23, Моделирование и формализация

 Основные определения:

Модель – некоторое упрощенное подобие реального объекта, который отражает существенные особенности (свойства) изучаемого реального объекта, явления или процесса

Моделирование – метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Т.е. исследование объектов путем построения и изучения моделей

Формализация – процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков

Объект – некоторая часть окружающего мира, рассматриваемого человеком как единое целое. Каждый объект имеет имя и обладает параметрами

Параметр – признак или величина, характеризующая какое-либо свойство объекта и принимаемая различные значения

Среда – условие существование объекта

Операция – действие, изменяющее свойство объекта

Система – совокупность взаимосвязанных объектов, воспринимаемая как единое целое

Структура – состав системы, свойства её элементов, их отношения и связи между собой

 

Этапы моделирования:

1. Постановка задачи: описание задачи, цель моделирования, формализация задачи

2. Разработка модели: информационная модель, компьютерная модель

3. Компьютерный эксперимент – план эксперимента, проведение исследования

4. Анализ результатов моделирования

учитель информатики  О.В. Подвинцева

24. Системный анализ — научный метод познания, представляющий собой последовательность действий по установлению структурных связей между переменными или элементами исследуемой системы. Опирается на комплекс общенаучных, экспериментальных, естественнонаучных, статистических, математических методов.

25. Компью́тер (англ. computer, МФА: [kəmˈpjuː.tə(ɹ)]^[1] — «вычислитель») — устройство или система, способная выполнять заданную, чётко определённую последовательность операций. Это чаще всего операции численных расчётов и манипулирования данными, однако сюда относятся и операции ввода-вывода. Описание последовательности операций называется программой.^[2] Электро́нная вычисли́тельная маши́на, ЭВМ — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.^[3]

Принципы фон Неймана

В 1946 году трое учёных^[1] — Артур Бёркс (англ. Arthur Burks), Герман Голдстайн и Джон фон Нейман — опубликовали статью «Предварительное рассмотрение логического конструирования электронного вычислительного устройства».^[2][3] В статье обосновывалось использование двоичной системы для представления данных в ЭВМ (преимущественно для технической реализации, простота выполнения арифметических и логических операций — до этого машины хранили данные в десятичном виде^[4]), выдвигалась идея использования общей памяти для программы и данных. Имя фон Неймана было достаточно широко известно в науке того времени, что отодвинуло на второй план его соавторов, и данные идеи получили название «принципы фон Неймана».

Принцип двоичного кодирования 

Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов (двоичных цифр, битов) и разделяется на единицы, называемые словами.

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.

Принцип адресуемости памяти 

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к хранящимся в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

Принцип последовательного программного управления 

Предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Принцип жесткости архитектуры 

Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фон-неймановских.

Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана

В середине 1940-х проект компьютера, хранящего свои программы в общей памяти был разработан в Школе электрических разработок Мура (англ. Moore School of Electrical Engineering) в Университете штата Пенсильвания. Подход, описанный в этом документе, стал известен как архитектура фон Неймана, по имени единственного из названных авторов проекта Джона фон Неймана, хотя на самом деле авторство проекта было коллективным. Архитектура фон Неймана решала проблемы, свойственные компьютеру ENIAC, который создавался в то время, за счёт хранения программы компьютера в его собственной памяти. Информация о проекте стала доступна другим исследователям вскоре после того, как в 1946 году было объявлено о создании ENIAC. По плану предполагалось осуществить проект силами Муровской школы в машине EDVAC, однако до 1951 года EDVAC не был запущен из-за технических трудностей в создании надёжной компьютерной памяти и разногласий в группе разработчиков. Другие научно-исследовательские институты, получившие копии проекта, сумели решить эти проблемы гораздо раньше группы разработчиков из Муровской школы и реализовали их в собственных компьютерных системах. Первыми пятью компьютерами, в которых были реализованы основные особенности архитектуры фон Неймана, были:

1. Манчестерский Марк I (прототип — Манчестерская малая экспериментальная машина). Манчестерский университет, Великобритания, 21 июня 1948 года;

2. EDSAC. Кембриджский университет, Великобритания, 6 мая 1949 года;

3. BINAC. США, апрель или август 1949 года;

4. CSIR Mk 1. Австралия, ноябрь 1949 года;

5. SEAC. США, 9 мая 1950 года

6. Архитектура вычислительной машины (Архитектура ЭВМ, англ. Computer architecture) — концептуальная структура вычислительной машины^[1], определяющая проведение обработки информации и включающая методы преобразования информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения.^[2]

26, Персональный компьютер (ПК) предназначен для хранения и переработки информации. Информация может представлять собой текст, таблицы, рисунки, фотографии, звукозаписи и т. п. Информация хранится и обрабатывается в цифровом виде. Единица измерения информации - байт. Один байт (1б) соответствует примерно одному символу текста. Для удобства введены также более крупные единицы измерения информации: килобайт (Кб), мегабайт (Мб), гигабайт (Гб).

Современный ПК включает в себя следующие элементы:

• системный блок;

• монитор;

• клавиатура;

• мышь;

• принтер;

• сканер.

Кроме перечисленных, в состав ПК могут входить модем или факс-модем, плоттер, устройства воспроизведения и записи звука и некоторые другие устройства.

