28

Под термином «информация» понимают знания, данные, сведения, отражающие реальный мир. Информация – то, что есть.

Термин «информатика» введен в употребление с середины 60-х годов – это фундаментальная наука, изучающая процессы хранения, передачи и обработки информации. Как научная дисциплина она определяет методологические принципы информационного моделирования, реальной действительности и манипулирование такими моделями с помощью средств вычислительной техники.

Информатика классифицируется двумя особенностями:

• ресурсы = информация = результат

• может уменьшаться, но не увеличиваться

Для решения задач информатики выделяют 3 неразрывно и существенно связанных класса средств:

• алгоритмические – обеспечивают описание предметной области на языке, близком и привычном человеку

Информационные модели реальных объектов, явлений и основанные на этих моделях алгоритмы обработки информации.

Алгоритм – конечный набор правил, позволяющий решать любую конкретную задачу из некоторого класса однотипных задач, при условии, что исходные данные для решения могут изменяться в заданных пределах.

Модели и алгоритмы реализуются в виде программных средств, баз знаний и баз данных.

• программные – обеспечивают описание предметной области на языке, понятном ЭВМ

Комплексы готовых к использованию программ, предназначенных для выполнения на технических средствах процедур обработки информации (размещение и корректировка информации в машинной памяти, поиск и выбор необходимой информации, преобразование информации из человекочитаемой в машиночитаемую форму и наоборот). К программным средствам относятся ОС, пакеты прикладных программ, системы управления базами данных и базами знаний, системы программирования для различных языков.

• технические - ЭВМ, периферийные устройства ( клавиатура, монитор, манипуляторы), средства сбора и передачи информации

Информатика рассчитана на решение практических задач, все возникало лишь в связи с острой необходимостью.

Программа – конечная последовательность действий, описанная специальным языком (=алгоритм на специальном языке). Процессор управляет деятельностью. Все программы в компьютере должны быть написаны на одном единственном языке. Процессоры отличаются по набору команд, которые они могут выполнять => чтобы обработать информацию, прежде всего необходимо ясно сформулировать цель этой обработки и задачи, которые надо решить для достижения этой цели. Далее – написать алгоритмы решения задач и создать программы, реализующие эти алгоритмы. Затем – использовать необходимые технические средства.

В идейном плане с 1946 года в компьютере ничего не изменилось – это цифровая машина, которая способна манипулировать только целыми, положительными числами.

Технические средства информатики Типы эвм

В настоящее время ЭВМ различаются по назначению, производительности, габаритным характерам.

Производительность определяется не только объемом работы процессора, но и объемом памяти (чем больше памяти, тем быстрее работает процессор), объемом передачи информации из оперативной памяти в процессор. Единица измерения – количество операций в секунду (опер/сек).

Классы ЭВМ:

• супер-ЭВМ – для проведения сложных вычислений (чаще всего научных расчетов), быстродействие – до десятков миллиардов операций в секунду, мультипроцессорные (одновременно работают до 100 процессоров)

• большие ЭВМ (main frames)

Фрейм – нечто целое, состоящее из множества элементов, связанных воедино => большая ЭВМ объединяет большое количество составных частей.

Используется для обработки больших объемов информации в банках, на крупных предприятиях, мультипроцессорные, допускают подключение до 200 сравнительно независимых рабочих мест, использующих возможности больших ЭВМ

• супермини-ЭВМ – мультипроцессорные, многопультовые системы управления крупными предприятиями, допускают подключение до 200 терминалов

Терминал – рабочее место, предназначенное для ввода исходной информации и получения результатов ее обработки (например, Internet)

• мини-ЭВМ – однопроцессорные, многопультовые системы управления предприятиями небольшого размера

• рабочие станции – для автоматизированного проектирования, для автоматизации экспериментов, имеют 1 процессор с высоким быстродействием, оперативная память большого объема, специализированная периферия

Периферия – устройства, которые подключаются к ЭВМ и могут быть отключены без ее выключения.

