![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Информатика теоретические основы информатики
- •Курс: информатика
- •Оглавление
- •Дидактический план
- •Тематический обзор
- •1. Информатика как наука и как вид практической деятельности
- •1.1. Основные понятия информатики. Информационный ресурс
- •1.1.1. Объект и предмет информатики
- •1.1.2. Структура современной информатики
- •1.1.3. Информационные ресурсы
- •1.2. История развития информатики
- •1.3. Место информатики в ряду других фундаментальных наук
- •1.4. Информационные технологии
- •1.5. Социально-экономические аспекты информационных технологий
- •1.6. Правовые и этические аспекты информационных технологий
- •2. Информация
- •2.1. Понятие информации. Носители информации. Сигналы
- •2.2. Измерение информации. Энтропия. Количество информации
- •2.2.1. Структурная мера информации
- •2.2.2. Статистическая мера информации
- •2.2.3. Семантическая мера информации
- •2.3. Свойства информации
- •3. Теоретические аспекты обработки информации
- •3.1. Абстрактные автоматы и понятие алгоритма. Программное управление
- •3.1.1. Понятие алгоритма
- •3.1.2. Формализация алгоритма. Абстрактные автоматы
- •3.2. Обработка аналоговой и цифровой информации. Кодирование информации
- •3.3. Системы счисления. Методы перевода чисел из одной системы счисления в другую
- •3.3.1. Основные понятия
- •Некоторые системы счисления
- •3.3.2. Двоичная система счисления
- •3.3.3. Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления
- •Соответствие чисел в различных системах счисления
- •3.4. Устройства обработки информации и их характеристики
- •3.4.1. Краткая история развития устройств обработки информации
- •3.4.2. Классическая архитектура эвм
- •3.4.3. Характеристика основных блоков эвм
- •3.4.4. Основной цикл работы эвм
- •3.4.5. Накопители информации
- •3.4.6. Внешние устройства эвм
- •4. Автоматизированные информационные системы (аис)
- •4.1. Классификация аис
- •4.2. Информационный процесс в автоматизированных системах. Фазы информационного цикла и их модели
- •4.2.1. Этапы информационного процесса в аис
- •4.2.2. Сбор и преобразование информации
- •4.2.3. Передача информации
- •4.2.4. Обработка информации
- •Задания для самостоятельной работы
- •1. В следующей таблице в правом столбце запишите, что означают аббревиатуры, приведенные в левом столбце:
- •2. Сгруппируйте нижеперечисленные аис следующим образом:
- •3. Преобразуйте аналоговый сигнал X(t) в двоичный вид:
- •4. Вставьте в текст пропущенные термины:
- •5. Заполните таблицы сложения и умножения в шестеричной системе счисления:
- •6. Вычеркните неверные предложения:
- •9. О чем идет речь?
- •10. Вставьте в текст пропущенные термины:
- •11. О чем идет речь?
- •12. Вставьте пропущенные названия элементов в схеме:
- •13. Вставьте пропущенные названия элементов в схеме:
3.4.2. Классическая архитектура эвм
Основы учения об архитектуре вычислительных машин заложил выдающийся американский математик Джон фон Нейман. Он подключился к созданию первой в мире ламповой ЭВМ ENIAC в 1944 г., когда ее конструкция была уже выбрана. В процессе работы во время многочисленных дискуссий со своими коллегами Г.Голдстайном и А.Берксом фон Нейман высказал идею принципиально новой ЭВМ. В 1946 г. ученые изложили свои принципы построения вычислительных машин в ставшей классической статье “Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства”. С тех пор прошло полвека, но выдвинутые в ней положения сохраняют актуальность и сегодня.
В статье убедительно обосновывается использование двоичной системы для представления чисел (ранее все вычислительные машины хранили обрабатываемые числа в десятичном виде). Авторы убедительно продемонстрировали преимущества двоичной системы для технической реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и логических операций. В дальнейшем ЭВМ стали обрабатывать и нечисловые виды информации – текстовую, графическую, звуковую и другие, но двоичное кодирование данных по-прежнему составляет информационную основу любого современного компьютера.
Еще одной поистине революционной идеей является предложенный Нейманом принцип “хранимой программы”. Первоначально программа задавалась путем установки перемычек на специальной коммутационной панели. Это было весьма трудоемким занятием: например, для изменения программы машины ENIAC требовалось несколько дней (в то время как собственно расчет не мог продолжаться более нескольких минут – выходили из строя лампы). Нейман первым догадался, что программа может также храниться в виде набора нулей и единиц, причем в той же самой памяти, что и обрабатываемые ею числа. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений.
Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, которая воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ. Основными блоками, по Нейману, являются устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) (обычно объединяемые в центральный процессор), память, внешняя память, устройства ввода и вывода. Схема устройства такой ЭВМ представлена на рис. 3.7.
Устройство управления и арифметико-логическое устройство в современных компьютерах объединены в один блок – процессор, являющийся преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств (сюда относятся выборка команд из памяти, кодирование и декодирование, выполнение различных, в том числе и арифметических, операций, согласование работы узлов компьютера).
Рис. 3.7. Архитектура ЭВМ, построенной на принципах фон Неймана.
(Сплошные линии со стрелками указывают направление потоков информации, пунктирные – управляющих сигналов от процессора к остальным узлам ЭВМ).
Память (ЗУ) хранит информацию (данные) и программы. Запоминающее устройство у современных компьютеров “многоярусно” и включает оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), хранящее ту информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (исполняемая программа, часть необходимых для нее данных, некоторые управляющие программы), и внешние запоминающие устройства (ВЗУ) гораздо большей емкости, чем ОЗУ, но с существенно более медленным доступом. На ОЗУ и ВЗУ классификация устройств памяти не заканчивается – определенные функции выполняют и СОЗУ (сверхоперативное запоминающее устройство), и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), и другие подвиды компьютерной памяти.
Внешняя память отличается от устройств ввода и вывода тем, что данные в нее заносятся в виде, удобном компьютеру, но недоступном для непосредственного восприятия человеком. Так, накопитель на магнитных дисках относится к внешней памяти, а клавиатура – устройство ввода, дисплей и печать – устройства вывода.
Для построения запоминающих устройств в качестве физических элементов используют электронные схемы, ферритовые магнитные материалы, магнитные ленты и диски, оптические запоминающие элементы и т. д.
В построенной по описанной схеме 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 УУ. Его наличие также является одним из характерных признаков рассматриваемой архитектуры.
Подавляющее большинство вычислительных машин на сегодняшний день – фон-неймановские машины. Исключение составляют лишь отдельные разновидности систем для параллельных вычислений, в которых отсутствует счетчик команд, не реализована классическая концепция переменной и имеются другие существенные принципиальные отличия от классической модели (примерами могут служить потоковая и редукционная вычислительные машины).