1. Информация и ее свойства. Предмет и задачи дисциплины «Информатика».

В переводе с англ. Разъяснение, изложение. 3-и подхода к толкованию понятия инф-ии: 1. Кол-венн-информационный. Связан амер. Учен. Меннон. Инф-ция – мера неопределенности (энтропия) события. Кол-во инф-ции зависит от вероятности его наступления: чем более вероятным явл-ся событие, тем меньше инф-ции содержится в нем. Этот подход стал основой измерения инф-ции. 2. Инф-ция – св-во материи. Инф-цию содержат любые сообщения, воспринимаемые человеком или приборама. Инф-ция вне материи не сущ-ет. 3. Логико-симантический. Инф-ция – действующая полезная работающая часть знаний. Инф-ция – сведения об объектах и явлениях окр. мира, уменьшающие степень неопределенности знаний о них. Сведения – форма представления инф-ции: речь, текст, рисунок, цифровые данные и т.д. Инф-ция – продукт взаимодействия данных и адекватных им методов. Св-ва инф-ции: 1. Объективность и субъективность. С одной стороны объективные данные, а с другой – объектиные данные подвергаются обработке субъективными методами. 2. Актуальность– степень соответствия инф-ции текущему моменту времени. 3. Доступность – хар-ет возможность ее получения. Доступны и данные и методы их обработки. 4. Достоверность - 5. Полнота – хар-ет кол-во инф-ции и ее достаточность для принятия решения. 6. Адекватность – хар-ет степень ее соответствия реальному событию. Предметы и задачи информатики Информатика – техническая наука систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи, данных средствами выч. тех., а так же принципы функционирования этих средств и методы управления ими. Предметом информатики явл-ся аппаратные средства, программные средства выч. тех., средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения (аппаратно-программный интерфейс), средства взаимодействия человека с аппарат. и програм. средствами ( пользовательский интерфейc)

2. Данные. Носители данных. Операции с данными. Представление данных в ЭВМ. Кодирование данных.

Д анные. Нас окружают физические тела и поля. Все физ. Тела нах-ся в движ-ии. При этом происходит энергообмен и переход из одной формы в другую. Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигнала, т.е. все сигналы имеют в своей основе материальную энергетическую природу. Эти сигналы воздействуют на др. физические тела, изменяя их св-ва. Это явл-е наз. регистрацией сигнала. Такие изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать иными способами. Данные – зарегистрированные сигналы. Информацией яыл-ся используемые данные. Физический метод регистрации может быть любым: 1. Измерение формы или пар-ров качества пов-ти 2. Изменение электрических, магнитных, оптических хар-ик, химического сос-ва 3. Изменение сост-ия электр-ой схемы. Носитель данных: 1. Бумага. На бумаге данные регистрируются путем изменения оптических хар-ик поверхности. 2. CD-ROM. Регистрируются путем изменения оптических св-в. 3. Магнитные ленты и диски. Регистрация путем изм-ия магн-ых св-в 4. Фотография – изменением хим. состава поверхности . Св-ва носителя: 1: Регистрирующая способность – кол-во данных, записанных принятой для носителя единицей измерения. 2. Динамический диапазон – логарифмическое отношение интенсивности амплитуды max и min регистрируемого сигнала. Достоверность. Визуальный эффект от просмотра слайда в проекторе намного больше, чем просмотр иллюстрации, напечатанной на бумаге. Диапазон яркости сигналов в проходящем свете на 2-3 порядка больше, чем в отраженном. Операции с данными. 1. Сбор данных – накопление инф-ции с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решения. 2. Формализация данных – приведение данных, поступающих из разных источников к одной форме. 3 Фильтрация данных – отсеивание лишних данных, в которых нет необходимости для принятия решения. 4. Сортировка данных 5. Архивация данных 6. Транспортировка данных Форма представления данных 1 байт = 8 бит, 2⁸ = 256 значений Перевод из двоичной в десятичную: 1010₂=0*2⁰ + 1*2¹ + 0*2² + 1*2³ = 10₁₀ Перевод из десятичной в двоичную: 67|2 66|33|2 1 32|16|2 1 16|8|2 0 8|4|2 0 4|2|2 0 2|1 0 67₁₀ = 1000011₂ Единицы определения объема данных: 1 Кб = 2¹⁰ байт = 1024 байт 1 Мб = 2¹⁰ байт = 1024 Кб 1 Гб = 2³⁰ байт = 1024 Мб 1 терабайт = 2⁴⁰ байт = 1024 Гбайт 1 страница – 2500 символов 1 Мб – 400 страниц UNICOD – универсальная сис-ма кодирования текстовых данных Кодирование текстовой информации ASCII. Каждый символ имеет свой порядковый код. 256 символов Кодирование графической инф-ции 2 подхода к кодированию графических данных: растровый и векторный Растровый - экран в виде матрицы точек Разрешение изображения: n_x – кол-во точек по горизонтали n_y – кол-во точек по вертикали n_x * n_y 640 * 480, 800 * 600, 1024 * 768, 1280 * 1024 1 бит: 0 – черный, 1 – белый. 256 градаций серого – 1 байт 1. RGB (Red, Green, Blue) – 3 байта = 24 бита 2. CMY (голубой, пурпурный, желтый) – 3 байта 3 CMYK (К – черный) – 4 байта 4 Индексное кодирование, 1 байт – 256 цветов. Таблица цветов (политра), цвет по номеру ( индекс) Векторная - линии задаются формулами Кодирование звуковой инф-ции: звуковой сигнал можно представить в виде непрерывной волны, изменяющейся амплитудой и частотой. АЦП – аналого-цифровой преобразователь ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь Дискретизация – процесс получения значения величины преобразуемого сигнала в определенные промежутки времени. Квантование – процесс замены реальных значений сигнала приближенными с определенной точностью

