1. Представление и измерение информации (свойства, характеристики, меры, кодирование).
Информация — это осознанные сведения об окружающем мире, которые являются объектом хранения, преобразования, передачи и использования. Сведения — это знания, выраженные в сигналах, сообщениях, известиях, уведомлениях и т. д. Каждого человека в мире окружает море информации различных видов.
Свойства информации.
Качественные характеристики информации (основные её свойства):
- Объективность – не зависит от чего-либо мнения.
- Достоверность – отражает истинное положение дел.
- Полнота – достаточна для понимания задачи и принятия решения.
- Актуальность – важна и существенна для настоящего времени.
- Ценность (полезность, значимость) обеспечивает решение поставленной задачи, нужна для того чтобы принимать правильные решения.
- Понятность (ясность) - выражена на языке, доступном получателю.
Количественные характеристики информации
Существует несколько подходов к измерению информации:
содержательный (вероятностный)
алфавитный (объективный или технический).
В содержательном подходе возможна качественная оценка информации: новая, срочная, важная и т.д. Т.е., информативность сообщения характеризуется содержащейся в нем полезной информацией - той частью сообщения, которая снимает полностью или уменьшает неопределенность какой-либо ситуации.
Алфавитный подход основан на том, что всякое сообщение можно
закодировать с помощью конечной последовательности символов некоторого алфавита. Носителями информации являются любые последовательности символов, которые хранятся, передаются и обрабатываются с помощью компьютера. Т.е., информативность последовательности символов не зависит от содержания сообщения, а определяется минимально необходимым количеством символов для ее кодирования.
Единицы измерения информации:
1байт = 8 бит
1Кб (килобайт)=1024 байт
1Мб (мегабайт)=1024 Кб
1Гб (гигабайт)=1024 Мб
1Тб (терабайт)=1024 Гб
Кодирование информации:
Кодирование информации – это процесс формирования определенного представления информации. В более узком смысле под термином «кодирование» часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.
Современный компьютер может обрабатывать числовую, текстовую, графическую, звуковую и видео информацию. Все эти виды информации в компьютере представлены в двоичном коде.
Различают несколько видов кодирования информации.
Кодирование текстовой информации
(Для того чтобы закодировать один символ используют количество информации равное 1 байту, т.е. 8 бит.)
Распространённые кодировки: ASCII, KOI8-R, Windows-1251, ISO 8859-5, UTF-8, Unicode.
Кодирование графической информации
(от формата зависит качество и размер информации)
Распространённые форматы: jpg, png, gif.
Кодирование звука
(от формата зависит качество и размер информации)
Распространённые форматы: mp3, wav.
Кодирование видео
(от формата зависит качество и размер информации)
Распространённые форматы: avi, mpeg, mp4, mkv.
2. Поколения эвм. Классы вычислительных машин. Многопроцессорные системы.
Поколения:
Первое: 1940—1960. Вычислительный элемент — электронные лампы. Быстродействие — 10 - 20 тысяч операций в секунду. Большие ЭВМ. Программные средства были представлены машинным языком и языком ассемблера. (время становления архитектуры машин фон-неймановского)
Второе: 1960—1964. Вычислительный элемент — транзисторы. Быстродействие — до 1—2 миллионов операций в секунду. Мини-ЭВМ. Появилась основная память на магнитных сердечниках и внешняя память на магнитных барабанах. В это же время были разработаны алгоритмические языки высокого уровня, такие как Алгол, Кобол, Фортран, которые позволили составлять программы, не учитывая тип машины.
Третье: 1964—1971. Вычислительный элемент — сверхинтегральные схемы. Быстродействие — до 300 миллионов операций в секунду. Микро-ЭВМ, предназначенные для работы с одним пользователем. Первые операционные системы. Характеризуется тем, что вместо транзисторов стали использоваться интегральные схемы (ИС), а вместо памяти на магнитных сердечниках стала применяться полупроводниковая память.
