Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Начальный курс информатики. Часть 1. Учебное пособие
.pdf
11
графическая форма: рисунки, схемы, чертежи, карты,
Рис. 3. Знаки
графики, диаграммы;
символы формального языка: числа, математические
формулы, ноты, химические формулы, дорожные знаки и прочее.
6. Информационная деятельность человека связана с
осуществлением трех видов информационных процессов:
хранения, передачи и обработки информации.
7. Человек хранит информацию в собственной памяти
(внутренняя, оперативная информация) и на внешних носителях:
бумаге, магнитной ленте и пр. (внешняя информация).
8. Процесс передачи информации протекает от источника
к приемнику по информационным каналам связи.
9. Процесс обработки информации связан с получением
новой информации, изменением формы или структуры
имеющейся информации.
10. Важным информационным процессом является поиск
информации.
Вопросы и задания
1. Что такое информация?
2. Перечислите источники, из которых сегодня вы
получали информацию.
3. К какому языку относятся знаки на рис. 3 и что они обо-
значают?
4. Предположим, что на «марсианском» языке выражение «lot
12
do may» означает «кот съел мышь»; «may si – «серая мышь»; «ro do» -
Рис.4. Жесты
Рис. 5. Азбука Морзе
«он съел». Как написать на «марсианском» языке «серый кот»?
5. Объясните, что обозначают жесты на рис. 4.
6. Представьте в математической форме следующее утвер-
ждение: «Если сумму чисел от одного до пяти разделить на разность чисел десять и семь, то в результате получится пять». Какая
форма записи удобнее?
7. Назовите три основных вида информационных процессов.
8. Приведите примеры ситуаций, в которых вы являетесь
источником информации, приемником информации.
9. Приведите различные примеры процесса обработки ин-
формации. Определите, по каким правилам она производится в
каждом примере.
10. Дана кодовая таблица азбуки Морзе (рис. 5).
Закодируйте с помощью азбуки Морзе слова: ИНФОРМА-
ТИКА, ИСТОЧНИК, АЛГОРИТМ
.
13
11. Каждая буква алфавита может быть заменена любым чис-
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р 21
37
14
22
01
24
62
73
46
23
12
08
27
53
35
04
40
26
63
47
31
83
88
30
02
91
72
32
77
68
60
44
10
03
71
82
15
70
11
55
90
69
38
61
54
09
84
45 С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я
20
13
59
25
75
43
19
29
06
65
74
48
36
28
16
52
39
07
49
33
85
58
80
50
34
17
56
78
64
41
89
67
93
76
18
51
87
66
81
92
42
79
86
05
57
16
55
54
10
69
09
61
89
29
90
49
44
10
08
02
73
21
32
83
54
74
41
55
77
10
23
68
08
20
66
90
76
44
21
61
90
55
21
61
83
54
42
57
30
27
10
91
68
32
20
80
02
49
45
40
32
46
55
40
08
83
27
17
Рис. 6. Кодировочная таблица
лом из соответствующего столбика кодировочной таблицы (рис. 6)
Какие сообщения закодированы с помощью этой таблицы?
12. Шифр Цезаря. Этот шифр реализует следующее преобразование текста: каждая буква исходного текста заменяется
идущей после нее с некоторым сдвигом буков в алфавите, который считается написанным по кругу. Пусть этот сдвиг равен 3.
Используя шифр, зашифруйте слова: ИНФОРМАЦИЯ, КОМПЬЮТЕР, ЧЕЛОВЕК.
13. Расшифруйте слово НУЛТХСЁУГЧЛВ, закодированное
с помощью шифра Цезаря (см. задачу 12).
14. Шифр Виженера. Этот шифр представляет собой шифр
Цезаря с переменной величиной сдвига. Величину сдвига задают
ключевым словом. Например, ключевое слова ВАЗА означает следующую последовательность сдвигов букв исходного текста: 3 1 9 1 3
1 9 1 и т.д. Используя в качестве ключевого слово ВАГОН закодируйте слова: АЛГОРИТМ, ПРАВИЛА, ИНФОРМАЦИЯ.
15. Слово НССРХПЛСГХСА получено с помощью шифра
14
Чарльз Бэббидж
1791-1871
Виженера (см. задачу 14) с ключевым словом ВАЗА. Восстановите исходное слово.
16. Задано правило кодирования: после каждой гласной буквы вставляется буква А, после согласной – Т. Расшифруйте слова: ИАНТФТОАРТМТААТТИАКТАА, ПТРТИАНТТТЕАРТ
2. История создания компьютера.
Персональный компьютер и его устройство
С давних времен люди стремились облегчить свой труд. С
этой целью создавались различные машины и механизмы, усиливающие физические возможности человека. Мечта создать машину,
которая сама могла бы выполнять математические вычисления без
участия в этом процессе человека, давно волновала умы ученых.
