Министерство образования Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. А.Н.Туполева

Кафедра АСОИУ

С.А. Зарайский

В. А. Песошин

Н.Т. Песошина

В.А. Суздальцев

И.В. Суздальцев

Информатика - 2

Направление 230200 «Информационные системы» 2-й семестр

Комплексное учебное пособие

Казань 2009

УДК 004(075.9)

Зарайского С.А., Песошина В. А., Песошиной Н.Т., Суздальцева В.А., Суздальцева И.В., по дисциплине «Информатика-2» (Направление 230200 «Информационные системы» 2-й семестр) Учебное пособие. Казань:

В учебном пособии «Информатика-2» (2-й семестр обучения) определены фундаментальные понятия информатики, принципы функционирования ЭВМ, процесс хранения информации в вычислительных системах, процесс передачи информации по каналам связи, организация вычислительных сетей, кодирование информации, защита информации.

Учебное пособие предназначено для бакалавров направления 230200 «Информационные системы».

Рекомендовано к изданию

Учебно-методическим центром

КГТУ им А. Н. Туполева

Содержание

ВВЕДЕНИЕ………………….……………………………….……	4
1. Логические основы информатики. Основные понятия и определения	5
2. Преобразования логических выражений	17
3. ЭВМ – средство обработки информации. Комбинационные схемы и конечные автоматы.	25
4 Функциональная и структурная организация ЭВМ	49
5. Понятие файла и файловой системы	85
6. Таблица размещения файлов FAT. Базы данных. Основные типы данных.	94
7. Информационная модель канала передачи.	103
8. Средства коммуникаций и мировые сети	116
9.Основы кодирования информации	131

10.Защита информации 146

Введение

В учебном пособии изложены основы современной информатики как комплексной научно – технической дисциплины, включающей изучение структуры общих свойств информации и информационных процессов, общих принципов построения вычислительных устройств, а также систем обработки, хранения и передачи информации.

Во второй части учебного пособия «Информатика-2» рассмотрены;

принципы функционирования ЭВМ;

выполнение команд процессором;

информационная модель канала передачи информации,

организация вычислительных сетей;

кодирование информации.

Пособие предназначено для организации обучения студентов очной, очно - заочной, заочной и дистанционной форм обучения первого курса (2-го семестра) направления 230200 "Информционные системы». Данное пособие может быть полезным студентам направления 230100 "Информатика и вычислительная техника".

1. Логические основы информатики. Основные понятия и определения

1.1. ЭВМ — программно-управляемый цифровой автомат

Внедрение цифровых устройств явилось огромным достижением ученых и инженеров конца ХХ века. Их преимущество над аналоговыми основано на следующих факторах:

цифровые устройства допускают большую степень интеграции в составе микросхем, в настоящее время в одной микросхеме размещают десятки сотни миллионов транзисторов;

в отличие от аналоговых устройств данные в цифровых устройствах не зависят от температуры окружающей среды, влажности, давления, напряжения питания;

точность цифровых устройств неограниченна, в настоящее время выпускаются 64- и 128-разрядные процессоры, относительная точность которых составляет 10^-12.

Электронные цифровые машины с программным управлением представляют собой пример одного из наиболее распространенных в настоящее время типов преобразователей дискретной информации, называемых дискретными и или цифровыми автоматами. С точки зрения пользователя вычислительная машина представляется в виде некоего «черного ящика», выполняющего достаточно сложные и многочисленные операции при решении самых разнообразных задач. О том, как устроен этот «черный ящик», можно получить достаточно подробные сведения, проведя тщательный анализ процессов представления, преобразования и переработки информации. Необходимо выделить несколько важных положений.

1. Прежде всего, любая вычислительная машина (ВМ) работает автоматически (будь то большая или малая ЭВМ, персональный компьютер, микропроцессор или Супер-ЭВМ). В этом смысле ВМ как автомат может быть описан структурной схемой, представленной на рис. 1.1. Элементы этой структурной схемы применительно к электронным вычислительным машинам (ЭВМ) универсального назначения могут быть определены следующим образом (рис. 1.2).