• микро-ЭВМ (персональные компьютеры) – для индивидуальной работы пользователей

Персональные ЭВМ:

1). настольные ЭВМ (desk Top) – вес от 5 до 10 кг, электропитание от электросети

• электронные секретарь (PDA) – вес менее 700 г, питание, как у Note Book, набор возможностей позволяет выполнять записи текстов, вводить расписание, проводить простейшие расчеты

• блокнотные (Note Book) – вес 700 г – 2,5 кг, электропитание от электросети через преобразователь напряжения, возможности небольшие

2). переносные ЭВМ (Lap Top) – по возможностям не уступают Desk Top => высокая цена, могут быть подключены к батарее, электросети, вес 2,5-5 кг

Аппаратные средства эвм

I. Состав и особенности основных устройств

В персональных ЭВМ можно выделить:

• центральный (системный) блок

• периферия

Основные устройства в центральном блоке:

• центральный процессор (ЦП)

• внутренняя память

ЦП – выполняет все арифметические и логические операции, включает в себя специальный электронный блок, устройства управления, которые включают в работу другие устройства. Через ЦП проходит вся обрабатываемая информация.

Внутренняя память – несколько устройств, каждое из которых представляет собой 1 или несколько микросхем.

Основные виды внутренней памяти:

• постоянная(постоянное запоминающее устройство – ПЗУ)

• оперативная (ОЗУ)

• КЭШ-память

• CMOS-память

Драйвер – программа, управляющая устройствами ввода/вывода.

1). ПЗУ (ROM – Read Only Memory) – программы, которые обеспечивают начало работы компьютера, связь ЦП с другими устройствами и проверку работоспособности (тестирование) основных частей ЭВМ. Эти программы не уничтожаются при отключении компьютера, они доступны только для чтения и объединены в комплекс, который называется базовой системой ввода/вывода (BIOS – Basic Input/Output System), другие программы работают на основе программ BIOS. В нем создаются программы, в каждой из которых описаны особенности управления каким-либо основным устройством, эти программы называются драйверами.

2). ОЗУ (RAM – Random Access Memory) – память прямого (произвольного) доступа. Она предназначена только для ЦП (помещается информация, считывается, обрабатывается). С этой памяти все началось (относительно внутренней памяти). Предназначена для хранения оперативной, часто изменяющейся информации. При отключении компьютера информация в ОЗУ исчезает – энергозависимая. Элементарная единица памяти – ячейка (регистр). Размещение информации в ячейках – запись информации в память. Передача информации из ячеек в какое-либо устройство или другие ячейки – считывание информации из ОЗУ. Каждая ячейка состоит из 8 элементов, каждый из которых находится в одном из двух состояний – 0/1.

3). КЭШ-память – располагается перед ЦП, необходима для согласования скорости работы медленных устройств с более быстрыми (например, ЦП и оперативная память).Наличие этой памяти значительно увеличивает производительность компьютера в целом.

4). CMOS-память – для постоянного хранения сведений об аппаратной конфигурации компьютера, это микросхема, питается от батареи, находящаяся в ней информация не уничтожается при отключении компьютера.

К периферийным (внешним) устройствам относятся:

• монитор

• клавиатура

• устройства печати

• устройства внешней памяти

т.е. устройства ввода/вывода, т.к. используются для ввода и вывода информации.

Устройства внешней памяти используются для длительного хранения информации, при их отключении она сохраняется => долговременные запоминающие устройства (ДЗУ).

Дисковые устройства устанавливаются в системном блоке. Передача данных между различными компонентами компьютера осуществляется по т.н. системной шине (системной магистрали данных). В компьютере она одна и представляет собой группой электрических проводников.

II. Дисковая память

В ПЭВМ в качестве ДЗУ используются накопители на дисках (на основе дисков) => память часто называют дисковой.

Они состоят из устройства чтения/записи (дисковод) и носителя информации (диск).

Существует несколько видов памяти: чаще всего используются накопители на сменных гибких магнитных дисках (НГМД), накопители на жестких несменных магнитных дисках (НЖМД) и накопители на сменных дисках (CD-ROM). В дисковых устройствах используются диски в основном 2 стандартных размеров:

• 3,5`` (гибкие и жесткие диски)

• 5,25`` (компакт-диск)

НГМД (FDD – Floppy Disk Drive – 3,5``) – пластиковая тонкая поверхность, используется в основном часть, близкая к центру => емкость сравнительно небольшая (≈1,457 МБ, в стандарте объем памяти – 1,44 МБ).Дискеты используют для переноса информации с одного компьютера на другой, если они не объединены в сеть. Производятся в виде диска 3,5``, выполненного из мягкого, гибкого материала с магниточувствительным покрытием, размещенном в жестком футляре.

