Лекция 1. Информация. Общие понятия и определения.
Информация — сведения об окружающем мире, которые повышают уровень осведомленности человека.
К свойствам информации относятся: объективность; достоверность; полнота; актуальность - своевременность; полезность; понятность.
Информационный процесс — процесс, в результате которого осуществляется прием, передача (обмен), преобразование и использование информации.
Информационные революции
Этапы появления средств и методов обработки информации, вызвавшие кардинальные изменения в обществе, определяются как информационные революции.
Первая информационная революция связана с изобретением письменности. Появилась возможность накопления знаний и их передачи последующим поколениям. С позиций информатики это можно оценить как появление средств и методов накопления информации.
Вторая информационная революция (середина XVI века) связана с изобретением книгопечатания. Массовое распространение печатной продукции сделало доступными культурные ценности, открыло возможность самостоятельного и целенаправленного развития личности. С точки зрения информатики, значение этой революции в том, что она выдвинула качественно новый способ хранения информации.
Третья информационная революция (конец XIX века) связана с изобретением электричества, благодаря которому появились телеграф, телефон, радио, позволяющие оперативно передавать и накапливать информацию в любом объеме. Этот этап важен ознаменовал появление средств информационной коммуникации.
Четвертая информационная революция (70-е годы XX столетия) связана с изобретением микропроцессорной технологии и появлением персонального компьютера. Произошел окончательный переход к электронным средствам преобразования информации, что привело к миниатюризации всех узлов, приборов, машин и появлению программно-управляемых устройств и процессов. На микропроцессорах и интегральных схемах создаются компьютеры, компьютерные сети, системы передачи данных (информационные коммуникации) и т. д.
Поколения компьютеров.
1-е поколение (с середины 40-х годов). Элементная база — электронные лампы. ЭВМ отличаются большими габаритами, большим потреблением энергии, малой скоростью действия, низкой надежностью, программирование ведется в кодах.
2-е поколение (с конца 50-х годов). Элементная база — полупроводниковые элементы. По сравнению с ЭВМ предыдущего поколения улучшены все технические характеристики. Для программирования используются алгоритмические языки.
3-е поколение (с середины 60-х годов). Элементная база — интегральные схемы, многослойный печатный монтаж. Резкое снижение габаритов ЭВМ, повышение их надежности, увеличение производительности. Доступ с удаленных терминалов.
4-е поколение (с конца 70-х годов по настоящее время). Элементная база — микропроцессоры, большие интегральные схемы. Улучшены технические характеристики. Массовый выпуск персональных компьютеров. Направления развития — мощные многопроцессорные вычислительные системы с высокой производительностью; создание дешевых ПК. Опытные разработки интеллектуальных компьютеров. Внедрение во все сферы компьютерных сетей и их объединение, распределенная обработка данных, повсеместное использование компьютерных информационных технологий.
Информационное общество – общество, в котором большинство работающих заняты производством, переработкой, продажей и обменом информацией (производство энергии и материальных продуктов – возложено на машины) (в идеале).
Информатизация – процесс, при котором создаются условия, удовлетворяющие потребностям любого человека в получении необходимой информации.
Информационная система.
Система (общее понятие) – множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность (единство). Системный подход – направление методологии научного познания и социальной практики, в основе которого лежит рассмотрение объектов как. Системный анализ – методология решения сложных задач и проблем, основанная на концепции систем
Информационные системы обеспечивают сбор, хранение, обработку, поиск, выдачу информации, помогают анализировать проблемы и создавать новые продукты.
В информационной системе происходят следующие процессы:
ввод информации из внешних или внутренних источников;
преобразование (обработка) входной информации и представление ее в удобном виде;
хранение, как входной информации, так и результатов обработки;
вывод информации для отправки потребителю или в другую систему;
• ввод информации от потребителя через обратную связь.
Информационная система состоит из подсистем:
Информационное обеспечение определяет всю совокупность данных, хранящихся в разных источниках.
Техническое обеспечение состоит из комплекса технических средств, предназначенных для работы информационной системы.
