20. Тенденции развития компьютерной техники. Компьютер как вычислительная система.

В настоящее время существуют тенденции по миниатюризации и увеличению мощности устройств, которые очень часто только отдаленно напоминают компьютеры. Увеличение мобильности устройств. Интеграция с различными сервисами. Виртуализация (Cloud computing). Поиск новой аппаратной базы (нанотрубки, фотоника, молекулярные компьютеры).

Факторы, влияющие на быстродействие компьютера — быстродействие центрального

процессора, объём оперативной памяти, объём и быстродействие жёсткого диска и т. д. Любой компьютер является целой вычислительной системой, поэтому его производительность может быть оценена только как совместная работа устройств, составляющих его. Для этого необходимо производить анализ «узкого места» (bottleneck) в вычислительной системе.

Так как современные персональные компьютеры строятся по принцип «открытой архитектуры», то возможна замена и модернизация отдельных его частей, независимо друг от друга. 1. Быстродействие, если играете в компьютерные игры, хорошая видеокарта

2. Мобильность, если предполагаете перемещаться; стационарные монитор, мышь, клавиатура для дома

3. Очень хороший монитор, чтобы не испортить зрение

4. Тишина при работе, выход установка «тонких клиентов»

5. Источник бесперебойного питания

6. Как будет осуществляться подключение к Интернет и домашней сети

7. Накопитель flash, и USB-порт на передней панели компьютер Предел развития компьютера Реальная частота работы процессора вряд ли превысит 10 ГГц. Увеличение производительности будет достигаться в первую очередь изменением архитектуры процессора.

Звук больше 32-бит не имеет смысла, увеличение качества звучания будет просто не заметно для человека.

Мониторы — размер минимального элемента и частота восстановления изображения на экране

19. Классификация ЭВМ по различным признакам Быстродействие компьютера Мэйнфреймы, Серверы, Персональные компьютеры (PC, notebook), PDA (Personal Digital Assistant) КПК, Handheld PC, Игровая приставка Тонкие клиенты Мобильные и встраиваемые (embedded) систем Классификация по уровню специализации -универсальные (ПК); - специализированные (графические станции). Классификация по поколениям:Производится на основе анализа аппаратной базы компьютера.

18. Принципы фон Неймана для организации работы ЭВМ 1. Компьютеры на электронных элементах должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления. 2. Компьютер управляется программой, составленной из отдельных шагов - команд. Программа должна размещаться в одном из блоков компьютера - в запоминающем устройстве, обладающем достаточной емкостью и скоростью выборки команд. 3. Команды, так же как и числа, с которыми оперирует компьютер, записываются в двоичном коде. Это обстоятельство приводит к следующим важным последствиям: а) промежуточные результаты вычислений, константы и другие числа могут размещаться в том же запоминающем устройстве, что и программа; б) числовая форма записи программы позволяет производить операции над величинами, которыми закодированы команды программы; в) появляется возможность перехода в процессе вычислений на тот или иной участок программы в зависимости от результатов вычислений, условных переходов. 4. Трудности физической реализации запоминающего устройства, быстродействие которого соответствует скорости работы логических схем требует иерархической организации памяти. 5. Арифметическое устройство конструируется на основе схем, выполняющих операцию сложения - создание специальных устройств для выполнения других операций нецелесообразно. 6. Необходимо использовать параллельный принцип организации вычислительного процесса (операции над словами производятся одновременно во всех разрядах слова)

17. История создания ЭВМ В развитии можно выделить следующие этапы:

1. Простейшие приспособления — абак, счеты, счет на линиях 2. Механизмы — суммирующее устройство Блеза Паскаля, механический калькулятор Лейбница, арифмометр 3. Автоматы — аналитическая машина Чарльза Беббиджа (Ада Лавлейс), ткацкий станок Жозефа Мари Жаккарда. Принципы: автоматическое выполнение операций, данные и программы отдельно, наличие памяти. 4. Компьютер (англ. computer — «вычислитель», ЭВМ — электронная вычислительная машина) — электронный прибор для программной автоматизации работы с информацией Немец Конрад Цузе в 1938 году создал механическую вычислительную машину и работал на ней; в 1941 году появился ее релейный, двоичный вариант.

В 1944 г. ученый Гарвардского университета Говард Айкен (1900-1973) создает первую в США релейно-механическую цифровую вычислительную машину МАРК-1.