Впервые попытался реализовать эту мечту
английский ученый-изобретатель Чарльз Бэббидж. Свое изобретение Бэббидж назвал аналитической машиной. Демонстрация аналитической
машины состоялась в Лондоне в 1862 году. Она
представляла собой механическое устройство,
умеющее выполнять все арифметические операции в автоматическом режиме под управлением
программы.
Из-за большой сложности, низкой на-
дежности механизма проект не был доведен до
конца, однако именно Бэббидж выдвинул ряд идей в конструкции
вычислительной машины, которые нашли продолжение в будущих
изобретениях. Он предложил состав основных устройств:
устройство памяти;
арифметическое устройство, осуществляющее вычисления;
устройство управления работой машины;
устройства для ввода исходных данных и программы;
устройство для вывода результатов.
Следующим шагом в истории развития вычислительной
техники стало создание машин на основе электромеханических
реле. Вначале это были машины специализированного назначе-
15
ния, т.е. каждая такая машина выполняла только один определен-
Конрад Цузе
1910-1995
Говард Эйткен
1900-1973
Джон Уильям Мочли
(1907-1980) и
Джон Преспер Эккерт
(1919-1995)
ный вид обработки данных.
Согласно идее Жаккара-Бэббиджа, исходные данные представлялись на перфокартах, на которые они наносились с помощью специального устройства – перфоратора. Сами же вычислительные машины
назывались счетно-перфорационными. Первой в истории фирмой,
занявшейся производством счетно-перфорационных машин, была
американская компания IBM. Еѐ основал в 1897 году американский
изобретатель Г. Холлерит. На базе счетно-перфорационных машин в
конце XIX века во многих странах появились машиносчетные станции
для механизированной обработки информации, послужившие прообразом вычислительных центров, возникших в середине XX столетия.
На таких станциях выполнялся широкий круг экономических и научно-технических расчетов. Большое распространение машиносчетные
станции получают в 20-30-х годах прошлого века. В 1940-х годах
создаются релейные вычислительные машины с программным
управлением, обладающие алгоритмической универсальностью.
Это были прообразы будущих компьютеров, на которых можно
было выполнять сложные научно-технические расчеты. Скорость
расчѐтов на таких машинах превышала на порядок скорость вычислений с помощью арифмометров с электроприводом.
шины Z1, Z2 и Z3, созданные немецким изобретателем Конрадом
Цузе. В США созданием релейных машин занимался Говард Айкен (машины MARK-1, 1944 г., MARK-2, 1947 г.). Машины Цузе
Наиболее крупными проектами данного периода были ма-
16
и Айкена производили вычисления в двоичной системе счисле-
ENIAC
В основе еѐ конструкции использовались ламповые триггеры. Публичная демонстрация работы машины
ENIAC состоялась 15 февраля 1946 года. Эта дата считается началом эры
компьютеров. Машина содержала в себе 18 тысяч электронных ламп. Еѐ масса составляла 30 тонн.
Джон фон Нейман
1903-1957
В 1946 году публикуется статья
авторов А. Беркса, Г. Голдьстейна,
Джона фон Неймана «Предварительное
рассмотрение логической конструкции
электронного вычислительного устройства». Изложенные в работе принципы
устройства компьютера принято называть принципами фон Неймана.
ния. Программы управления работой машин задавались с помощью перфорированной ленты.
Двигаться по пути развития релейных машин дальше было некуда. Инерционность механического реле сильно ограничивала скорость вычислений. Прогресс был возможен только на пути применения электронного реле – триггера, в устройстве которого используются электронные лампы. Развитие радиотехнической промышленности
сделало более доступным использование электронных ламп. Работы
ученого Дж. Атанасова оказали сильное влияние на создателей первой
электронной вычислительной машины (ЭВМ, компьютер) – Джона
Уильяма Мочли и Джона Преспера Эккерта. В 1945 году они построили компьютер, получивший название ENIAC (Electronic
Numerical Integrator and Computer).
Состав основных устройств компьютера: универсальная
вычислительная машина должна включать в себя устройство памяти, арифметическое устройство для выполнения вычислений,
устройство управления и устройства для связи с оператором ком-
17
пьютера (устройства ввода/вывода).
Принцип двоичного кодирования: данные и программы
представляются в памяти машины в форме двоичного кода. Память дискретна.
Принцип хранимой программы: во время выполнения расчѐтов числа и программа вычислений находятся в общей памяти
машины. Между ними нет разницы в том смысле, что и то и другое – двоичные коды.
Принцип адресуемости памяти: отдельные двоичные разряды памяти – биты объединяются в ячейки, каждая из которых
имеет свой адрес. Адрес ячейки – это ее порядковый номер в памяти. Запись в память данных или чтение из памяти происходит
по адресам.
