Вопрос 5. Понятие «информационная система управления экономическим объектом»

Необходимость информатизации общества обусловлена, в час­тности, тем, что успешное функционирование любого экономи­ческого объекта невозможно без быстрой и качественной обработки информации о состоянии рынка, состоянии экономическо­го объекта и выработки управленческих решений. Совокупность информации, экономико-математических методов и моделей, тех­нических, программных, других технологических средств и спе­циалистов, предназначенная для решения этих задач, называется информационной системой (ИС) управления, экономическим объек­том. Можно сказать, что ИС управления является информацион­ной надстройкой над экономическим объектом.

Тема 2. Теоретические основы информатики

Вопросы темы

1. Системы счисления.

2. Представление числовых и нечисловых данных в компьютере. Единицы измерения информации и объема данных.

3. Основы алгебры высказываний.

4. Основные понятия теории графов.

5. Структуры данных. Базы данных и основные типы их организации.

6. Основы алгоритмизации.

7. Решение задач с использованием типовых алгоритмов обработки данных.

Вопрос 1. Системы счисления

Следует подчеркнуть, что при компьютерной обработке инфор­мации наиболее часто используется двоичная система счисления.

Для сокращения длины записей и простоты перевода из двоичной системы счисления используются восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления. В профессиональной деятельности программисты используют шестнадцатеричную систему счисления, так как байт (наименьшая адресуемая единица памяти в ПК) записывается в виде двухразрядного шестнадцатеричного числа.

Любая информация (данные, команды) хранится в ЭВМ в двоичных кодах, отдельные разряды которых принимают значения 0 или 1.

Системой счисления называют способ представления чисел с помощью символов, имеющих определенное количественное значение.

Различают позиционные и непозиционные системы счисления. Первые системы счисления не были позиционными, однако в настоящее время все наиболее распространенные системы относятся к разряду позиционных. При записи в конкретной системе счисления используется конечный алфавит, состоящий из символов , каждому из которых соответствует определенный вес. В позиционной системе счисления (в отличие от непозиционной) количественное значение каждого символа (цифры) зависит от его места в коде числа. При основании системы счисления равным р, алфавит системы формируется набором символов, старший из которых р – 1 (например, в десятичной системе старшая цифра 9). В общем случае любое число N в системе счисления с основанием р может быть представлено в виде

,

где индексы при коэффициентах а указывают только на положение конкретного слагаемого в пределах кода числа, причем положительные значения (0,1,…, т – 1) соответствуют целой части числа N , а отрицательные (-1, -2,…) – его дробной части. Обязательно должно выполняться условие а_i < p. Так для наиболее широко распространенной десятичной системы конкретное число, например 286304.5, можно представить в виде

286304.5=2*10+8*10+6*10+3*10+0*10+4*10+5*10.

Использование в ЭВМ в качестве базовой двоичной системы счисления обусловлено простотой технической реализации элементов с двумя устойчивыми состояниями (например, электромагнитное реле замкнуто – разомкнуто, транзистор открыт – закрыт), одно из которых соответствует 0, другое 1.

Бит это наименьшая порция памяти, а следовательно и информации, в двоичной системе счисления Бит обозначает количество информации, необходимое для различения двух равновероятных событий.

В двоичной системе счисления любое действительное число представляется в виде суммы целых степеней основания р=2, умноженных на соответствующие коэффициенты (0 или 1). Например, двоичное число 10011,01 эквивалентно десятичному числу 19.25

10011,01=.

В ЭВМ используют две формы представления двоичных чисел: с фиксированной запятой и с плавающей запятой.

Приведенный выше пример соответствует записи числа в форме с фиксированной запятой, где для кодирования целого числа используются пять разрядов, а дробного – два разряда. Характерной особенностью числа в форме с фиксированной запятой является её постоянная позиция в пределах кода. Во многих случаях запятую фиксируют справа от последней цифры кода. Такая форма представления используется для отображения только целых чисел, при этом в разложении числа N отсутствуют составляющие с коэффициентами .Эта форма проста, но имеет небольшой диапазон представления чисел, так как при использовании т разрядов в коде максимально возможно представить число .Для определения знака числа, как правило, используют левый разряд кода (у отрицательного числа в левом разряде записана 1). В случае превышения в процессе вычисления результата операции над возникает так называемое переполнение разрядной сетки и, соответственно, полученный результат аннулируется. В современных процессорах присутствует быстродействующий блок для обработки целочисленных данных (операндов).