Математическое и программное обеспечение образует совокупность математических моделей, алгоритмов и программ, предназначенных для реализации задач информационной системы.
Организационное обеспечение содержит совокупность документов
Правовое обеспечение представлено правовыми нормами.
Информационная технология – процесс, использующий совокупность средств и методов обработки и передачи первичной информации для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления.
Цель информационной технологии – производство информации для ее последующего анализа и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.
Инструментарий информационной технологии – совокупность программных продуктов (текстовые редакторы, электронные таблицы, СУБД и т.п.), использование которых позволяет достичь поставленную пользователем цель.
Информационная культура – умение целенаправленно работать с информацией и использовать для ее получения, обработки и передачи компьютерную информационную технологию, современные технические средства и методы.
Информатика – область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования и использования информации с помощью компьютеров. Информатика – фундаментальная дисциплина, которая изучает информационные процессы, происходящие в системах различной природы, а также возможность их автоматизации.
Лекция 2. История развития вычислительных машин
Этапы развития вычислительной техники:
механический – абак, счеты, логарифмическая линейка, арифмометры, механические вычислительные машины
электромеханический – создание электромагнитного реле и на его основе табуляторов;
электронный этап – создание диодов (1904г, Джон Флеминг), триодов (1906г., Ли де Форест), реле, триггеров, транзисторов и появление ламповых и транзисторных ЭВМ;
микроэлектронный этап – создание интегральной микросхемы (1958г.) и персональных ЭВМ (1971г. микропроцессор Intel 4004).
1 – механический этап.
Первые машины создавались как вычислительные приспособления. В число их изобретателей входят француз Блез Паскаль (1623-1662), немец Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716) и англичанин Чарльз Бэббидж (1792-1871). В этих машинах данные были представлены различными положениями регистров, причем ввод данных осуществлялся механическим установлением регистров в нужное положение. Выходные данные на машинах Паскаля и Лейбница можно было получить, наблюдая за конечным положением регистров, так же как мы читаем числа на счетчике пройденных километров автомобиля. В отличие от них Бэббидж работал над машиной (названной им Аналитической, 1833г.), которая бы распечатывала полученные значения на бумаге, так чтобы была исключена возможность ошибки при расшифровке результата.
Исследователем, использовавшим идею Жаккарда (ткацкий станок), был Герман Холлерит (1860-1929), который применил способ кодирования информации в виде отверстий на бумажных картах для ускорения процесса составления таблиц во время переписи населения в Америке в 1890 году
2 – электромеханический этап
В 1925 году В.Буш создает первую вычислительную машину на электрических реле. Это был первый шаг в технологии, но не в автоматизации. Управление счетом все еще возлагалось на человека.
Примером прогресса в электронике являются электромеханическая машина Джорджа Стибица, построенная в 1940 году компанией Bell Laboratories, и машина Маrk, собранная Говардом Эйкеном и группой инженеров IВМ в 1944 году в Гарвардском университете.
3 – электронный этап
По-видимому, первой электронной машиной была машина Атанасова-Берри, построенная в период с 1937 по 1941 год в колледже штата Айова Джоном Атанасовым и его ассистентом Клиффордом Бери. Скоро последовали другие, более гибкие машины, такие как ENIAC (электронно-цифровой интегратор и вычислитель), разработанная Джоном Моучли и Проспером Эккертом в Электротехнической школе Мура университета штата Пенсильвания. Она имела в своем составе 18тыс. электронных ламп, потребляла более 100кВт электроэнергии, весила 30т и занимала комнату длиной 30м. Сложение и вычитание производились за 200мкс (в 1000 раз быстрее, чем у Mark), умножение – за 2300мкс.
Компьютер должен иметь (принципы Джона фон Неймана):
Арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции.
Устройство управления, которое организует процесс выполнения программ.
Запоминающее устройство или память для хранения программ и данных.
Внешние устройства для ввода информации.
