1.Информация и ее свойства. Информационные процессы.

Информатика – это совокупность дисциплин, изучающих свойства информации, способы ее представления, накопления, обработки и передачи с помощью технических средств, а также различные аспекты развития информационных процессов.

Понятие информации – одно из наиболее емких понятий науки. В первоначальном смысле термин информация (лат. informatio – разъяснение, изложение, осведомленность) означает сведения вообще. В настоящее время он используется в экономике и философии, в искусстве и технике, просто в повседневной жизни. Поэтому предлагаются различные его определения: знание, которое мы получаем, читая текст или воспринимая некоторый образ; обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему, и целый ряд других. Определим понятие информации с точки зрения информатики.

Информация – это совокупность данных, фактов, знаний о некоторой системе, характеризующих организацию, структуру, состояние и поведение системы в целом или отдельных ее элементов. Свойства информации

1.Объективность (не должна зависеть от субъективного мнения).

Полнота (ее должно быть достаточно для принятия решения).

Актуальность (важность и необходимость в конкретный момент).

Понятность.

Полезность.

Достоверность - отражение реального положения дел.

Человек воспринимает информацию через чувственное познание, которое протекает в следующих основных формах:

Ощущение, возникающее при непосредственном воздействии объекта на органы чувств.

Восприятие образа предмета при непосредственном воздействии его на органы чувств.

Представление образа предмета в сознании человека, когда воздействие на органы чувств отсутствует.

Упорядоченное отображение реального мира в сознании человека есть знание, следовательно, информация – это приращение знаний субъекта от отдельно изучаемого объекта.

Процессы сбора, передачи, обработки и накопления информации

Технологический процесс обработки информации представляет собой упорядоченную последовательность действий по обработке данных, информации, знаний до получения необходимого пользователю результата.

1. Сбор данных, информации, знаний – представляет собой процесс регистрации, фиксации, записи детальной информации (данных, знаний) о событиях, объектах (реальных и абстрактных), связях, признаках и соответствующих действиях. При этом, иногда выделяют в отдельные операции “сбор данных и информации” и “сбор знаний”.  Сбор данных и информации – процесс идентификации и получения данных от различных источников, группирование полученных данных и представление их в форме, необходимой для ввода в ЭВМ. Сбор знаний – получение информации о предметной области от специалистов – экспертов и представление в форме, необходимой для записи в базу знаний.

2. Обработка данных, информации, знаний. Обработка – понятие широкое и включает в себя несколько взаимосвязанных операций. К обработке можно отнести такие операции как: проведение расчетов, выборку, поиск, объединение, слияние, сортировка, фильтрацию и др.  Следует помнить, что обработка – это систематическое выполнение операций над данными, процесс преобразования вычисления, анализа и синтеза любых форм данных, информации и знаний, посредством систематического выполнения операций над ними. При определении такой операции, как обработка выделяют: обработку данных, обработку информации, обработку знаний. Обработка данных представляет собой процесс управления данными (цифры, символы и буквы)  и преобразование их в информацию.  Обработка информации – переработка информации определенного типа (текстового, звукового, графического), преобразование ее в информацию другого типа.

Однако использование новейших современных технологий обеспечивает комплексное представление и одновременную обработку информации любого вида (текст, графика, аудио, видео, мультипликация), ее преобразование. Понятие обработки знаний связано с понятием экспертных систем (или систем искусственного интеллекта), позволяющих на основании правил и предоставляемых пользователем фактов распознать ситуацию, поставить диагноз, сформулировать решение, дать рекомендации по выбору действий.

3. Генерация данных, информации, знаний – процесс организации, реорганизации и преобразования данных (информации, знаний) в требуемую пользователем форму, в том числе и путем ее обработки. Например, процесс получения форматированных отчетов (документов).

4. Хранение данных, информации, знаний – процессы накопления, размещения, выработки и копирования данных (информации, знаний) для дальнейшего их использования (обработки и передачи).

5. Передача данных, информации, знаний – процесс распространения данных (информации, знаний) среди пользователей посредством средств и систем коммуникаций и путем перемещения (пересылки) данных от источника (отправителя) к приемнику (получателю).

4. Системы счисления. Перевод чисел из одной системы счисления в другую.

Система счисления – это совокупность приемов наименования и записи чисел в виде, удобном для прочтения и выполнения операций.