3. ЭВМ. Программное управление ЭВМ. Классификации ЭВМ.

ЭВМ или компьютер – электронное устр-во используемое для автоматизации процессов приема, хранения, обработки и передачи инф-ции, которые осуществляются по заранее разработанным человеком программам. Джон Фон Нейман, принципы создания компьютера: 1. Двоичная система счисления 2. Программа должна размещаться в запоминающем устройстве 3. Программы, так же как и числа записываются в двоичном коде 4. В машине используется параллельный принцип организации вычислительного процесс Программное управление ЭВМ Решение задач на ЭВМ реализуется программным способом, т.е. путем вычисления последовательно во времени отдельных операций над инф-ией предусмотренных алгоритмом вычисления задач. Машинная программа – послед-ть команд на язык вычислительной машины Машинная команда – элементарная инструкция в машине, выполняемая автоматически без каких либо дополнительных указаний и пояснений. Классификация ЭВМ 1. По этапам создания 50-е годы – электронно-вакуумные машины, числа вводились с перфокарты. В 34 использовались магнитные барабаны и ультразвуковые линии задержки. Тактовая частота 10-100 кГц. Скорость обработки данных 5 -30 тыс. опер/сек. 1951г. МЭСМ, 1952г. БЭСМ – 8 тыс. опер/сек «Стрела» - ЭВМ на транзисторных элементах - ОЗУ ( магнитные, ферритовые кольцевые сердечники) - АЦПУ (алфавитно-цифровое печатающее устройство) Дисковые запоминающие устройства 25 дюйма, 2,54 см, 5 МВ Появились алгоритмические языки. МИНСК-22, МИНСК-32, БЭСМ-4, БЭСМ-6 1970-е годы - интегральные схемы с малой и средней степенью интеграции, до 5 млн. операций IBM 360, ЕС 1010, ЕС 1020 ЭВМ на больших интегральных схемах переход на микропроцессоры. В 1971 г. – первый микропроцессор, Intel 4004 – 4-x разрядный, 60 тыс. опер/сек 1978 г. – 8086 – 16 разрядный, 4 МГц 1977 г. – Apple-2 ЭВМ с многими десятками параллельно работающими микропроцессорами 6-е поколение: ЭВМ с нейтронной структурой 2. По назначению: универсальные машины, проблемно ориентированные ЭВМ (управл. технологическим процессом), специализированные ЭВМ (бортовые) 3. По размеру: большие ЭВМ, мини ЭВМ, микро ЭВМ, персональные 4. По стандарту: массовые, деловые, портативные, рабочие станции, развлекательные.