14 февраля 1946 года, в университете штата Пенсильвания военным и ученым показали работу первой в мире ЭВМ под названием Electronic Numerucal Integrator and Computer, или сокращенно ENIAC (электронно-числовой интегратор и вычислитель).

В 1949 году в Англии была введена в строй первая машина с хранимой в памяти программой EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer). В России развитие ЭВМ связано с именем Сергея Александровича Лебедева. В 1951-м под руководством Лебедева была построена МЭСМ — «малая электронно-счетная машина». Эта машина оказалась первой в континентальной Европе настоящей ЭВМ, построенной по принципам фон Неймана.

БЭСМ-1 (1956 г.)

БЭСМ-6 (1967 г.)

16. Информатизация общества Развитие информатики в конце XX века можно назвать информационной революцией, поэтому возникает целый ряд вопросов, как это может изменить жизнь общества. . некоторые аспекты информатизации общества

Экономический аспект

-глобализация экономики и глобальная информатизация экономики; - электронный бизнес, электронные деньги;

- информация как ресурс (товар);

- автоматизация производства → интеллектуализация кадров.

Социальный аспект

- изменение структуры современного общества;

- государственное управление и политическая жизнь в условиях развития информационного общества (e-Government);

- СМИ;

- частная жизнь (RFID-метки, Radio-frequency identification, камеры слежения);

- информационные технологии в быту.

Медицинские аспекты

- увеличение продолжительности жизни;

- здравоохранение (дистанционная диагностика, интеллектуальные лекарства, справочники лекарственных средств);

- здоровье человека (профессиональные заболевания, дети и компьютер);

- имплантация чипа.

Правовые аспекты

- права и свободы граждан информационного общества;

- информационная безопасность;

- защита частной жизни;

15. Информатика. Предмет информатикиИнформатика — 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. Предмет информатики -аппаратное обеспечение средств вычислительной техники (HardWare); - программное обеспечение (SoftWare); - средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения; - средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами. Интерфейс — взаимодействие.

14) Кодирование звука и видео Кодирование звуковой информации

Ноты

В настоящее время существует два основных способах записи звука: аналоговый и цифровой.

Важными параметрами дискретизации сигнала являются частота и разрешение. Частота дискретизации — количество измерений амплитуды аналогового сигнала в секунду.

Если частота дискретизации не будет более чем в два раза превышать частоту верхней границы звукового диапазона, то на высоких частотах будут происходить потери. Это объясняет то, что стандартная частота для звукового компакт-диска (Audio CD) — это частота 44.1 кГц. Так как диапазон колебаний звуковых волн, которые слышит человек, находится в пределах от 20 Гц до 20 кГц, то количество измерений сигнала в секунду должно быть больше, чем количество колебаний за тот же промежуток времени, см. теорема Котельникова.

В новом формате компакт-дисков DVD-Audio за одну секунду сигнал может измеряться с частотой до 192 кГц. Для экономии места на жестком диске в мультимедийных приложениях довольно часто применяют меньшие частоты: 11, 22, 32 кГц. Это приводит к уменьшению слышимого диапазона частот, а, значит, происходит сильное искажение того, что слышно.

Разрешение или разрядность (квантование) показывает, с какой точностью происходят изменения амплитуды аналогового сигнала. Точность, с которой при оцифровке передается значение амплитуды сигнала в каждый из моментов времени, определяет качество сигнала после цифро-аналогового преобразования. Именно от разрядности зависит достоверность восстановления формы волны. Для кодирования значения амплитуды используют принцип двоичного кодирования. Обычно используют 8, 16-битное или 20-битное представление значений амплитуды.

Таким образом, звуковой сигнал кодируется в виде последовательности электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

Так же как и в случае графических файлов, размеры получаемых данных очень большие, поэтому существуют форматы хранения звуковой информации с потерей и без потери качества. Кодирование видео информации

Частота карда (frame rate) — количество кадров, сменяющих друг друга в секунду. При записи видео используется 30 к/с, в кино — 24 к/с, а для человека, если картинки сменяют друг друга с частотой не менее 16 к/с, то он воспринимает это как движущееся изображение.

