Введение.

Предметы и явления воспринимаются через проявляемые ими свойства, характеристики и признаки, т.е. сведения. Данные – это зарегистрированные сигналы, представляющие собой сведения об объектах реального мира, представленных в регламентной форме (на основании стандартов, приказов, инструкции и т.д.). Под термином информация понимаются знания, данные отражающие реальный мир. Информация передается с помощью каких-либо средств (речь, письмо, компьютерные сети) в виде сообщений в определенной форме (звуковые волны, радиоволны, светосигналы). К информации применяются различные методы обработки (сравнение, анализ, моделирование). Сигнал – это изменяющийся во времени физический процесс, который может содержать различные характеристики (для электрических сигналов – сила тока, напряжение). Характеристика, используемая для представления сообщений называется параметром сигнала. Если этот параметр принимает конечное число значений, то сигнал называется дискретным, а сообщение, передаваемое с помощью таких сигналов – дискретным сообщением. Передаваемая информация также называется дискретной (например, текст книги).

Если источник вырабатывает непрерывное сообщение (параметр сигнала – непрерывная функция от времени), то соответствующая информация называется непрерывной (человеческая речь, передаваемая модулируемой звуковой волной). Непрерывное сообщение можно преобразовать в дискретное – такой процесс называется дискретизацией. Дискретное сообщение представляет собой последовательность знаков конечного алфавита, т.е. алфавита, состоящего из конечного числа знаков. Любое сообщение (в том числе и непрерывное) может быть представлено как дискретное, т.е. состоящее из знаков конечного алфавита. Для обработки дискретной информации предназначены цифровые ЭВМ, в которых внутреннее представление информации дискретно. Для обработки непрерывной информации предназначены аналоговые ЭВМ, в которых информация представлена в непрерывной форме. Наибольшее распространение получили цифровые ЭВМ (компьютеры), а аналоговые ЭВМ обычно используются для решения задач специального характера.

Информатика – это фундаментальная естественная наука, изучающая процессы хранения, передачи и обработки информации. Она определяет методологические принципы информационного моделирования реальной действительности и использования таких моделей с помощью средств вычислительной техники. Для решения задач информатики выделяют три неразрывно и существенно связанных класса средств:

• алгоритмические

• программные

• технические

Алгоритмические средства обеспечивают описание предметной области на языке, понятном человеку, а программные средства обеспечивают описание предметной области на языке, понятном компьютеру. К алгоритмическим средствам относятся информационные модели реальных объектов и явлений, а также основанные на этих моделях алгоритмы обработки информации. Важную часть алгоритмических средств образуют алгоритмы. Алгоритм – это конечный набор правил, шагов, этапов, позволяющий решать любую конкретную задачу из некоторого класса однотипных при условии, что исходные данные могут изменяться в заданных пределах. Модели и алгоритмы реализуются в виде программных средств, баз данных и баз знаний. Программные средства – это комплексы готовых к использованию программ, предназначенных для выполнения процедур обработки информации на технических средствах (например, размещение и корректировка информации в конечной памяти, поиск и выбор информации, преобразование информации из одной формы в другую). К программным средствам относятся, например ОС (предназначены для управления всеми программами), системы управления базами данных (СУБД), системы управления базами знаний (СУБЗ), системы программирования (предназначены для создания программ). Программа – это конечная последовательность команд для процессора, который должен ее исполнить. Часто условно программой называют текст, написанный на алгоритмическом языке человеком (языке программирования).

К техническим средствам относятся:

• ЭВМ

• периферийные устройства (принтер, сканер, устройство координ. Ввода, внешняя память и тд)

• средства сбора и передачи информации

Чтобы обработать информацию, прежде всего, необходимо ясно поставить цель этой обработки и задачи, которые необходимо решить для достижения этой цели, затем написать алгоритмы решения этих задач и создать программы (или найти готовые), реализующие эти алгоритмы. И только после этого возможно использование технических средств.

Раздел 1. Технические средства информатики.

Тема 1. Аппаратные средства эвм.

В персональном компьютере (ПЭВМ) можно выделить центральный (системный) блок и периферию. Основными устройствами, находящимися в центральном блоке, являются:

• системная (материнская) плата

• системная шина (системная магистраль данных)

• центральный процессор (ЦП)

• внутренняя память.

И другое

1. Состав и особенности основных устройств.