Для снятия ограничений на диапазон представления чисел в ЭВМ используют форму представления чисел с плавающей запятой. При этом число представляется в виде двух сомножителей ,где М – мантисса числа, причем М<1; Р – основание системы счисления (обычно р=10); r – целочисленный порядок. С изменением порядка в ту или иную сторону запятая как бы плавает в изображении числа. Знак числа совпадает со знаком мантиссы. Например, число 19,25 в форме с плавающей запятой имеет вид 0,1925*102. После завершения операции над операндами результат приводят к нормализованной форме, при которой старший разряд мантиссы не может быть нулем (например, число 0,001925*104 представляет ненормализованную форму записи). Диапазон представления чисел при использовании мантиссы с m разрядами, порядка с r разрядами и основанием системы счисления р будет равен

Так, при представлении чисел в двоичной системе счисления в форме с плавающей запятой при использовании двух байт, в которых десять разрядов отводятся под мантиссу (m=10) и шесть под порядок (r=6), диапазон чисел будет ограничен значениями от 10^-19 до 10¹⁹. Естественно, что для увеличения точности представления чисел необходимо увеличивать разрядность т и r. Операции над числами с плавающей запятой требуют значительно большего времени, поэтому в процессорах имеется встроенный блок для обработки данных, представленных в форме с плавающей запятой.

Помимо двоичной системы, являющейся основой организации функциональных устройств ЭВМ, для представления данных используются также десятичная, двоично–десятичная и шестнадцатеричная системы счисления (табл. 2.1)

Коды чисел в различных системах счисления

Таблица 2.1

Число	0	1	2	3	4	5	6	7	8
2	00000	00001	00010	00011	00100	00101	00110	00111	01000
2-10	0000	0001	0010	0011	0100	0101	0110	0111	1000
16	0	1	2	3	4	5	6	7	8

Продолжение таблицы 2.1

Число	9	10	11	12	13	14	15	16	17
2	01001	01010	01011	01100	01101	01110	01111	10000	10001
2-10	1001
16	9	А	В	С	D	E	F	10	11

В двоично-десятичной системе счисления каждая десятичная цифра числа кодируется отдельно четырьмя двоичными цифрами, при этом наибольшей цифре 9 будет соответствовать код 1001 (все более «весомые» комбинации типа 1010, 1011,… не используются), например число 17 представляется в виде 00010111.

Использование в шестнадцатеричной системе счисления букв A, B, C, D, E, F вместо цифр обусловлено необходимостью представления чисел в диапазоне от 10 до 15 посредством только одного знака.

Одно и то же число допускает эквивалентное представление в системах счисления с разными основаниями. Процесс преобразований из одной системы счисления в другую иллюстрируют примеры:

101,01₂=

1F,A=

Минимальной индивидуально адресуемой в ЭВМ единицей информации является байт, формируемый восемью битами. Каждый байт, находящийся в основной памяти ЭВМ, имеет индивидуальный адрес, определяющий его местонахождение. Применительно к ЭВМ используется понятие машинное слово, размер которого определяется шириной шины данных или разрядностью процессора. В настоящее время наиболее распространены 32–разрядные процессоры, соответственно и современное ПО ориентировано на представлении машинного слова 4 байтами. Для задания более крупных совокупностей байт используют ряд дополнительных единиц: Килобайт(Кбайт)=1024байт, Мегабайт(Мбайт)=1024², Гигабайт(Гбайт)=1024³, Терабайт(Тбайт)=1024⁴ байт и др.

Для унификации обмена данными и обеспечения универсального характера использования программного обеспечения используются стандартные системы кодирования символьной информации. Одной из широко используемых систем кодирования является код ASCII (American Standard Code for Information Interchange – Американский стандартный код для обмена информацией), имеющий основной стандарт и множество расширений (в расширениях дополнительно используют символы национального алфавита конкретной страны и символы псевдографики). Основной стандарт является международным и использует шестнадцатеричные коды 00-7F для обозначения управляющих символов, цифр, знаков препинания, строчных и прописных букв латинского алфавита. Символы расширений задаются кодами в диапазоне 80-FF. Так, цифры от 0 до 9 представляются соответственно кодами от 30 до 39, буквы кириллицы кодируются как А-80, Б-81, В-82,…, Э-9D, Ю-9E, Я-9F и т.д.