Система счисления называется позиционной, если любое число в ней изображается в виде последовательности цифр, количественное значение каждой из которых зависит от того, какое место (позицию) занимает она в коде числа.

В противном случае (если каждой цифре соответствует значение, не зависящее от ее положения в коде числа), система счисления называется непозиционной.

Основные достоинства любой позиционной системы счисления – простота выполнения арифметических операций и ограниченное количество символов, необходимых для записи любого числа, что облегчает занесение чисел на физический носитель.

Основанием позиционной системы счисления называется количество различных символов, используемых для изображения числа в данной системе счисления.

Системы счисления, используемые в ЭВМ.

От того, какая система счисления будет использована в ЭВМ, зависит скорость вычислений, емкость памяти, сложность алгоритмов выполнения операций. Дело в том, что для физического представления чисел необходимы элементы, способные находиться в одном из нескольких устойчивых состояний. Число этих состояний должно быть равно основанию принятой системы счисления, тогда каждое состояние будет представлять соответствующую цифру из алфавита данной системы счисления.

Десятичная система счисления, привычная для нас, не является наилучшей для использования в ЭВМ, так как при реализации в ЭВМ этой системы счисления необходимы функциональные элементы, имеющие ровно десять устойчивых состояний. Создание электронных элементов, имеющих много устойчивых состояний, затруднительно.

Наиболее простым с точки зрения технической реализации являются двухпозиционные элементы, способные находиться в одном из двух устойчивых состояний, например: электромагнитное реле замкнуто или разомкнуто, ферромагнитная поверхность намагничена или размагничена, магнитный сердечник намагничен в одном направлении или в противоположном, транзисторный ключ находится в проводящем состоянии или запертом и т.д. Одно из этих устойчивых состояний представляется цифрой 0, другое – цифрой

С двоичной системой связаны и другие преимущества. Она обеспечивает максимальную помехоустойчивость в процессе передачи информации. В ней предельно просто выполняются арифметические действия и возможно применение аппарата булевой алгебры для выполнения логических преобразований.

Благодаря этим особенностям двоичная система стала стандартом при построении ЭВМ.

Недостаток двоичной системы счисления – большое число разрядов двоичного кода и его зрительная однородность.

Различные системы счисления

В цифровых вычислительных машинах информация записывается в виде числовых кодов (чисел). Способ представления чисел посредством числовых знаков (цифр) называется системой счисления. Правила записи и действий над числами в системах счисления, используемых в цифровой вычислительной технике, определяют арифметические основы цифровых ЭВМ.

Различают два основных вида систем счисления: непозиционные и позиционные. Непозиционные системы счисления характеризуются тем, что значение числа, выражаемое совокупностью цифр, определяется только конфигурацией цифровых символов. Примером непозиционной системы является римская система счисления. Наибольшее распространение получили позиционные системы счисления, в которых значение любой цифры определяется не только конфигурацией ее символов, но и местоположением - позицией, которое она занимает в числе. При этом под основанием позиционной системы счисления q понимается количество различных цифр, используемых для представления числа.

СРЕДИ ПОЗИЦИОННЫХ СИСТЕМ РАЗЛИЧАЮТ ОДНОРОДНЫЕ И СМЕШАННЫЕ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ. В ОДНОРОДНЫХ СИСТЕМАХ КОЛИЧЕСТВО ДОПУСТИМЫХ ЦИФР ДЛЯ ВСЕХ ПОЗИЦИЙ (РАЗРЯДОВ) ЧИСЛА ОДИНАКОВО. ОДНОРОДНОЙ ПОЗИЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ ЯВЛЯЕТСЯ ОБЩЕПРИНЯТАЯ ДЕСЯТИЧНАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ (Q = 10), ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ ДЛЯ ЗАПИСИ ЧИСЕЛ ДЕСЯТЬ ЦИФР ОТ 0 ДО 9.

Примером смешанной системы счисления может служить система отсчета времени, где в разрядах секунд и минут используется по 60 градаций, в разрядах часов - 24 градации и т.д.

Любое действительное число А, записанное в однородной позиционной системе счисления как

= a_na_n-la_n-2...a_la₀,a_-1a_-2...a-_m, может быть представлено в виде суммы степенного ряда

А = a_nqⁿ+ a_n-1q^n-1+…+a₁q¹+a₀q⁰+a_-1q^-1+…+a_-mq^-m

где q - основание системы счисления (q > = 2, целое положительное число); аⁱ - цифры системы счисления с основанием q (а_i = 0, 1, 2, ..., q - 1); i - номер (вес) позиции (разряда) числа. Может быть реализовано бесконечное множество различных систем счисления.