Четвертое: 1971 - по настоящее время . Вычислительный элемент — микропроцессоры. Быстродействие — миллиарды операций в секунду. Персональные ЭВМ. Готовые прикладные программы, графический интерфейс, использование технологии мультимедиа. Глобальные компьютерные сети. Это машины, построенные на больших интегральных схемах (БИС)
Пятое: настоящее время — Нанотехнологии. Компьютеры на основе отдельных молекул и даже атомов. Нейросети, моделирующие структуру нервной системы человека. «Биологические компьютеры». Отличительными чертами ЭВМ этого поколения являются - новая технология производства: отказ от архитектуры фон Неймана, переход к новым архитектурам, новые способы ввода-вывода информации, искусственный интеллект, то есть автоматизация процессов решения задач, получения выводов, манипулирования знаниями.
Рассмотрим некоторые из наиболее популярных классификаций:
по принципу действия. Критерием деления вычислительных машин здесь является форма представления информации, с которой они работают.
- аналоговые (АВМ) - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).
- цифровые (ЦВМ) - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.
- гибридные (ГВМ) - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме
по назначению
- универсальные (общего назначения) - предназначены для решения самых различных технических задач: экономических, математических, информационных и других задач.
- проблемно-ориентированные - служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами.
- специализированные - используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций.
по размерам и функциональным возможностям
- сверхбольшие (суперЭВМ)
- большие
- малые
- мини
- сверхмалые (микроЭВМ)
Многопроцессорные системы.
В процессе развития суперкомпьютерных технологий идею повышения производительности вычислительной системы за счет увеличения числа процессоров использовали неоднократно. В настоящее время развитие суперкомпьютерных технологий идет по четырем основным направлениям: векторно-конвейерные суперкомпьютеры, SMP системы, MPP системы и кластерные системы.
Векторно-конвейерные суперкомпьютеры.
Первый векторно-конвейерный компьютер Cray-1 появился в 1976 году. Архитектура его оказалась настолько удачной, что он положил начало целому семейству компьютеров. Название этому семейству компьютеров дали два принципа, заложенные в архитектуре процессоров: конвейерная организация обработки потока команд и введение в систему команд набора векторных операций, которые позволяют оперировать с целыми массивами данных
Симметричные мультипроцессорные системы (SMP).
Характерной чертой многопроцессорных систем SMP архитектуры является то, что все процессоры имеют прямой и равноправный доступ к любой точке общей памяти. Первая возникшая проблема - большое число конфликтов при обращении к общей шине. Остроту этой проблемы удалось частично снять разделением памяти на блоки, подключение к которым с помощью коммутаторов позволило распараллелить обращения от различных процессоров.
Системы с массовым параллелизмом (МРР)
Компьютеры этого типа представляют собой многопроцессорные системы с распределенной памятью, в которых с помощью некоторой коммуникационной среды объединяются однородные вычислительные узлы. Каждый из узлов состоит из одного или нескольких процессоров, собственной оперативной памяти, коммуникационного оборудования, подсистемы ввода/вывода, т.е. обладает всем необходимым для независимого функционирования. Процессоры в таких системах имеют прямой доступ только к своей локальной памяти. Доступ к памяти других узлов реализуется обычно с помощью механизма передачи сообщений. Такая архитектура вычислительной системы устраняет проблему конфликтов при обращении к памяти. Это дает возможность практически неограниченного наращивания числа процессоров в системе, увеличивая тем самым ее производительность. Для MPP систем на первый план выходит проблема эффективности коммуникационной среды. Отметим, что при обмене данными между процессорами, не являющимися ближайшими соседями, происходит трансляция данных через промежуточные узлы. Очевидно, что в узлах должны быть предусмотрены какие-то аппаратные средства, которые освобождали бы центральный процессор от участия в трансляции данных.
Кластерные системы
Привлекательной чертой кластерных технологий является то, что они позволяют для достижения необходимой производительности объединять в единые вычислительные системы компьютеры самого разного типа, начиная от персональных компьютеров и заканчивая мощными суперкомпьютерами. Кластер - это связанный набор полноценных компьютеров, используемый в качестве единого вычислительного ресурса. Преимущества кластерной системы перед набором независимых компьютеров: разработано множество диспетчерских систем пакетной обработки заданий, позволяющих послать задание на обработку кластеру в целом, а не какому-то отдельному компьютеру. Эти диспетчерские системы автоматически распределяют задания по свободным вычислительным узлам или буферизуют их при отсутствии таковых. Появляется возможность совместного использования вычислительных ресурсов нескольких компьютеров для решения одной задачи.