Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Омарова

.docx
Скачиваний:
11
Добавлен:
26.02.2016
Размер:
350.89 Кб
Скачать

1.Информатика как единство науки и технологии

Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования информации и их использовании в организации технологического процесса переработки информации.

Задачи информатики состоят в следующем:

исследование информационных процессов любой природы;

разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;

решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

Как наука, информатика изучает общие закономерности, свойственные информа­ционным процессам (в самом широком смысле этого понятия)

Информатика — это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

2) Структура современной информатики

Информатика — это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения.

Теоретическая информатика — часть информатики, занима­ющаяся изучением структуры и общих свойств информации и ин­формационных процессов, разработкой общих принципов постро­ения информационной техники и технологии

Средства информатизации (технические и программные) — раз­дел, занимающийся изучением общих принципов построения вы­числительных устройств и систем обработки и передачи данных, а также вопросов, связанных с разработкой систем программного обеспечения.

Информационные системы и технологии — раздел информати­ки, связанный с решением вопросов по анализу потоков информа­ции, их оптимизации, структурированию в различных сложных си­стемах, разработкой принципов реализации в данных системах информационных процессов.

Информатику в узком смысле можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей — технических средств (hardware), программных средств (software), алгоритми ческих средств (brainware).

3) Место информатики в системе наук

Информатика как наука занимается изучением информационных процессов и методов их автоматизации на основе программно-аппаратных средств вычислительной техники и средств связи.

Информатика - практическая наука. Ее достижения должны проходить подтверждение практикой и приниматься в тех случаях, когда они соответствуют критерию повышения эффективности

Информатика включает в себя множество математических, ин­женерных и даже философских аспектов, благодаря которым она становится фундаментальной наукой

Академик Б.Н.Наумов определял информатику «как естест­венную науку, изучающую общие свойства информации, процессы, методы и средства ее обработки (сбор, хранение, преобразование, перемещение, выдача)».

Однако многие ученые подчеркивают, что информатика имеет характерные чер­ты и других групп наук - технических и гуманитарных (или общественных).

Как комплексная научная дисциплина информатика связана с (рис. 2.2):

философией и психологией — через учение об информации и теорию познания;

математикой — через теорию математического моделирова­ния, дискретную математику, математическую логику и тео­рию алгоритмов;

лингвистикой — через учение о формальных языках и знако­вых системах;

кибернетикой — через теорию информации и теорию управ­ления;

физикой и химией, электроникой и радиотехникой — через «ма­териальную» часть компьютера и информационных систем.

4) Информация, ее виды и свойства

Термин "информация'" происходит от латинского слова "informatio" — разъяснение, осведомление, изложение

В широком смысле информация - это сведения, знания, сообщения, являющиеся объектом хранения, преобразования, передачи и помогающие решить поставленную перед человеком задачу.

Информация с точки зрения ее возникновения и последующих преобразовании проходит три этапа, которые, собственно, и отражают ее сематический, синтаксический и прагматический аспекты.

Синтаксический аспект связан со способом представления информации вне зависимости от ее смысловых и потребительских качеств.

Семантический аспект отражает смысловое содержание информации и соотносит ее с ранее имевшейся информацией.

Прагматический аспект определяет возможность достижения поставленной цели с учетом полученной информации.

Первая концепция (концепция К. Шеннона), отражая количественно-информационный подход, определяет информацию как меру неопределенности (энтропию) события. информация – это снятая неопределенность или результат выбора набора возможных альтернатив.

Вторая концепция рассматривает информацию как свойство (атрибут) материи

Третья концепция основана на логико-семантическом (семантика – изучение текста с точки зрения смысла) подходе, при котором информация трактуется как знание, причем не любое знание, а та его часть, которая используется для ориентировки, для активного действия, для управления и самоуправления

Полнота информации. Полнота информации во многом характеризует качество информации и определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся.

Достоверность информации. Данные возникают в момент регистрации сигналов, но не все сигналы являются «полезными» — всегда присутствует какой-то уровень посторонних сигналов

Адекватность информации — это степень соответствия реальному объективному состоянию дела. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных.

