состав компьютера, они называются драйвера;

Удобная оболочка, с которой общается пользователь - интерфейс.

ОС делятся на однозадачные (выполняют в одно и то же время не более одной задачи) и многозадачные (способные управляться с несколькими процессами)

Типы ОС

По реализации интерфейса пользователя различают: не графические и графические ОС.

Неграфические ОС реализуют интерфейс командной строки. Основным устройством управления в данном случае является клавиатура. Управляющие команды вводятся в поле командной строки, где их можно редактировать. Исполнение команды начинается после ее подтверждения (нажантия клавиши Enter).

Графические ОС реализуют более сложный тип интерфейса, в котором в качестве органа управления, кроме клавиатуры, может использоваться мышь или иное устройство позиционирования. Работа с гарфической ОС основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов.

Операционная система (ОС) - комплекс системных и управляющих программ, предназначенных для наиболее эффективного использования всех ресурсов вычислительной системы (ВС) (Вычислительная система - взаимосвязанная совокупность аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для обработки информации) и удобства работы с ней. В соответствии с условиями применения различают три режима ОС: пакетной обработки, разделения времени и реального времени. В режиме пакетной обработки ОС последовательно выполняет собранные в пакет задания. В этом режиме пользователь не имеет контакта с ЭВМ, получая лишь результаты вычислений. В режиме разделения времени ОС одновременно выполняет несколько задач, допуская обращение каждого пользователя к ЭВМ. В режиме реального времени ОС обеспечивает управление объектами в соответствии с принимаемыми входными сигналами. Время отклика ЭВМ с ОС реального времени на возмущающее воздействие должно быть минимальным.

19. Прикладное программное обеспечение и его характеристика.

Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания. Поскольку между прикладным программным обеспечением и системным существует непосредственная взаимосвязь (первое опирается на второе), то можно утверждать, что универсальность вычислительной системы, доступность прикладного программного обеспечения и широта функциональных возможностей компьютера напрямую зависят от типа используемой операционной системы, от того, какие системные средства содержат ее ядро, как она обеспечивает взаимодействие компонентов триединого комплекса человек - программы - оборудование. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ: 1)Текстовые редакторы. Основные функции этого класса прикладных программ заключаются в вводе и редактировании текстов. Дополнительные функции состоят в автоматизации процессов ввода и редактирования. С этого класса прикладных программ обычно начинают знакомство с программным обеспечением и на нем отрабатываются первичные навыки взаимодействия с компьютерной системой. 2)Текстовые процессоры. Основное отличие текстовых процессоров от текстовых редакторов в том, что они позволяют не только вводить и редактировать тексты, но и форматировать их, то есть оформлять. Соответственно, к основным средствам текстовых процессоров относятся средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, составляющих итоговый документ, а к дополнительным - средства автоматизации процесса форматирования.

Современный стиль работы с документами подразумевает два альтернативных подхода: работу с бумажными документами и работу с электронными документами (по безбумажной технологии). Поэтому, говоря о форматировании документов средствами текстовых процессоров, надо иметь ввиду два принципиально разных направления:

" форматирование документов, предназначенных для печати;

" форматирование документов, предназначенных для отображения на экране.

Приемы и методы в этих случаях существенно различаются. Соответственно, различаются и текстовые процессоры, хотя многие из них успешно сочетают оба подхода. 3)Графические редакторы. Это обширный класс программ, предназначенных для создания (или) обработки графических изображений. В данном классе различают следующие категории: растровые редакторы, векторные редакторы, программные средства для создания и обработки трехмерной графики (3D-редакторы).

Растровые редакторы применяют, когда графический объект представлен в виде комбинации точек, образующих растр и обладающих свойствами яркости и цвета. Такой подход эффективен, если графическое изображение имеет много полутонов и информация о цвете элементов, составляющих объект, важнее, чем информация об их форме. Это характерно для фотографических и полиграфических изображений, При подготовке печатных изданий растровые редакторы применяют для обработки изображений, их ретуши, создания фотоэффектов и художественных композиций (коллажей). Векторные редакторы отличаются от растровых способом представления данных об изображении. Элементарным объектом векторного изображения является не точка, а линия. Такой подход характерен для чертежно-графических работ, в которых форма линий имеет большее значение, чем информация о цвете отдельных точек, составляющих ее. В векторных редакторах каждая линия рассматривается как математическая кривая и, соответственно, представляется не комбинацией точек, а математической формулой.

20. Характеристика семейства операционных систем ОС Windows. Состав и назначение компонент.

Microsoft Windows— семейство собственнических операционных систем компании Майкрософт (Microsoft).

Обычно все версии Windows делят на несколько «групп».