НЖМД (HDD – Hard Disk Drive) – при производстве достигается большая прочность, это устройство можно ремонтировать 1 раз. Оно едино, в нем находится дисковод и несколько дисков, установленных на одной оси. Диск выполнен из алюминиевого сплава с магниточувствительным покрытием. Объем памяти таких накопителей измеряется десятками ГБ. Они используются в текущей работе, т.к. имеют большой объем памяти, м скорость считывания/записи информации значительно выше, чем в других устройствах.

CD-ROM – предназначен только для чтения, объем памяти – не менее 600 МБ (в настоящее время стандарт – 650-700 МБ), используется для длительного хранения информации.

Как для гибких, так и для жестких дисков поверхность рассматривается как массив расположенных на них точек, каждая из которых может быть в одном из двух состояний – 1/0 (на магнитной поверхности – намагничена (1)/не намагничена (0)). Эти точки располагаются на траекториях (на CD – одна в виде спирали, на магнитных – множество концентрически расположенных траекторий). На CD информация располагается на 1 поверхности, на магнитных обе поверхности используются. Траектории называются дорожками (треками).

Магнитные диски. Количество дорожек для разных дисков различно, каждая из них по окружности разделяется на части, называемые секторами. Секторы имеют одинаковый размер и расположение => чем дальше от центра, тем меньший объем памяти используется. Количество секторов на всех дорожках всех поверхностей одинаково для конкретного диска, все секторы одинакового размера (стандартный – 512 Б = 1 сектор). У гибких дисков – две поверхности, в накопителях на НЖМД – несколько дисков => несколько поверхностей.

Все дорожки, находящиеся на одном расстоянии от центра и расположенные на разных поверхностях, образуют т.н. цилиндр. Все секторы, дорожки, поверхности и цилиндры нумеруются, начиная с 0, нулевой считается на верхней поверхности внешняя дорожка. Информация сначала записывается на все дорожки нулевого цилиндра, затем – первого и т.д.

Новый диск не пригоден для записи и считывания информации. Для того, чтобы сделать его пригодным к работе, надо с помощью специальной программы нанести специальные магнитные метки, разделяющие дорожки на секторы, т.е. произвести форматирование.

Для упрощения работы дисковое пространство жесткого диска разделяют на несколько фиксируемых частей (разделы). После этого физически он остается единым устройством, но для программ каждый раздел считается отдельным устройством памяти. Эти разделы называются логическими дисками. Пользователь с ними работает, как с отдельными устройствами памяти. Все устройства долговременной памяти имеют имена из одной латинской буквы (A,B – накопители для НГМД, C,D,E,F и т.д. – для НЖМД и устройств работы с CD.

III. Единицы измерения памяти. Объем памяти.

Память компьютера основана на использовании единиц информации, называемых байтами, в каждом из которых 8 бит. Бит представляется по разному, в зависимости от носителя информации (на бумаге – 0/1, во внутренней памяти – элемент, находящийся в одном из двух состояний, на магнитной поверхности – точкой (намагниченной/не намагниченной)).

Бит - позиция в ряду битов (0/1). Байт – 8 битов => каждый байт может принимать 256 значений (2⁸ – от 00000000 до 11111111).

Любая информация кодируется определенной комбинацией битов, каждой ячейке внутренней памяти соответствует 1 байт, который объединяется в более крупные наборы в зависимости от цели использования (ввод/вывод, передача по каналам связи между устройствами и т.д.).

Одним из таких наборов называется т.н. «машинное слово» - такой набор, который обрабатывается ЦП одновременно. Для разных процессоров длина «машинного слова» различна, чем оно длиннее, тем быстрее работает компьютер.

Для измерения объема памяти используют единицы, называемые КБ, МБ, ГБ. Каждая единица измерения памяти формируется по отношению к предыдущей с помощью одного и того же коэффициента – 2¹⁰ (=1024) => 1 КБ = 1024 байтам, 1 МБ = 1024 КБ, 1 ГБ = 1024 МБ.

Длина «машинного слова», объем оперативной памяти, объем КЭШ-памяти, объем ДЗУ – одни из основных характеристик ЭВМ. Чем длиннее «машинное слово», тем больше объемы оперативной и КЭШ-памяти и тем выше быстродействие. Чем больше объем ДЗУ, тем больше информации можно хранить в компьютере.