4. Архитектура персонального компьютера. Магистрально-модульный принцип по­строения компьютера.

Архитектура определяет состав, назначение, логическую организацию и порядок взаимодействия всех аппаратных и программных средств, объединенных в единую вычислительную систему. Одинаковая архитектура разных компьютеров обеспечивает их совместимость. Составляющие архитектуры ПК: 1. Аппаратные средства: - структура ПК - процессор - память - периферийные устройства 2. Логика взаимодействия аппаратных и программных средств: - система команд - формат данных - система адресации 3. Программные средства: - системное ПО - инструментарное ПО - прикладные программы Магистрально-модульный принцип позволяет выбрать, расширить и модернизировать конфигурацию. Состав выч. системы наз-ся конфигурацией.

5. Структура персонального компьютера, его основные характеристики и состав.

Структуру определяет набор устройств, входящих в состав компьютера Аппаратные средства ПК: Минимальный набор аппаратных средств, без которых невозможен запуск и работа ПК определяет его базовую конфигурацию. Системный блок, монитор, клавиатура, мышь. Структура персонального компьютера

Структурная схема ПК:

Микропроцессор (МП). Это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

Системная шина. Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

-  между микропроцессором и основной памятью;

-  между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;

-  между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Не блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: Непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шины осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему- контроллер шины, формирующий основные сигналы управления.

Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя).

ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных) , непосредственно участвующей в информационно - вычислительном -процессе , выполняемом ПК в текущий период времени . Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке) . В качестве недостатка ОЗУ следует отменить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины ( энергозависимость).

Внешняя память. Она относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными, имеющимися практически на любом компьютере, являются накопители на жестких (HDD) и гибких (HD) магнитных дисках.

Назначение этих накопителей - хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. В качестве устройств внешней памяти используются также запоминающие устройства на  магнитной дискете, накопители на оптических дисках (CD-ROM-Compact Disk Read Only, DVD, Memory-компакт-диск с памятью, только читаемой) и др.

Источник питания. Это блок, содержащий системы автономного и сетевого энергопитания ПК.

Таймер. Это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономному источнику питания - аккумулятору и при отключение машины от сети продолжает работать.

Внешние устройства (ВУ). Это важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса. Достаточно сказать, что по стоимости ВУ иногда составляют 50-80% всего ПК. ОТ состава и характеристик ВУ во многом зависят возможность и эффективность применения ПК в системах управления и в народном хозяйстве в целом.

ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой пользователями, объектами управления и другими ЭВМ. ВУ весьма разнообразны и могут быть классифицированы по ряду признаков. Так, по назначению можно выделить следующие виды ВУ:

-  внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК;

-  диалоговые средства пользователя;

-  устройства ввода информации;

-  устройства вывода информации;

-  средства связи и телекоммуникации.

Видеомонитор (дисплей) - устройство для отображения вводимой и выводимой из ПК информации.

Устройства речевого ввода - это различные микрофонные акустические системы, "звуковые мыши", например, со сложным программным обеспечением, позволяющим распознавать произносимые человеком буквы и слова, идентифицировать их и закодировать.

Устройства речевого вывода - это различные синтезаторы звука, выполняющие преобразования цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через динамики или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру.

К устройствам ввода информации относятся:

клавиатура - устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК;

графические планшеты (диджитайзеры) -для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера ); при перемещении пера автоматически выполняются считывание координат его местоположения и ввод этих координат в ПК;

сканеры - для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей; в устройстве кодирования сканера в текстовом режиме считанные символы после сравнения с эталонными контурами специальными программами преобразуются в коды ASCII, а в графическом режиме считанные графики и чертежи преобразуются в последовательности двухмерных координат;

манипуляторы (устройства указания): джойстик- рычаг, мышь, трекбол-шар в оправе, световое перо и др. - для ввода графической информации

на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК;

сенсорные экраны - для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК.