Семейство Windows 9x. Семейство ОС, разработанных специально для процессоров с 32-битной архитектурой, на рынке позиционировались как 32-разрядные ОС, однако в составе данных продуктов присутствовало некоторое количество 16-битного кода. В состав программных продуктов Windows 9x входила ОС MS-DOS. Windows 95 4.00.950 поставлялась с MS-DOS 7.0, а последующие версии Windows 9x с MS-DOS 7.10 с поддержкой FAT32. При настройках системы по умолчанию сразу после загрузки MS-DOS загружалось ядро Windows, однако эту автозагрузку можно было отключить. Кроме того, MS-DOS 7.x в ряде случаев сообщала о себе, как о Windows 9x. И то, и другое было сделано из маркетинговых соображений. После загрузки MS-DOS загружались 16-разрядные компоненты Windows, аналогичные предыдущим версиям Windows, и в последнюю очередь — 32-разрядные компоненты. Собственно 32-х разрядное ядро было усовершенствованным ядром Windows 3.1/3.11, работающим в расширенном режиме. В отличие от Windows 3.11 в Windows 9x по умолчанию используется 32-разрядный доступ к файлам, что позволяет данным ОС работать с жестким диском без использования ядра MS-DOS. Таким образом, считается, что при работе приложений Windows Windows 9x как правило не использует ядро MS-DOS для работы с оборудованием, роль ядра MS-DOS сводится в основном к загрузке ядра Windows и запуску приложений MS-DOS.

Семейство Windows NT. Операционные системы этого семейства работали на процессорах с архитектурой IA-32 и некоторых RISC-процессорах: Alpha, MIPS, Power PC (до версии 2000, которая вышла только в версии для IA-32). Windows NT являются полностью 32-битными операционными системами, и, в отличие от версий 1.0—3.x и 9x, не нуждаются в поддержке со стороны MS-DOS. Только в этом семействе представлены операционные системы для серверов. В основу семейства Windows NT положено разделение адресных пространств между процессами. Каждый процесс имеет возможность работать с выделенной ему памятью. Однако он не имеет прав для записи в память других процессов, драйверов и системного кода.

27. Файловая система

Папки и файлы (тип файла, имя файла). Файловая система. Основные операции с файлами в операционной системе Файл. Все программы и данные хранятся в долговременной (внешней) памяти компьютера в виде файлов. Файл — это определенное количество информации (программа или данные), имеющее имя и хранящееся в долговременной (внешней) памяти. Имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой: собственно имя файла и расширение, определяющее его тип (программа, данные и т. д.). Собственно имя файлу дает пользователь, а тип файла обычно задается программой автоматически при его создании. В различных операционных системах существуют различные форматы имен файлов. В операционной системе MS-DOS собственно имя файла должно содержать не более восьми букв латинского алфавита и цифр, а расширение состоит из трех латинских букв, например: proba.txt В операционной системе Windows имя файла может иметь до 255 символов, причем допускается использование русского алфавита, например: Единицы измерения информации.doc Файловая система. На каждом носителе информации (гибком, жестком или лазерном диске) может храниться большое количество файлов. Порядок хранения файлов на диске определяется установленной файловой системой. Для дисков с небольшим количеством файлов (до нескольких десятков) удобно применять одноуроене-вую файловую систему, когда каталог (оглавление диска) представляет собой линейную последовательность имен файлов. Если на диске хранятся сотни и тысячи файлов, то для удобства поиска файлы организуются в многоуровневую иерархическую файловую систему, которая имеет УдревовиднуюФ структуру. Начальный, корневой, каталог содержит вложенные каталоги 1-го уровня, в свою очередь, в каждом из них бывают вложенные каталоги 2-го уровня и т. д. Необходимо отметить, что в каталогах всех уровней могут храниться и файлы. Операции над файлами. В процессе работы на компьютере над файлами чаще всего производятся следующие операции: копирование (копия файла помещается в другой каталог); перемещение (сам файл перемещается в другой каталог); удаление (запись о файле удаляется из каталога); переименование (изменяется имя файла). Графическое представление файловой системы. Иерархическая файловая система MS-DOS, содержащая каталоги и файлы, представлена в операционной системе Windows с помощью графического интерфейса в форме иерархической системы папок и документов. Папка в Windows является аналогом каталога MS-DOS. Однако иерархические структуры этих систем несколько различаются. В иерархической файловой системе MS-DOS вершиной иерархии объектов является корневой каталог диска, который можно сравнить со стволом дерева — на нем растут ветки (подкаталоги), а на ветках располагаются листья (файлы).

32. Стандартные приложения windows

В состав Windows входит ряд стандартных приложений, которые обычно устанавливаются во время инсталляции операционной системы. К этим приложениям относятся встроенный текстовый редактор WordPad, графический редактор Paint, калькулятор Cаlc.