Системный блок

В системном блоке размещаются основные устройства ПК, осуществляющие переработку и хранение информации. Непосредственно переработку информации производит процессор, размещенный на материнской плате системного блока. Основная характеристика процессора - его быстродействие, иначе называемое «тактовая частота». Единица измерения тактовой частоты - мегагерц (МГц), Современные офисные ПК оснащены процессорами с тактовой частотой 200...400 МГц. Кроме того, на материнской плате системного блока расположено оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), или оперативная память¹. ОЗУ хранит информацию, в данный момент перерабатываемую процессором. Необходимо отметить, что информация в оперативной памяти хранится только при включенном ПК. После выключения ПК вся информация из ОЗУ пропадает. Основная характеристика ОЗУ - объем хранимой информации. Современные офисные ПК оснащены ОЗУ объемом 32...64 Мб. Постоянное хранение информации производится на жестком диске², который также называют «винчестер». Основная характеристика жесткого диска - объем хранимой информации. Современные офисные ПК оснащены жестким диском объемом 3...7 Гб. Для работы с внешними носителями информации системный блок имеет 1 или 2 дисковода для дискет³, а также устройство для работы с лазерными компакт-дисками⁴. В последнее время используются почти исключительно дискеты размером 3,5" с объемом хранимой информации 1,44 Мб. Иногда еще встречаются дискеты размером 5" с объемом хранимой информации до 1,2 Мб. Компакт-диск может содержать информацию объемом до 640 Мб. Кроме перечисленных устройств, в системном блоке расположены и другие устройства, обеспечивающие работу ПК: блок питания, видеоплата, контроллеры, платы управления внешними устройствами.

Монитор

Монитор служит для отображения информации. Подавляющее число современных мониторов цветные. Большинство мониторов оснащено электронно-лучевой трубкой и работает по принципу телевизора. Монитор имеет собственную кнопку включения и выключения, а также кнопки или регуляторы для настройки яркости, контрастности и размера изображения. Современные офисные ПК имеют мониторы с размером экрана по диагонали 15" (38 см) или 17" (43 см).

Клавиатура

Клавиатура предназначена для ввода информации и управления ПК. В настоящее время чаще всего используются так называемые «стандартные клавиатуры 101/102 клавиши». На клавиатуре имеются алфавитно-цифровые клавиши, предназначенные для ввода букв, цифр, знаков препинания, некоторых математических и специальных символов. Расположение алфавитно-цифровых клавиш соответствует стандартной пишущей машинке. Ввод прописных букв производится при нажатой клавише [Shift]. Для переключения клавиатуры в верхний регистр используют клавишу [CapsLock]. Включение этой клавиши отмечается индикатором в правом верхнем углу клавиатуры. Для подтверждения выбранной команды, перехода к новому абзацу при вводе текста используют клавишу [Enter]. Для отказа от выполнения — клавишу [Esc]. Для перемещения курсора используют клавиши , , , , [Home], [End], [PageDown], [PageUp]. Для удаления символа слева от курсора используют клавишу [Backspace], расположенную над клавишей [Enter]. Часто на клавиатуре вместо названия этой клавиши изображена стрелка влево [<-]. Для удаления выделенного объекта или удаления символа справа от курсора используют клавишу [Delete]. Клавиши [Ctrl] и [Alt] используют, как правило, в комбинации с другими клавишами. Функциональные клавиши от [F1] до [F12] могут иметь разное назначение, в зависимости от используемой в данный момент программы. Однако, клавиша [F1] практически во всех случаях вызывает справочную систему.

Мышь

Мышь предназначена для перемещения курсора по экрану и управления различными объектами. В настоящее время чаще всего встречаются двухкнопочные мыши.

Принтер

Принтеры служат для вывода документов на бумагу. В современном офисе чаще всего используют лазерные принтеры. Лазерный принтер позволяет печатать до 10 страниц в минуту, обеспечивая высокое качество печати. Струйные принтеры работают медленнее, качество печати на них ниже. В то же время, струйные принтеры обеспечивают сравнительно недорогую многоцветную печать. Матричные принтеры в современных офисах практически не используются.

Сканер

Сканер предназначен для ввода в ПК рисунков, фотографий, схем и других изображений. Помимо этого, сканер, при наличии специальной программы, позволяет вводить и распознавать текстовые материалы. В настоящее время повсеместно используют планшетные сканеры. Ручные сканеры уже практически не встречаются.

¹ В специальной литературе используют аббревиатуру RAM - random access memory (память с произвольным доступом).

² В специальной литературе используют аббревиатуру HDD - hard disk driver (устройство управления жестким диском).

³ В специальной литературе используют аббревиатуру FDD - floppy disk driver (устройство управления гибким диском).

⁴ Компакт-диски, а также устройства для работы с ними часто называют CD ROM.

27, Современный ПК включает в себя следующие элементы:

• системный блок;

• монитор;

• клавиатура;

• мышь;

• принтер;

• сканер.

28, 1. Корпус

Здесь расположены все перечисленные части компьютера. Бывают различных размеров и форм-факторов. Чем корпус объемней и массивней, тем легче обеспечивать хорошее охлаждение и низкий уровень шума.