Доступность информации — мера возможности получить ту или иную информацию. На степень доступности информации влияют одновременно как доступность данных, так и доступность адекватных методов для их интерпретации

Актуальность информации — это степень соответствия информации текущему моменту времени. Нередко с актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации.

5) Носители данных. Операции с данными

Данные — диалектическая составная часть информации. Они представляют собой зарегистрированные сигналы.

В соответствии с методом регистрации данные могут храниться и транспортироваться на носителях различных видов

Самым распространенным носителем данных, хотя и не самым экономичным, по-видимому, является бумага

используется также в устройствах, осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях с отражающим покрытием (CD-ROM).

В качестве носителей, использующих изменение магнитных свойств, можно назвать магнитные ленты и диски.

Любой носитель можно характеризовать параметром разрешающей способности (количеством данных, записанных в принятой для носителя единице измерения) и динамическим диапазоном (логарифмическим отношением интенсивности амплитуд максимального и минимального регистрируемого сигналов).

В структуре возможных операций с данными можно выделить следующие основные:

сбор данных — накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений;

формализация данных — приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой, то есть повысить их уровень доступности;

фильтрация данных — отсеивание «лишних» данных, в которых нет необходимости для принятия решений; при этом должен уменьшаться уровень «шума», а достоверность и адекватность данных должны возрастать;

сортировка данных — упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования; повышает доступность информации;

архивация данных — организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме; служит для снижения экономических затрат по хранению данных и повышает общую надежность информационного процесса в целом;

защита данных — комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных;

транспортировка данных—прием и передача (доставка и поставка) данных между удаленными участниками информационного процесса; при этом источник данных в информатике принято называть сервером, а потребителя — клиентом;

преобразование данных — перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую.

6) Булевая алгебра. Основы логики.

информатика — прикладная наука, находящаяся на стыке многих наук. Вместе с тем она опирается на спектр разделов такой фундаментальной науки, как математика

Аппарат алгебры логики (булевой алгебры) создан в 1854 г. Дж. Булем как попытка изучения логики мышления математиче­скими методами.

Основное понятие булевой алгебры — выказывание

Аппарат булевой алгебры, как и любая другая формальная ма­тематическая система, состоит из трех множеств: элементов, опе­раций над ними и аксиом.

Элементы. Схемы вычислительных устройств можно условно разделить на три группы: исполнительные, информационные и уп­равляющие.

Операции. Основными, или базовыми, операциями булевой ал­гебры служат (табл. 3.1): И (AND), ИЛИ (OR) и НЕ (NOT).

7) Графы и деревья

Такая структура, как граф (в качестве синонима используется также термин «сеть»), имеет самые различные применения в информатике и в смежных приклад­ных областях

Граф G = (V, Е) задается парой конечных множеств V и Е. Элементы первого множества v1, v2,..., vM называются вершинами графа

Если ребра графа определяются упоря­доченными парами вершин, то такой граф называют ориентированным – орграфом

Если порядок ребер не имеет значения, то граф называется неориентированным.

Если две вершины соединены двумя или более ребрами, то эти ребра называют параллельными

Простой цепью, или простым путем, называется маршрут, в ко­тором ни одно ребро не повторяется дважды

Весьма важным является связанный граф, не имеющий циклов, он называется деревом

Деревья бывают также ориентированные и неориентирование.

Ориентированное дерево представляет собой ориентированный граф без циклов

8) Развитие компьютерной архитектуры. Типы компьютеров

Архитектура ЭВМ – это многоуровневая иерархия аппаратно-программных средств, из которых строится ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное распределение (построение) и применение. Конкретная реализация уровней определяет особенности структурного построения ЭВМ.

Архитектура – это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов.

ЭВМ – это устройство, выполненное на электронных приборах, предназначенное для автоматического преобразования информации под управлением программы.

Согласно фон Нейману, для того чтобы ЭВМ была универсальным и эффективным устройством обработки информации, она должна строиться в соответствии со следующими принципами:

1) Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.

2) Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

3) Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

4) Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Основными блоками по Нейману являются устройст­во управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) (обычно объеди­няемые в центральный процессор), память, внешняя память, устройства ввода и вывода.

Память (ЗУ) хранит информацию (данные) и программы.

Микропроцессор (центральный микропроцессор, CPU) — про­граммно управляемое устройство, предназначенное для обработки информации по алгоритму

Процессоры классифицируются по базовому типу, называемого семейством (Intel, AMD, Cyrix, Motorola).

быстродействие — количество операций, производимых в 1 се­кунду, измеряется в бит/с

тактовая частота — количество тактов, производимых про­цессором за 1 секунду.

разрядность — количество двоичных разрядов, которые про­цессор обрабатывает за один такт.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации

Регистры общего назначения (РОН) используются для временно­го хранения операндов исполняемой команды и результатов вычис­лений

9) Основные компоненты компьютера

Базовая конфигурация ПК - минимальный комплект аппаратный средств, достаточный для начала работы с компьютером. В настоящее время для настольных ПК базовой считается конфигурация, в которую входит четыре устройства: Системный блок; Монитор; Клавиатура; Мышь.

10) Цифровые логические схемы

Логический элемент компьютера — это часть электронной логической схемы, которая реализует элементарную логическую функцию.

Логическими элементами компьютеров являются электронные схемы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и другие

Булевая алгебра позволяет не только проводить анализ ЛС, описываемых логическими выражениями или таблицами истинности, но и синтез их из более простых,

Элементарные ЛС, используемые при создании средств ЦВТ, называются вентилями

С помощью логических схем можно реализовать любую логическую функцию, описывающую работу устройств компьютера

Каждый логический элемент имеет свое условное обозначение, которое выражает его логическую функцию. Работу логических элементов описывают с помощью таблиц истинности.

Триггер (от англ. triggerзащелка, спусковой крючок) — элек­тронное устройство с двумя устойчивыми состояниями равно­весия, чередующимися под воздействием внешних сигналов, предназначенных для записи и хранения 1 бита данных.

11) Микросхемы памяти, процессоров и шины

Памятью компьютера называется совокупность устройств для хранения программ, вводимой информации, промежуточных результатов и выходных данных.

Оперативная память (RAM — Random Access Memory, ОЗУ) — устройство, предназначенное для хранения обрабатываемой ин­формации (данных) и программ, управляющих процессом обработ­ки информации.

Основными характеристиками памяти являются объем, время доступа и плотность записи информации.

Объем памяти определяется максимальным количеством ин­формации, которая может быть помещена в эту память, и выражает­ся в кило-, мега- или гигабайтах. Типичный современный компью­тер имеет 512 Мб оперативной памяти и выше.

Время доступа к памяти (секунды) представляет собой мини­мальное время, достаточное для размещения в памяти единицы ин­формации.

Плотность записи информации (бит/см2) представляет собой количество информации, записанной на единице поверхности но­сителя.

Для ускорения доступа к оперативной памяти используется кэш­память (cache (англ.) — запас). Это сверхбыстрая оперативная па­мять

Запись в кэш-память осуществляется параллельно с запросом процессора к ОЗУ

Используется два основных типа оперативной памяти:

статистическая (SRAM-Static RAM)

динамическая (DRAM – Dynamic RAM)

По шине управления передается сигнал, определяющий, какую операцию необходимо выполнить.

По шине данных передается информация, записывающая в память или считываемая из нее.

По шине адреса передается адрес участвующих в обмене элементов памяти.

12) Представление данных в памяти компьютера.

Вопросы представления информации в ЭВМ любого типа и класса включают два основных аспекта: используемая базовая система счисления (с.с.) и собственно представление числовой и алфавитно-цифровой информации.

Исходя из современных микроэлектронных технологий и неймановского принципа адресации к памяти показано, что цифровые элементы на основе двоичной с.с. оптимальны для обеспечения максимальной производительности ЭВМ

Основной структурной единицей информации, обраба­тываемой ЭВМ, является машинное слово

Для представления числовых данных в ЭВМ используются естественная и нормальная формы записи чисел

Нормальная форма записи числа имеет вид

N = mqр,

14) Архитектура фон Неймана

в основу построения подавляющего большинства современных компьютеров положены общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, сформулированные еще в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.