К устройствам вывода информации относятся:

Принтеры - печатающие устройства для регистрации информации на бумажный носитель;

графопостроители (плоттеры) - для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель; плоттеры бывают векторные с вычерчиванием изображения с помощью пера и растровые: термографические, электростатические, струйные и лазерные. По конструкции плоттеры подразделяются на планшетные и барабанные. Основные характеристики всех плоттеров примерно одинаковые: скорость вычерчивания-100-1000 мм/с, у лучших моделей возможны цветное изображение и передача полутонов; наибольшая разрешающая способность и четкость изображения у лазерных плоттеров, но они самые дорогие. Устройства связи и телекоммуникации для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, "стыки", мультиплексоры передачи данных, модемы). Характеристики – быстродействие, производительность, тактовая частота. Быстродействие это число команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду. Сравнение по быстродействию различных типов ЭВМ, не обеспечивает достоверных оценок. Очень часто вместо характеристики быстродействия используют связанную с ней характеристику производительность. Производительность это объем работ, осуществляемых ЭВМ в единицу времени.

6. Запоминающие устройства (основная и внешняя память ПК) и их сравнительные характеристики

Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя).

ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных) , непосредственно участвующей в информационно - вычислительном -процессе , выполняемом ПК в текущий период времени . Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке) . В качестве недостатка ОЗУ следует отменить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины ( энергозависимость).

Внешняя память. Она относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными, имеющимися практически на любом компьютере, являются накопители на жестких (HDD) и гибких (HD) магнитных дисках.

Назначение этих накопителей - хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. В качестве устройств внешней памяти используются также запоминающие устройства на  магнитной дискете, накопители на оптических дисках (CD-ROM-Compact Disk Read Only, DVD, Memory-компакт-диск с памятью, только читаемой) и др.

Источник питания. Это блок, содержащий системы автономного и сетевого энергопитания ПК.

7. Устройства ввода-вывода данных. Их разновидности и основные характеристи­ки.

К устройствам вывода информации относятся:

Монитор (дисплей) - устройство для отображения вводимой и выводимой из ПК информации.

А) с ЭЛТ 17”, 21” частота 85-100Гц ТСО-99 – безопасность Б) ЖК Недостаток: контрастность ЭЛТ 17” – 0,24 мм ЖК 17” 0,28 мм. Глубина цвета: ЖК - 16 бит, ЭЛТ - 32 бита Разрешение: 17” 1024*768 Принтеры - печатающие устройства для регистрации информации на бумажный носитель; 1. Ширина каретки: А4, А3, А2 2. Разрешение при печати - dpi (число точек печатаемых на 1 дюйм) По принципу действия: точечно-матричные, струйные, лазерные 1. Точечно-матричные: скорость 180-00 символов/сек, 360 * 360 точек/сек. до 48 иголок. 2. Струйные: цветные и чернобелые 3600*1200 точек – фото принтер. 3. Лазерный: Элементы: - источник света (лазер) - светочувствительный барабан (фото барабан) - красящий порошок (тоне) - блок термического закрепления тонера. Устройства речевого вывода - это различные синтезаторы звука, выполняющие преобразования цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через динамики или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру.

К устройствам ввода информации относятся:

клавиатура - устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК;

графические планшеты (диджитайзеры) -для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера ); при перемещении пера автоматически выполняются считывание координат его местоположения и ввод этих координат в ПК;

сканеры - для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей; в устройстве кодирования сканера в текстовом режиме считанные символы после сравнения с эталонными контурами специальными программами преобразуются в коды ASCII, а в графическом режиме считанные графики и чертежи преобразуются в последовательности двухмерных координат;

манипуляторы (устройства указания): джойстик- рычаг, мышь, трекбол-шар в оправе, световое перо и др. - для ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК;

сенсорные экраны - для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК. Устройства речевого ввода - это различные микрофонные акустические системы, "звуковые мыши", например, со сложным программным обеспечением, позволяющим распознавать произносимые человеком буквы и слова, идентифицировать их и закодировать.

8. Программное обеспечение ПК. Классификация прикладных программ, утилит.