Первый компьютер, в котором были воплощены принципы Джона фон Неймана, был построен в 1949 году английским исследователем Морисом Уилксом (на транзисторах).
Первая отечественная ЭВМ – МЭСМ (малая электронная машина) была разработана в 1950 году под руководством академика С.А. Лебедева. Она могла обрабатывать 50 операций в секунду и хранить в оперативной памяти 31 число и 63 команды. В СССР в 50-х годах создаются ЭВМ Раздан, Наири, Мир, в которых используются транзисторы.
4 – микроэлектронный этап
В 1958 Джек Колби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов.
В 1959 году Роберт Нойс (будущий основатель фирмы INTEL) изобрел метод, позволяющий создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называть интегральными или чипами.
В 1968 году был выпущен первый компьютер на интегральных схемах.
В 1970 году фирма INTEL сконструировала интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ.
В 1975 году появился первый компьютер, построенный на основе микропроцессора INTEL (Альтаир-8800).
Стив Джобс и Стефан Возняк создали в 1976 году коммерчески жизнеспособный домашний компьютер и основали компанию Аррlе Computer для его производства и продажи.
В августе 1981 года фирмой IBM был представлен настольный компьютер (названный персональным) под названием IBM PC. В нем использовался 16-разрядный микропроцессор INTEL-8088, 1 Мбайт памяти, ОС - DOS. Программное обеспечение для этого компьютера было разработано молодой развивающейся компанией Microsoft.
В СССР в 1967 году была создана БЭСМ-6 с быстродействием 1млн. операций в сек, емкость оперативной памяти – 32 тыс. слов. В 70-х годах выпускаются ЭВМ серии ЕС ЭВМ.
Лекция 3. Архитектура ЭВМ.
Вся информация в памяти ЭВМ хранится в двоичной форме.
Представление чисел.
Перевод из десятичной системы в двоичную:
разделите число на два и запишите остаток от деления. До тех пор, пока частное от деления не равно нулю делите на два и записывайте остаток.
Когда частное станет равным 0, двоичная запись числа будет состоять из остатков деления (0 и 1), выписанных справа налево в том порядке, в каком они были получены.
Перевод из двоичной в десятичную – каждый разряд числа имеет вес, равный двойке в степени номера разряда. Первый справа разряд – нулевой. Умножаем значение каждой цифры двоичного числа на вес разряда и складываем значения.
Представление изображений
В соответствии с методами, применяемыми для их представления, все изображения можно разделить на две категории: растровые и векторные.
Растровое изображение представляет собой набор точек, элементов изображения, которые называются пикселями.
Векторное изображение представляет собой набор линий и дуг. Такое описание заставляет устройство само рисовать изображение, а не воспроизводить комбинацию пикселей.
Представление звука
При наиболее распространенном способе кодирования звуковой информации амплитуда сигнала измеряется через равные промежутки времени (8000 отсчетов в секунду) и записываются полученные значения.
Широко используется и более экономная система кодирования – цифровой интерфейс музыкальных инструментов (MIDI).
Архитектура ЭВМ
Ядро компьютера составляют центральный процессор и память. Процессор – функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. В свою очередь процессор включает арифметико-логическое устройство (АЛУ) и устройство управления. Память — это устройство для хранения информации. Она состоит из оперативного и постоянного запоминающих устройств. В оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), которое часто также называют оперативной памятью (ОП), с диска или дискет копируются (загружаются) программы, которые выполняются в данный момент. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) постоянно хранит информацию, которая записывается туда при изготовлении компьютера.
Устройства, связанные с процессором через шину, а не напрямую, называют периферийными. Шина представляет собой канал передачи данных в виде проводников на печатной плате или многожильного кабеля.
Порт – точка подключения внешнего устройства к компьютеру. Устройства, которые осуществляют обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами называются контроллерами или адаптерами, иногда картами.
Процессор, память и шина с разъемами для подключения периферийных устройств размещаются на единой плате, называемой материнской или основной.
В современных персональных компьютерах, как правило, используется принцип открытой архитектуры.