В зависимости от требований конкретных приложений, различают два основных подхода к кодированию видеоданных — кодирование с частичной потерей видеоданных и кодирование без потерь. Кодирование без потерь широко применяется при студийном, архивном хранении видеофильмов и слайдов. Совсем другую цель преследует кодирование с частичной потерей данных. Здесь главное — удовлетворить требованиям полосы пропускания канала связи (модема) либо быстродействия устройства, предоставляющего видеоданные (видеокамеры).

Ввиду большого объема видеофайлов, они при передаче и записи в память сжимаются (выполняется компрессия видеоданных); при воспроизведении картинки выполняется обратная процедура — декомпрессия.. Средства сжатия данных обычно называют КОДЕКами ((frame grabber) — Compressor-DECompressor — КОдер-ДЕКодер). Широкое распространение получили, например КОДЕКи: Motion JPEG, INDEO, Cinepak, MPEG и т. д.

13. Кодирование графических данных Имеется два основных метода для представления изображений: Векторная графика — изображения представляются в виде набора отрезков, прямых и кривых линий. Растровая графика — изображение представляется в виде двухмерного массива точек, которые называются пикселями. В зависимости от количества бит, выделяемых для хранения информации о цвете пикселя, получаем разное количество цветов (глубина цвета): - 0 и 1, 21 = 2, черно-белое изображение; - 8 бит, 28 = 256; - 16 бит — High Color; - 24 бит, RGB (Red, Green, Blue — ) — 16,5 млн. цветов — True Color; - 32 бит, CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Key color) (голубой, пурпур, желтый, черный) Глаз человека может воспринимать до 100 тысяч цветов. RGB — аддитивная цветовая модель. Цвета получаются путем добавления к черному цвету. Используется для описания цвета на мониторе компьютера. CMYK — субтрактивная цветовая модель, используемая прежде всего в полиграфии для стандартной триадной печати. Цвета получаются путем вычитания из белого цвета. Размер получаемых графических файлов очень большой, поэтому существуют форматы графических файлов, которые поддерживают кодирование информации с потерями и без потерь.

12. Кодирование текстовых данных Кодирование текстовых данных осуществляется с использованием таблиц, в которых каждому символу в соответствие поставлен некоторый код.

Первоначально для хранения одного символа использовался только один байт (8 бит), поэтому максимальное количество символов, которые можно было закодировать, было равно 256.

Кодирование информации осуществлялось с использованием кодов ASCII (American Standard Code for Information Interchange), которые включали в себя управляющие коды, цифры, знаки препинания, латинские большие и маленькие буквы. Это коды с номерами 0 – 127 в таблице ASCII.

Для кодирования национальных алфавитов, которые используют символы, отличные от латиницы (кириллица, греческий, арабский, иврит и т.д.), использовалась верхняя часть таблицы ASCII. Это коды с номерами 128 – 255 в таблице ASCII.

Из-за того, что одновременно существует и применяется несколько способов записи верхней части таблицы ASCII для кириллицы, возникают проблемы с кодировкой текстовой информации. Кодировка кириллицы

Windows-1251

КОИ-8 (код обмена информацией)

ISO 8859-5

CP-866

В настоящее время в информационных системах для кодирования текстовой информации все активнее используется кодировка Unicode, в которой каждый символ кодируется переменным числом байтов от 1 до 6. На практике чаще всего используется кодирование с использованием 2 байтов, редко используемые символы кодируются 4 байтами.

11. Кодирование целых и действительных чисел Целые числа без знака Целые числа переводятся в двоичную систему счисления, занимают один, два или большее количество байт, незначащие разряды числа заполняют нулями. 8 бит = 1 байт 4610 = 1011102 В однобайтовом формате:

7 6 5 4 3 2 1 0

0 0 1 0 1 1 1 0

Максимальное число, которое может быть закодировано N битами 2N. Целые числа со знаком Целые числа переводятся в двоичную систему счисления, записываются в прямом, обратном или дополнительном коде, занимают один, два или большее количество байт, незначащие разряды числа заполняют нулями, кроме самого левого (старшего). Этот разряд содержит информацию о знаке числа. Знак «плюс» кодируется нулем, а «минус» — единицей. Положительные числа в прямом, обратном и дополнительном коде имеют одинаковое представление, в знаковом разряде стоит ноль. 4610 = 1011102