Согласно фон Нейману, для того чтобы ЭВМ была универсальным и эффективным устройством обработки информации, она должна строиться в соответствии со следующими принципами:

1) Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.

2) Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

3) Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

4) Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

15) Основные принципы работы компьютера

Компьютер – это техническое средство преобразования информации, в основу работы которого заложены те же принципы обработки электрических сигналов, что и в любом электронном устройстве:

входная информация, представленная различными физическими процессами, как электрической, так и неэлектрической природы (буквами, цифрами, звуковыми сигналами и т.д.), преобразуется в электрический сигнал;

сигналы обрабатываются в блоке обработки;

с помощью преобразователя выходных сигналов обработанные сигналы преобразуются в неэлектрические сигналы (изображения на экране).

Назначение компьютера – обработка различного рода информации и представление ее в удобном для человека виде.

С позиции функционального назначения компьютер – это система, состоящая из 4-х основных устройств, выполняющих определенные функции: запоминающего устройства или памяти, которая разделяется на оперативную и постоянную, арифметико-логического устройства (АЛУ), устройства управления (УУ) и устройства ввода-вывода (УВВ). Рассмотрим их роль и назначение.

Для характеристики памяти используются следующие параметры:

емкость памяти – максимальное количество хранимой информации в байтах;

быстродействие памяти – время обращения к памяти, определяемое временем считывания или временем записи информации.

Фактически УУ выполняет следующий цикл действий:

формирование адреса очередной команды;

чтение команды из памяти и ее расшифровка;

выполнение команды.

16)Устройство процессора и его назначения

На самом деле то, что мы сегодня называем процессором, правильно называть микропроцессором. Разница есть и определяется видом устройства и его историческим развитием.

Первый процессор (Intel 4004) появился в 1971 году.

Внешне представляет собой кремневую пластинку с миллионами и миллиардами (на сегодняшний день) транзисторов и каналов для прохождения сигналов.

Назначение процессора – это автоматическое выполнение программы. Другими словами, он является основным компонентом любого компьютера.

Ключевыми компонентами процессора являются арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры и устройство управления. АЛУ выполнят основные математические и логические операции. Все вычисления производятся в двоичной системе счисления.

Кэш данных и команд хранит часто используемые данные и команды. Обращение в кэш происходит намного быстрее, чем в оперативную память, поэтому, чем он больше, тем лучше.

17) Оперативная память компьютера. Устройства вторичной памяти.

оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) или RAM-Random Access Memory и б) постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) или Rom-Read Onty Memory.

ОЗУ предназначена для хранения переменной информации, работает в режимах записи, чтения и хранения.

Оперативная память (RAM — Random Access Memory, ОЗУ) — устройство, предназначенное для хранения обрабатываемой ин­формации (данных) и программ, управляющих процессом обработ­ки информации.

Важнейшей характеристикой модулей оперативной памяти яв­ляется быстродействие

Для ускорения доступа к оперативной памяти используется кэш­память (cache (англ.) — запас). Это сверхбыстрая оперативная па­мять, предназначенная для временного хранения данных и поме­щенная между оперативной памятью и процессором

Запись в кэш-память осуществляется параллельно с запросом процессора к ОЗУ

Используется два основных типа оперативной памяти:

статистическая (SRAM-Static RAM)

динамическая (DRAM – Dynamic RAM)

Эти две разновидности памяти различаются быстродействием и удельной плотностью (емкостью хранимой информации

18) Устройства ввода и вывода

Устройства ввода-вывода (УВВ) разделены на собственно УВВ и управляющие ими контрол­леры (карты), включаемые в системную плату или установленные прямо на ней.

К устройствам ввода информации относятся клавиатура, ручные манипуляторы, мышь, трекбол, джойстик, трекпойн, джойстринг, диджитайзер, трекпад, сканер, световое перо, информационные перчатки, костюм, шлем, цифровая видеокамера, микрофон и т.д.