В вычислительных машинах в основном используются однородные позиционные системы. Кроме десятичной, в ЭВМ находят широкое применение системы с основанием q, являющимся степенью числа 2, а именно: двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления.

Десятичная система счисления. В соответствии с (1) позиция цифры в числе определяет степень числа с основанием 10, на которое эта цифра умножается. Например, число 534,79 можно представить как

534,79 = 5*10²+3*10¹+4*10⁰+7*10^-1+9*10^-2.

В одном разряде может быть представлено десять цифр: от 0 до 9. Прибавление единицы к старшей цифре разряда (к цифре 9) означает перенос единицы в старший разряд, т.е. для записи числа 10 и больших чисел требуются два и более разрядов. Число N = qⁿ (где q - основание системы; n - целое положительное число) представляется в виде единицы в старшем разряде с последующими нулями. Например, N = 10⁴= 10 000. Это правило распространяется на все однородные позиционные системы счисления.

Двоичная система счисления. Основание системы q =

2.Для записи чисел используются две цифры: 0 и 1 (табл. 1)

Старшей цифрой разряда является 1. Поэтому в двоичной системе 1 + 1 = 10, так как прибавление единицы к старшей цифре данного разряда дает перенос единицы в старший разряд.

Пример арифметических действий в двоичной системе счисления:

При выполнении арифметических действий в двоичной системе счисления следует помнить, что единица является старшей значащей цифрой двоичного разряда. Выполняя в заданном разряде вычитание из нуля единицы, следует занять единицу из старшего значащего разряда, в результате чего в младшем разряде образуются две единицы, и тогда вычитать.

ОПЕРАЦИЯ УМНОЖЕНИЯ СВОДИТСЯ К МНОГОКРАТНОМУ СЛОЖЕНИЮ И СДВИГУ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ДЕЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ПРАВИЛА УМНОЖЕНИЯ И ВЫЧИТАНИЯ

Восьмеричная система счисления. Основание системы q = 8. Для записи чисел используется восемь цифр от 0 до 7. В силу того, что основание восьмеричной системы является третьей степенью числа 2, для представления одного восьмеричного разряда требуется три значащих двоичных разряда (триада). Перевод чисел из двоичной системы чисел в восьмеричную и наоборот осуществляется по триадам. Разбиение двоичного числа на триады осуществляется влево и вправо от запятой, отделяющей целую часть числа от дробной, например:

11010 101₂=325₈

0,1101₂ = 0,64₈

1100 101 011,111 01₂=1453,72₈

247,56₈=10 100 111,101 11₂.

Если крайние триады получаются неполными, то они дополняются нулями.

Шестнадцатиричная система счисления. Основание системы q = 2⁴= 16. Для записи чисел используется шестнадцать цифр. Из них первые десять - известные цифры от 0 до 9. В качестве дополнительных цифр используются заглавные латинские буквы А, В, С, D, Е и F. Перевод чисел из двоичной системы в шестнадцатиричную и обратно осуществляется по тетрадам аналогично двоично-восьмеричному переводу, например

3FA₁₆=0011 1111 1010₂

10 0110 1101,111₂=26D,E₁₆

Неполные тетрады дополняются нулями.

В ряде случаев для более компактной записи удобнее пользоваться не двоичным или десятичным, а шестнадцатиричным представлением чисел.

9. Архитектура ПК. Принципы организации архитектуры фон Неймана.

Архитектуру - как абстрактное представление или описание физической системы, ее устройства с точки зрения пользователя этой системы.

Возможности, предоставляемые компьютером в распоряжение пользователя, определяются как «железом», так и программным обеспечением. Все свойства компьютера определяются его аппаратурой и установленным на нем программным обеспечением. Поэтому современные компьютеры всегда рассматриваются как комплекс, сов-ть двух взаимодействующих компонентов: аппаратуры и программного обеспечения.

Персональный компьютер (ПК) – это, как и всякая ЭВМ, комплекс взаимосвязанных электронных и электромеханических автоматических программно управляемых устройств для хранения, обработки и обмена информацией. Но, в отличие от больших ЭВМ (мэйнфреймов), пк - «настольным».