Для отрицательных чисел прямой код формируется как двоичное представление числа, а в знаковый разряд ставится единица, так для — 4610: 7 6 5 4 3 2 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 Обратный код получается инвертированием разрядов прямого кода без знакового разряда, так для — 4610: 7 6 5 4 3 2 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 Дополнительный код получается из обратного кода с добавлением единицы к младшему разряду, при этом перенос в знаковый разряд игнорируется, так для — 4610: 7 6 5 4 3 2 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0

10 Импликация и эквивалентность. Импликация — A → B определяет логическую функцию, тождественно совпадающую с функцией !A ИЛИ B. (если …, то …). Эквивалентность — A ↔ B определяет логическую функцию, совпадающую с функцией (A -> B) && (B -> A) (тогда и только тогда). 9. Основные операции алгебры логики. Алгебра логики — раздел математической логики, в котором вводятся операции над логическими высказываниями. Логическое высказывание — математическое выражение, результатом вычисления которого являются ЛОЖЬ или ИСТИНА. Основные операции Вводятся основные операции, в скобках даны их возможные обозначения: - Конъюнкция (И, &, ^), бинарная операция, вычисляется для двух и более аргументов; -Дизъюнкция (ИЛИ, 1, |, V), бинарная операция; -Инверсия, отрицание (НЕ, °, ¯, !), унарная операция, вычисляется для одного аргумента. Порядок выполнения операций - Инверсия; -Конъюнкция; -Дизъюнкция; -Импликация и эквивалентность. Порядок выполнения может изменяться скобками.

8. Двоичная система счисления. Перевод чисел из двоичной в шестнадцатеричную и восьмеричную систему счисления и обратно Двоичная система счисления — это позиционная система счисления с основанием 2. В этой системе счисления, числа записываются с помощью двух символов (0 и 1).

7. Системы счисления. Перевод целого числа из десятичной системы счисления в любую Для перевода целого десятичного числа в систему с основанием q его необходимо последовательно делить на q до тех пор , пока не останется остаток, меньший или равный q-1, а затем полученные остатки записать в обратном порядке.

6. Системы счисления. Перевод из произвольной системы счисления в десятичную Система счисления — знаковая система записи и именования чисел. Выделяют позиционные системы счисления, в которой один и тот же числовой знак в записи числа имеет различные значения в зависимости от того места (разряда), где он расположен, и непозиционные системы счисления, в которой величина, которую обозначает числовой знак не зависит от положения в числе. Позиционная система счисления — современная десятичная система счисления Непозиционная система счисления — римская система счисления Перевод произвольной позиционной системы счисления в десятичную Перевод осуществляется по формуле (1). Основание системы счисления q берется в десятичной системе счисления.

5. Единицы измерения информации. ПК «понимает» только нули и единички – с помощью них и представляется информация в компьютере. Эти «нули и единички» называются битом. Бит может принимать одно из двух значений – 0 или 1. Восьми таких бит достаточно, чтобы придать уникальность любому символу, а таких последовательностей, состоящих из 8 бит, может быть 256, что достаточно, чтобы отобразить любой символ. Поэтому – 1 символ = 8 битам. Но информацию не считают не в символах не в битах. Информацию считают в байтах, где 1 символ = 8 битам = 1 байту. Байт – это единица измерения информации. Но т.к. приходится считать большие объемы информации, существует еще несколько единиц измерения информации. Это: 1 Килобайт = 2 10 = 1024 байта. 1 Мегабайт = 1024 Кб 1 Гигабайт = 1024 Мб 1 Терабайт = 1024 Гб

4. Энтропия. Энтропи́я- в теории информации — мера неопределённости какого-либо опыта (испытания), который может иметь разные исходы, а значит и количество информации; в исторической науке, для экспликации феноменаальтернативности истории (инвариантности и вариативности исторического процесса).

Информацио́нная энтропи́я — мера неопределённости или непредсказуемости информации, неопределённость появления какого-либо символа первичного алфавита. При отсутствии информационных потерь численно равна количеству информации на символ передаваемого сообщения.

Например, в последовательности букв, составляющих какое-либо предложение на русском языке, разные буквы появляются с разной частотой, поэтому неопределённость появления для некоторых букв меньше, чем для других. Если же учесть, что некоторые сочетания букв (в этом случае говорят об энтропии n-ого порядка, см. ниже) встречаются очень редко, то неопределённость уменьшается еще сильнее.