Принцип программного управления: работа компьютера
происходит автоматически под управлением программы, размещѐнной в оперативную память. Программа – это последовательность команд. Команда содержит следующую информацию: какая
операция должна выполняться, откуда (из каких ячеек памяти)
извлекаются операнды, куда помещается результат операции.
Команды выполняются по одной, друг за другом. Управление последовательностью операций осуществляет устройство управления (УУ). Арифметические и логические операции выполняет
арифметико-логическое устройство (АЛУ). УУ и АЛУ входят в
состав процессора.
Принципы фон Неймана оказались настолько фундаментальными, что уже более 60 лет они остаются основой для устройства компьютеров. Первой в истории вычислительной машиной,
созданной в соответствии с принципами фон Неймана, был английский компьютер EDSAC, построенный в 1949 году. Серийное
производство компьютеров началось в 1950-х годах.
Историю развития компьютеров принято делить на поколения. Переход от одного поколения к другому связан со сменой
элементной базы, на которой создавались машины, с изменением
архитектуры компьютеров, с развитием основных технических
характеристик (скорости вычислений, объѐма памяти и др.), с изменением областей применения и способов эксплуатации машин.
18
В основе архитектуры компьютеров разных поколений лежат
Показания
1950-е годы
1960-е годы
1970-е годы
(суперкомпьютеры)
с 1970-х годов
Элементная
база
Электронные
лампы
Транзисторы
Интегральные схемы
(ИС) и боль-
шие инте-
гральные
схемы (БИС)
БИС, СБИС, мик-
ропроцессоры
Максимальное быстро-
действие
(оп/с)
10-20 тыс.
100 тыс. – 3
млн.
10 млн.
109 - 1012
Максимальная ѐмкость
ОЗУ (Кбайт)
100
1000
10000
107
Архитектура
Неймановская
однопроцес-
сорная
Неймановская
однопроцес-
сорная. Появ-
ление пери-
ферийных
процессоров
Центральный
процессор +
каналы вво-
да/вывода.
Шинная ар-
хитектура
Конвейерно-
векторные, матрич-
ные, многопроцес-
сорные. Мульти-
компьютерные сис-
темы
Примеры
моделей и
серий ком-
пьютеров
М-20, Урал-4,
Минск-14
М-220,
БЭСМ-4,
Минск-32,
БЭСМ-6
IBM/360/370,
PDP-11
CRAY, ILLIAC IV,
SX-3
принципы фон Неймана. Однако в процессе развития происходят
некоторые отклонения от неймановской архитектуры (табл.).
Таблица
Поколения компьютеров
19
По своему назначению компьютер – универсальное техни-
Рис. 7. Схема обмена информацией в компьютере
ческое средство для работы человека с информацией. По принципам устройства компьютер – это модель человека, работающего с
информацией. Информационная деятельность человека делится на
четыре составляющие:
прием (ввод) информации;
запоминание информации (сохранение в памяти);
процесс мышления (обработка информации);
передача (вывод) информации.
В состав компьютера входят устройства, выполняющие
аналогичные функции:
устройства ввода;
устройства запоминания – память;
устройство обработки – процессор;
устройства вывода.
В ходе работы компьютера информация через устройства
ввода попадает в память; процессор извлекает из памяти
обрабатываемую информацию, работает с ней и помещает в
память результаты обработки; полученные результаты через
устройства вывода сообщаются человеку (рис. 7).
Работа компьютера строго подчинена заложенной в него
программе, в соответствии с которой происходит обработка
данных. В памяти компьютера хранятся данные и программы.
20
Данные – это обрабатываемая информация, представленная
Рис. 8. Процессор
в памяти компьютера в специальной форме.
Программа – это описание последовательности действий,
которые должен выполнить компьютер для решения
поставленной задачи обработки данных.
Если информация для человека – это знания, которыми он
обладает, то информация для компьютера – это данные и
программы, хранящиеся в памяти.
Одним из важнейших устройств компьютера является цен-
тральный процессор (CPU – англ. «central processing unit»).
Именно от типа процессора и его характеристик зависит производительность компьютерной системы в целом.
Центральный процессор – это устройство компьютера,
предназначенное для выполнения арифметических и логических
операций над данными, а также координации работы всех устройств компьютера.
Современные центральные процессоры выполняются в виде
отдельных микросхем и называются микропроцессорами. Основным элементом микропроцессора является ядро, от которого
зависит большинство характеристик самого процессора. Современные процессоры могут иметь более одного ядра, т.е. могут
быть многоядерными (рис. 8). Производительность многоядерного процессора увеличивается за счет разделения обработки данных между несколькими ядрами.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]