В основе цифровой обработки данных на ЭВМ лежат сформулированные фон Нейманом (американским специалистом в области вычислительной техники) принципы, определяющие базовую (классическую) структуру ЭВМ. В соответствии с ними процесс решения задачи в ЭВМ реализуется путем выполнения последовательно во времени отдельных операций над данными в соответствии с заданным алгоритмом.

Алгоритм представляет собой точно определенную последовательность действий, которую необходимо выполнить над исходными данными для достижения решения задачи.

Предполагается, что, в общем случае, для решения задачи имеется вычислительное устройство, состоящее из арифметико-логического устройства (АЛУ), памяти и управляющего устройства. АЛУ осуществляет арифметические и логические преобразования над поступающими в него данными.

Описание алгоритма в форме, воспринимаемой ЭВМ, называется машинной программой. Она состоит из отдельных команд. Машинная команда представляет собой элементарную инструкцию вычислительной машине, выполняемую автоматически без дополнительных указаний. Для того, чтобы управляющее устройство воспринимало команды, они должны быть закодированы в цифровой форме. Управляющее устройство автоматически организует вычислительный процесс, посылая другим устройствам сигналы, предписывающие им выполнение тех или иных действий.

Согласно американскому ученому фон Нейману программа, закодированная в цифровой форме, хранится в памяти наравне с данными. В команде указываются адреса ячеек памяти, в которых находятся данные, и адрес ячейки для записи результата. Команды могут нужное число раз извлекаться из памяти и выполняться заново. При необходимости над командами, как и над данными, могут производиться операции (так называемая модификация команд). Перед решением задачи программа и исходные данные должны быть помещены в основную память (ОЗУ). Обычно команды выполняются в порядке, соответствующем их расположению в последовательных ячейках памяти; изменение порядка следования осуществляется командами безусловного и условного (проверяется выполнение некоторого условия) переходов. Именно эти команды позволяют автоматически изменять ход вычислительного процесса и решать сложные логические задачи. Любая необходимая точность вычислений может быть достигнута увеличением разрядности АЛУ.

По характеру выполняемых операций различают несколько основных групп команд: арифметические операции для чисел с фиксированной и плавающей запятой; логические (поразрядные) операций над данными; операции пересылки данных как между процессором и основной памятью, так и при взаимодействии с ВУ; операции управления порядком исполнения команд (команды передачи управления); операции по заданию режима работы ЭВМ; операции по обработке видео- и аудиоданных и др.

В современных процессорах общее число команд (набор команд) достигает нескольких сотен. Команда в общем случае состоит из операционной и адресной частей. Операционная часть содержит код конкретной операции (КОП). Адресная часть содержит информацию об адресах операндов (обрабатываемых данных) и адресе размещения результата выполнения операции, а в некоторых случаях - информацию об адресе следующей выполняемой команды (команды передачи управления). По количеству находящихся в команде адресов команды подразделяют на одноадресные, двухадресные, трехадресные и безадресные. Безадресная команда содержит только код операции, например, команда останова. Для ряда безадресных команд местонахождение операнда определено по умолчанию. Следует отметить, что в ЭВМ используется ряд схем адресации. При выполнении различных команд в них может задаваться конкретный адрес с указанием номера ячейки памяти или регистра; в команде может быть указан параметр, с помощью которого адрес вычисляется при выполнении команды; возможен вариант задания значения операнда непосредственно в команде.

До начала выполнения конкретной программы операционной системе известны конкретные адреса области основной памяти, в которой размещается эта программа. Поэтому, несмотря на внешнее сходство машинных команд и обрабатываемых данных (они все состоят из наборов 0 и 1), не возникает путаницы при выборе очередной выполняемой команды.

Современные процессоры в целом сохраняют последовательный характер выполнения команд программы. Однако внутри самого процессора в один и тот же момент времени выполняются сразу несколько команд благодаря наличию у него целого ряда функциональных устройств (например, внутри процессора Pentium 4 имеется несколько независимых АЛУ), что указывает на отклонение от сформулированных фон Нейманом принципов. При этом результаты выполняемых ранее своей очередности относительно их порядка расположения в программе команд некоторое время хранятся непосредственно в процессоре и используются в нужный момент времени. Такой подход к организации вычислений позволяет значительно повысить производительность ЭВМ в целом.