Рис. 1.1. Обобщенная блок –схема автомата

В качестве исполнительных элементов в автомат включаются;

арифметико-логическое устройство (AЛУ);

память;

устройства ввода—вывода информации.

Управляющим элементом автомата является устройство управления (УУ), которое собственно обеспечивает автоматический режим работы.

Вспомогательными устройствами автомата могут быть всевозможные дополнительные средства, улучшающие или расширяющие возможности автомата.

Рис. 1.2. Структурная схема ЭВМ

Это положение подкрепляет две фундаментальные идеи. Первая состоит в том, что ЭВМ — автомат для переработки и преобразования цифровой или дискретной информации. Это означает, что вся подаваемая на вход ЭВМ информация (текстовая, графическая, числовая и т. п.) должна быть преобразована в набор цифр или чисел, представленных в выбранной системе счисления. Вторая идея заключается в том, что ЭВМ управляется специальной программой, которая может либо вводится в ЭВМ, либо храниться в ее памяти. Программа выполняется автоматически команда за командой (ЭВМ — программно-управляемый цифровой автомат). Следует подчеркнуть очень важные функции памяти ЭВМ.

Память (запоминающее устройство) — функциональная часть ЭВМ предназначенная для хранения и (или) выдачи входной информации, промежуточных и окончательных результатов, вспомогательной информации.

В памяти машины находятся также программы решения задач, через команды которых осуществляется управление работой всей машины.

Основные параметры, характеризующие память, — емкость и время обращения к памяти.

Емкость памяти — количество слов информации, которое можно записать в память. При этом словом является упорядоченная последователь символов алфавита конечной длины. Ячейка памяти — часть памяти содержащая слово.

Ёмкость памяти можно выразить количеством содержащихся в ней слов или ячеек. Длина ячейки памяти измеряется количеством битов (один бит равен одному двоичному разряду) или байтов (один байт содержит восемь битов). Ячейка памяти может вмещать информацию разной длины или разного формата. Формат измеряется словом, двойным словом или полусловом в зависимости от принятого для данной ЭВМ способа представления информации.

Время обращения — интервал времени между началом и окончанием ввода (вывода) информации в память (из памяти). Оно характеризует затраты времени на поиск места и запись (чтение) слова в память (из памяти).

Для построения запоминающих устройств в качестве физических элементов используют электронные схемы, ферритовые магнитные материалы, магнитные ленты и диски, оптические запоминающие элементы и т. д.

Основным преобразователем цифровой информации являемся арифметико - логическое устройство АЛУ. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) — функциональная часть ЭВМ, которая выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти. Оно характеризуется временем выполнения элементарных операций; средним быстродействием т. е. количеством арифметических или логических действий (операций), выполняемых в единицу времени (секунду); набором элементарных действий, которые оно выполняет. Важной характеристикой AЛУ является также система счисления, в которой осуществляются все действия.

В современных вычислительных устройствах основным исполнительным элементом является процессор (П) или микропроцессор (МП), который содержит в себе АЛУ, память (как правило, оперативную память), блок управления.

Устройство управления (УУ) - часть центрального процессора. Оно вырабатывает распределенную во времени и пространстве последовательность внутренних и внешних управляющих сигналов, обеспечивающих выборку и выполнение команд. Эти команды задают последовательность простейших низкоуровневых операций, таких как пересылка данных, сдвиг данных, установка и анализ признаков, запоминание результатов др. Такие элементарные низкоуровневые операции называют микрооперациями, а команды, формируемые устройством управления, называют микрокомандами. Последовательность микрокоманд, соответствующая одной команде, называется микропрограммой.

Для формального описания цифрового автомата широко применяют аппарат алгебры логики, являющейся одним из важных разделов математической логики.