Программное обеспечение – это совокупность программ регулярного применения, необходимых для решения задач пользователя, и программ, позволяющих наиболее эффективно использовать вычислительную технику Всевозможные программы, которых, видимо, насчитывается уже сотни тысяч для ПК, можно разделить на несколько классов в зависимости от назначения: 1.      Системные программы выполняют вспомогательные функции, предоставляют пользователю услуги по работе с ресурсами компьютера; 2.      Прикладные программы обеспечивают выполнение необходимых пользователю работ на ЭВМ; 3.     системы программирования – это комплекс инструментальных и программных средств, предназначенных для работы с программами на языке программирования. Системы программирования предоставляют сервисные возможности программистам для разработки их собственных программ.

Системные программы

1.      Операционные системы – комплекс программ, которые осуществляют диалог с пользователем и обеспечивают управление ресурсами компьютера, а также запускают другие программы на выполнение. 

Примеры операционных систем: MS DOS, Windows 95/98, Windows NT/2000, Windows XP, Novell Netware, Unix, OS/2, Linux.

2.      Сервисные программы предназначены для обеспечения эффективного взаимодействия пользователя и ПК, они выполняют посреднические функции между пользователем и ОС:

-  интерфейсные оболочки. Графический интерфейс пользователя – система удобного общения пользователя с ПК -         оболочки ОС реализуют наиболее «дружественный» интерфейс с пользователем.

-         драйверы – специальные программы для управления внешними устройствами (драйвер клавиатуры, мыши, принтера, модема).

-         утилиты – программы вспомогательного назначения, к ним относят: -        Программы-упаковщики - сжимают информацию на дисках ( ZIP, RAR).

-     Программы создания резервных копий диска - это программы резервного копирования на стример или дискеты, например Backup, FastBack

-      Антивирусные программы - для предотвращения заражения компьютера вирусами и ликвидации последствий заражения.

-        Коммуникационные программы - для организации обмена информацией между компьютерами и связи компьютеров по телефонной сети.

-        Программы диагностики компьютера - проверяют конфигурацию компьютера и работоспособность всех устройств.

-        Программы для оптимизации дисков - обеспечивают более быстрый доступ к информации на диске за счет оптимизации (дефрагментации) размещения данных на диске.

-        Программы динамического сжатия дисков - увеличивают количество информации, хранимой на дисках путем ее динамического сжатия. Stacker, DoubleSpace, SuperStor.

Системное программное обеспечение является неотъемлемой частью компьютера, без которого невозможно его функционирование. На рис. представлена структура системного программного обеспечения - базового программного обеспечения, которое, как правило, поставляется вместе с компьютером, и сервисного программного обеспечения, которое может быть приобретено дополнительно.

Прикладные программы

Прикладное программное обеспечение служит для решения конкретных практических задач пользователя. Данный класс программных средств используется во всех сферах деятельности человека. 1.           общего назначения (текстовые редакторы, СУБД, графические системы, интегрированные системы);

2.           Специального назначения (экспертные системы, мультимедиа, авторские системы);

3.           Профессионального уровня (АРМ, САПР, АСНИ, АСУ, пед. комплексы). Прикладное программное обеспечение: - Текстовые процессоры - Табличные процессоры - Базы данных (БД) или системы управления базами данных (СУБД) - Графические редакторы - Средства презентационной графики - Средства электронных коммуникаций - Справочники и энциклопедии - Обучающие программы - Издательские системы - Переводчики с иностранного языка - Системы автоматизированного проектирования (САПР)  - Бухгалтерские, финансовые и др. - Системы оптического распознавания текста.

Инструментальные программные средства (системы программирования)

Предназначены для эффективной разработки и отладки ПО. К ним относят:

-         трансляторы (компиляторы) преобразуют программу, написанную на алгоритмическом языке в объектную программу на языке машины (двоичные коды).

-         загрузчики – преобразуют программу и объединяют воедино отдельно скомпилированные модули;

-         текстовые редакторы – средства для написания программ;

-         средства отладки предназначены для контроля и отладки программ

При программирования используются: машинно-ориентированный язык Assembler, процедурно-ориентированные языки высокого уровня (Basic, Pascal, Delphi, Си, Java), проблемно-ориентированные языки (Dbase, Prolog,Algol).