К устройствам вывода информации относятся дисплей, принтер, плоттер, акустические колонки и др.

19) Стратегии решения задач и поиск решений

Понятие "стратегия" применяется в ситуациях, когда общую проблему нужно решить с помощью нескольких разных алгоритмов в зависимости от контекста.

Выбор решения может основываться на выборе пользователя

Решение задачи на ПВЭМ представляет собой процесс получения результатной информации на основе обработки исходных данных с помощью программы, составленной из команд систем управления отдельных устройств вычислительной машины

Первый этап. Постановка задачи. На этом этапе:

раскрывается организационно-экономическая сущность задачи, т.е. формируется цель ее решения;

определяется взаимосвязь с другими задачами;

указывается периодичность ее решения;

рассматриваются состав и форма представления входной, промежуточной и результатной информации;

характеризуются формы и методы контроля достоверности информации на ключевых этапах решения задачи;

специфируются формы взаимодействия пользователя с ЭВМ в ходе решения задачи.

форма представления отдельных реквизитов (цифровая, символьная и т.д.). Для цифровой информации указывается целочисленный или дробный характер реквизита;

количество знаков (разрядов), выделяемых для записи реквизитов, исходя из их максимальной значности;

вид реквизита в процессе решения задачи (первичный, расчетный, нормативный, справочный и т.д.)

источник (документ) возникновения реквизита.

На втором этапе выполняется формализованное описание задачи устанавливаются и формируются средствами языка математики логико-математические зависимости между исходными и результатными данными

При решении задач используются модели:

аналитические (вычислительные);

матричные (балансовые);

графические (сетевые).

Третий этап - алгоритмизация ее решения,

Свойства алгоритма:

детерминированность;

массовость;

результативность;

дискретность.

Способы описания алгоритмов:

словесный,

формульно-словесный,

графический (метод блок-схемы),

средствами специального языка операторных схем,

псевдокод,

с помощью языка программирования.

20) Концепции и свойства алгоритмов, реализация алгоритмов.

Алгоритм – это конечный набор правил, последовательное применение которых к обрабатываемой информации за конечное число шагов позволяет получить результаты обработки

Основные свойства алгоритма:

Дискретность, т.е. пошаговый характер определяемого им процесса.

Детерминированность (однозначность или определенность). Процесс применения правил к исходным данным определен вполне однозначно, результат работы алгоритма также будет однозначен

Массовость. Необходимы алгоритмы, обеспечивающие решение широкого класса задач данного типа

Результативность. При точном исполнении всех предписаний алгоритма процесс должен прекратиться за конечное число шагов и при этом должен быть получен какой-либо определенный ответ на вопрос задачи.

Формы (способы) записи алгоритмов:

Словесный способ алгоритма – содержание последовательных шагов вычислений задается в произвольной форме на естественном языке

Формульно-словесный способ основывается на задании последовательных шагов алгоритма с помощью математических формул и выражений в сочетании со словесными выражениями

Операторные схемы записи алгоритмов – это аналитическая форма представления алгоритма с помощью операторов, описывающих содержание отдельных участков вычислительного процесса

Метод блок-схемы – это графическое изображение логической структуры алгоритма.

Язык программирования используется для записи алгоритмов в виде, непосредственно доступном ЭВМ.

21) Блок схем

Наименование блока

Графическое представление блока

Функция блока

Линейный процесс

Выполнение операции или группы операций, в результате которых изменяются значение, форма представления или рас­положение данных

Проверка условия, логическое решение

Выбор направления выполне­ния алгоритма в зависимости от некоторых переменных ус­ловий

Ввод-вывод

Преобразование данных в фор­му, пригодную для обработки (ввод) или отображения резуль­татов обработки (вывод)

Начало-конец алгоритма (пуск-остановка)

Начало, конец процесса обра­ботки данных

Предопределенный (заранее описанный) процесс, модуль

Использование ранее создан­ных или отдельно описанных алгоритмов (модулей)

Соединитель

Указание связи между пре­рванными линиями потока об­работки данных

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.