Лекция № 9.Компьютерная обработка информации.

Вопросы:

Основные понятия.
Поколения эвм.
Классификация средств обработки информации.
Классификация программного обеспечения.

Основные понятия. Обработка является одной из основных операций, выполняемых над информацией и главным средством увеличения ее объема и разнообразия. Для осуществления обработки информации с помощью технических средств ее представляют в формализованном виде структур данных («информационных объектов»), представляющих собой некоторую абстракцию фрагмента реального мира. Абстракция (от лат. Abstraction-отвлечение) подразумевает выделение наиболее существенных с точки зрения задачи обработки свойств и связей. Так, например, информация о студенте, необходимая для учета его успеваемости, может быть представлена набором таких идентифицирующих данных, как фамилия, имя, отчество, номер учебной группы. При этом несущественные для данной задачи характеристики, например рост, вес, цвет волос и т. п., не будут учтены.

Обработка информации - получение одних «информационных объектов» (структур данных) из других путем выполнения некоторых алгоритмов.

Исполнитель алгоритма - абстрактная или реальная (техническая, биологическая или биотехническая) система, способная выполнить действия, предписываемые алгоритмом.

В современной информатике основным исполнителем алгоритмов является ЭВМ, называемая также компьютером (от англ. Computer - вычислитель).

ЭВМ — электронное устройство, предназначенное для автоматизации процесса алгоритмической обработки информации и вычислений.

В зависимости от формы представления обрабатываемой информации вычислительные машины делятся на три больших класса:

1) цифровые вычислительные машины (ЦВМ), обрабатывающие информацию, представленную в цифровой форме;

2) аналоговые вычислительные машины (АВМ), обрабатывающие информацию, представленную в виде непрерывно меняющихся значений какой-либо физической величины (электрического напряжения, тока и т. д.);

3) гибридные вычислительные машины (ГВМ), содержащие как аналоговые, так и цифровые вычислительные устройства.

В основе функционирования АВМ заложен принцип моделирования. Так, при использовании в качестве модели некоторой задачи электронных цепей каждой переменной величине задачи ставится в соответствие определенная переменная величина электронной цепи. При этом основой построения такой модели является изоморфизм (подобие) исследуемой задачи и соответствующей ей электронной модели. Согласно своим вычислительным возможностям АВМ наиболее приспособлены для решения математических задач, содержащих дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики. В отличие от ЦВМ, точность которых определяется их разрядностью, точность вычислений на АВМ ограничена и характеризуется качеством изготовлений элементной базы и основных узлов. В то же время для целого класса задач скорость решения задач на АВМ может быть значительно больше, чем на ЦВМ. Это объясняется параллельным принципом решения задач на АВМ, когда результат решения получается мгновенно и одновременно во всех точках модели. Данная особенность обусловливает использование АВМ в замкнутых системах автоматического регулирования и для решения задач в режиме реального времени. Гибридные вычислительные машины, содержащие как аналоговые, так и цифровые вычислительные устройства, совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. В таких машинах цифровые устройства обычно служат для управления и выполнения логических операций, а аналоговые устройства — для решения дифференциальных уравнений. Поскольку в настоящее время подавляющее большинство компьютеров являются цифровыми, далее слово комп., (ЭВМ), будем употреблять в значении «цифровой компьютер». Для обработки аналоговой информации на таком компьютере ее сначала преобразуют в цифровую форму.

Основу современных компьютеров образует аппаратура (Hard Ware)- совокупность электронных и электромеханических элементов и устройств, а принцип компьютерной обработки информации состоит в выполнении программы (Software) – формализованном описании алгоритма обработки в виде последовательности команд, управляющих процессом обработки.

Команда представляет собой двоичный код, который определяет действие вычислительной системы по выполнению какой-либо операции.

Операция- комплекс совершаемых технологических действий над информацией по одной из команд программы.

Основными операциями при обработке информации на ЭВМ являются арифметические и логические. Арифметические операции включают в себя все виды математических действий, обусловленных программой, над целыми числами, дробями и числами с плавающей занятой. Логические операции обеспечивают действия над логическими величинами с получением логического результата.В вычислительных системах последовательность действий составляющих задачу обработки информации, называют процессом.

Дескриптор процесса - совокупность сведений, определяющих состояние ресурсов ЭВМ, предоставленных процессу.

В вычислительной системе может одновременно существовать произвольное число процессов, поэтому между ними возможна конкуренция за обладание тем или иным ресурсом, в первую очередь временем процессора - основного вычислительного устройства ЭВМ. Это обусловливает необходимость организации управления процессами и их планирования. В современных ЭВМ для решения данных задач служат операционные системы (ОС), включающие совокупность программ для управления процессами, распределения ресурсов, организации ввода-вывода и интерфейса с пользователем.

С точки зрения организации вычислительных процессов в ЭВМ выделяют несколько режимов: 1) однопрограммный однопользовательский режим, в котором вычисления носят последовательный характер, а ресурсы ЭВМ не разделяются; 2) мультизадачный, когда несколько программ последовательно используют время процессора, при этом возможно разделение как аппаратных, так и программных ресурсов ЭВМ; 3) многопользовательский, когда каждому пользователю выделяется квант (интервал) времени процессора, при этом задача распределения ресурсов, в первую очередь времени процессора и памяти, значительно усложняется; 4) мультипроцессорный, когда вычислительная система, включающая несколько процессоров, позволяет выполнять реальные параллельные процессы, при этом распределение ресурсов носит наиболее сложный характер.

При выполнении задач обработки информации на компьютере выделяют пакетный и интерактивный (запросный, диалоговый) режимы взаимодействия пользователя с ЭВМ. Пакетный режим первоначально использовался для снижения производительных затрат машинного времени путем объединения однотипных заданий. Его суть заключается в следующем. Задания группируются в пакеты, каждый со своим отдельным компилятором. Компилятор загружается один раз, а затем осуществляется последовательная трансляция всех заданий пакета. По окончании компиляций пакета все успешно транслированные в двоичный код задания последовательно загружаются и обрабатываются.

Интерактивный режим - предусматривает непосредственное взаимодействие пользователя с информационно-вычислительной системой может носить характер запроса (как правило, регламентированного) или диалога с ЭВМ.

Запросный режим - позволяет дифференцированно, в строго установленном порядке предоставлять пользователям время для общения с ЭВМ.

Диалоговый режим - открывает пользователю возможность непосредственно взаимодействовать с вычислительной системой в допустимом для него темпе работы, реализуя повторяющийся цикл выдачи задания, получения и анализа ответа. При этом ЭВМ сама может инициировать диалог, сообщая пользователю последовательность шагов (предоставление меню) для получения искомого результата. Организация взаимодействия пользователя и ЭВМ представлена на рис. (9.1). Взаимодействие осуществляется путем передачи сообщений и управляющих сигналов между пользователем и ЭВМ. Входные сообщения генерируются оператором с помощью средств ввода: клавиатуры, манипуляторов типа мышь и т. п., выходные - компьютером в виде текстов, звуковых сигналов, изображений и представляются пользователю на экране монитора или других устройствах вывода информации. Основными типами сообщений, генерируемыми пользователем, являются: запрос информации, запрос помощи, запрос операции или функции, ввод или изменение информации и т. д. В ответ со стороны компьютера он получает: подсказки или справки, информационные сообщения, не требующие ответа, приказы, требующие действий, сообщения об ошибках, нуждающиеся в ответных действиях и т. д.