Системная (материнская) плата – это особая плата персонального компьютера, которая обеспечивает подключение и согласование всех компонент компьютера. Платами называют различные комбинации микросхем(например, звуковая плата, плата видеоадаптера и тд). Компоненты ПК подключаются к материнской плате непосредственно через разъемы (например, ЦП, внутр. Память), либо через специальные устройства сопряжения (адаптеры, контроллеры). Подобные устройства называются интерфейсами. Вообще интерфейс- это программа или аппаратное средство связи между различными устройствами или программами. Контроллер – специализированный процессор, управляющий работой соответствующего внешнего устройства по по специальным встроенным в него программам. ЦП при необходимости произвести обмен информации выдает задание на его осуществление контроллеру. Обмен информацией осуществляется под управлением контроллера без участия ЦП.

Контроллер способен обработать только дискретную информацию, и все устройства контроллера работыют дискретно, с определенной частотой выполняя действия. Для согласования работы устройств на материнской плате находится так называемый таймер, который вырабатывает импульсы с определенной неизменной частотой.

Системная шина ( системная магистраль данных) предназначена для передачи данных, адресов и команд между компоненатми компьютера. Она представляет собой группу электр. Проводников и состоит из трех частей:

1. Шина данных, по которой передается обрабатываемая информация

2. Шина адреса, определяющая куда(в какое устройство) передаются данные

3. Шина команд(шина управления) , регулирующая процесс обмена информацией.

Центральный процессор (ЦП) совершает все арифметические и логические операции. От его производительности существенно зависит производительность всего компьютера. Современные процессоры состоят из нескольких частей (ядер), каждый из которых может работать как отдельный процессор. Кроме того он включает в себя специальный электронный блок (устройство управления), который подключает к работе другие устройства. Именно ЦП выполняет команды, через него проходит вся обрабатываемая информация, он оказывает наибольшее влияние на производительность компьютера. Основными параметрами процессоров являются:

• рабочее напряжение (обеспечивает материнская плата)

• рабочая тактовая частота (характеризует скорость выполнения операций)

Исполнение каждой команды осуществляется за определенное количество тактов. В компьютере тактовые импульсы задает таймер. Чем больше частота такта, тем больше команд может выполнить процессор за единицу времени, тем выше его производительность.

• коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты

Материнская плата по физическим причинам не может работать с такими высотными частотами, как процессор. Для получения более высоких частот в процессоре происходит умножение частоты на коэффициент 3, 3,5, 4, 4,5, 5 и более.

• размер кэш-памяти

Кэш-память (cache memory) предназначена для согласования высокой скорости обмена данными внутри процессора и в несколько раз меньшей скорости обмена данными с оперативной памятью. Кэш-память может быть первого уровня (внутри процессора объемом в десятки Кб), второго уровня (от 512 Кб и более, как внутри процессора, так и вне его, но в том же узле что и процессор) и третьего уровня (объемом в несколько Мб вне процессора на материнской плате). Первые две работают на частоте процессора, а третья на частоте материнской платы. Наличие этой памяти и ее объем существенно увеличивает производительность процессора, а,следовательно, и влияет на производительность компьютера в целом.

• разрядность (показывает, сколько бит данных может принять и обработать процессор за один такт, такая разрядность определяется разрядностью шины команд)

• система исполняемых команд

Система команд любого процессора обязательно содержит основные группы команд, к которым, например, относятся:

• команды передачи данных, копирующие данные из одного места в другое

• арифметические операции

• логические операции

• сдвиги двоичного кода влево и вправо

• команды ввода/вывода информации

Кроме этих в процессоре могут быть реализованы и множество других команд. В настоящее время конкурируют два направления в построении системы команд:

• CISC-процессоры (Complex Instruction Set Computing) это процессоры с расширенным набором команд, которые используются в универсальных компьютерах

• RISC-процессоры (Reduced Instruction Set Computing) – процессоры с сокращенной системой команд, которые используются в специализированных компьютерах

Чем шире набор команд, тем сложнее архитектура процессора, длиннее формальная запись каждой команды, выше средняя продолжительность исполнения команды, измеренная в тактах работы процессора. При архитектуре RISC-процессора количество команд значительно меньше и выполняются они значительно быстрее, однако выполнение сложных операций приходится обеспечивать программам, что приводит к уменьшению общей производительности. Если такие операции производятся редко, то в целом производительность процессора высока.

• производительность процессора, т.е. скорость выполнения операций (команд, инструкций) в секунду

Определяется разрядность, тактовой частотой, количеством ядер и т.д. Производительность измеряется в разных единицах измерения, основными из которых являются:

• MIPS (равна миллиону инструкций в секунду, вычисляется с помощью специальных тестов)

• FLOPS (количество операций с дробными числами в секунду, вычисляется на основании тестов)

• MTOPS (миллион теоретических операций в секунду, вычисляется на основе формул)