Информатика. Информация продукт взаимодействия между соосбщением и его потребителем
 Скачать 421.81 Kb.
|
     
Данные - это зарегестрированные сигнал
Предмет:
Задачи:
История информатики (этапы) – 1) освоение устной речи, 2) освоение письменной речи, 3) книгопечатание, 4) телеграф, телефон, радио, 5) разработка ЭВМ, 6) появление интернета.
Формула Хартли – I=log2N. I-кол-во инф. N-кол-во возможных исходов Формула Шеннона – I=-∑рi log2 рi. р – вероятность отдельных событий, N – колво событий.
Кодирование целых чисел без знака – они обычно занимают 1 или 2 байта и принимают значения от 8 нулей до 8 единиц, в 2-ух байтовых: от 16 нулей до 16 единиц. Кодирование целых чисел со знаком – они знаимают 1,2,4 байта, при этом самый старший разряд содержит инф о знаке числа ASCII – таблица кодирования символов: 1 символ – 1байт (8 бит), 8 ячеек – 28 = 256 символов Метод FM – кодирование звуковой информации Кодирование видеоинф. – аналогично графич. Фильмы состоят из кадров. А это графические изображения
Особенности машин фон Неймана(принцип програмного управления вроде) – 1) наличие единого вычислительного устройства, включ. прецессор, память и внешние устр-ва, 2) использование линейной структуры, адресами памяти со словами фиксированной длины, 3) Централизованный принцип управления выполнения программы, по заранее заданному алгоритму, 4) низкий уровень машинной команды, позволяющие выполнять только элементарные операции.
Организация - Это способ распределения функций , установления связи и взаимодействия процессов устройств памяти и внешних устройств, используемых для реализации возможностей, заложенных в архитектуре Реализация – это способы технического исполнения конкретных уст. в линии и мин связи Многоуровневая организация ЭВМ – 1) Концептуальный, 2) проблемно-ориентированных, 3) промежуточного ПО, 4) интегрированные среды и языки высокого уровня, 5) ассемблера, 6) ОС, 7) машинные команды, 8) микрокоманды, 9) межрегистрированные передачи, 10) вентили
Структура ЭВМ с шинной организацией – Используются различные адресные пространства для обращения к памяти и устройствам ввода -вывода. Это требует выделения специальной группы команд ввода- вывода в системе команд процессора. Шина прямого доступа к памяти (ПДП) используется для связи ВУ и памяти без участия процессора. 11.Оргинизация аппаратных средств ЭВМ. Структура ЭВМ с шинной организацией . Принципы, сформулированные Нейманом, можно реализовать технически различными способами. Традиционно принято различать две принципиально разные архитектуры: с шинной и канальной организацией. Шинная организация является самой простой формой организации ЭВМ. Особенность такой структуры заключается в наличии системы шин, благодаря которой функциональные блоки объединяются в ЭВМ. Структурная схема ЭВМ с шинной организацией представлена на рис. 6.1. В состав компьютера входят центральный процессор, оперативное и постоянное запоминающие устройства, видео система, внутренние устройства и контроллер ввода вывода. Процессор состоит из двух обязательных компонентов: устройство управления (УУ), отвечающее за команды, и арифметико-логическое устройство (АЛУ), отвечающее за переработку данных. В нем выполняются арифметические и логические операции. Различают следующие виды шин: шина данных – по ней осуществляется обмен информацией между блоками ЭВМ; шина адреса – используется для передачи адресов (номеров ячеек памяти или портов ввода-вывода, к которым производится обращение), и шина управления – для передачи управляющих сигналов. Совокупность этих шин называют системной шиной или системной магистралью. Состав и назначение шины, правило их использования, виды передаваемых сигналов и др. могут существенно различаться у разных видов шин. Однако существуют и некоторые общие закономерности в их организации. Шина состоит из отдельных линий, по которым могут передаваться логические сигналы («0» или «1»). количество линий (проводников), входящих в состав шины называют шириной шины. Другим общим свойством является процесс обмена данными между устройствами. В любой момент на шине можно выделить два устройства: задатчик и исполнитель. Первое инициирует операцию обмена данными (как правило, эту роль выполняет процессор), второе выполняет операции дешифрования адреса и управляющих сигналов и принимает или передаёт информацию. К достоинствам шинной структуры можно отнести простоту и дешевизну построенных на её базе вычислительных систем. Недостатком является невозможность обработки информации несколькими устройствами одновременно – при процедуре обмена информацией шина полностью занимается на весь период времени, который необходим для выполнения требуемых операций. Это снижает общую производительность таких систем и делает её в большой степени зависимой от быстродействия системной магистрали.  12.Информационная модель ЭВМ Существует три этапа обработки данных : 1.Хранения двоичной информации 2.передача от одного хранилища к другому 3.преобразование ЭВМ можно представлять, как совокупность узлов, соединенных каналами связи .Узлы соединяют в себе функции хранения и преобразования . По каналам связи информация передается от узла к узлу .Некоторые узлы имеют специальные функции ввода/вывода информации в\из системы. Реальные системы имеют ограничения на связи и четкое функции назначение отделов узлов , которые могут зависетьот его состояния . Состояние узла-режим.И описывается значением внутренних полей (регистрами). Может задаваться из вне или определяться ,при функционировании самого узла .По каналам связи,узлы могут обмениваться.значущей информацией.Значущая информация (сообщения ,последовательность данных цифр,сохраняемых или обрабатываемых узлом)Управляющая информация (определяется режимом узлов или каналов связи ) Информационнная модель позволяет определить основные характеристики .это 1.узлы Узлы хранения (Вместимость ;(мах,min,сред.),(скорость выборки; разрядность выборки) 2.преобразующие узлы именной скорость преобразования 3.Каналы определяются скоростью передачи информации (пропускной способностью; разрядностью передачи) 13.Классификация ЭВМ . По назначению ЭВМ можно разделить на три группы (рис. 7): универсальные (общего назначения), проблемно-ориентированные, специализированнные. Универсальные ЭВМ предназначены для решения самых различных инженерно- технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, от- личающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах. Характерными чертами универсальных ЭВМ являются: высокая производительность; разнообразие форм обрабатываемых данных: двоичных, десятичных, символьных, при большом диапазоне их изменения и высокой точности их представления; обширная номенклатура выполняемых операций, как арифметических, логических, так и специальных; большая емкость оперативной памяти; развитая организация системы ввода-вывода информации, обеспечивающая подключение разнообразных видов внешних устройств. Проблемно-ориентированные ЭВМ служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами. К проблемно-ориентированным ЭВМ можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы. Специализированные ЭВМ используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы. К специализированным ЭВМ можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем. Классификация ЭВМ по принципу действия. Критерием деления вычислительных машин здесь является форма представления информации, с которой они работают 1. аналоговые (АВМ) - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения). Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше ,чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5%).На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики. 2. цифровые (ЦВМ) - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме. 3. гибридные(ГВМ) - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами. Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации - электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере. Классификация ЭВМ· по размерам и функциональным возможностям 1. сверхбольшие (суперЭВМ) 2. большие 3. малые 4. мини 5. сверхмалые (микроЭВМ) Большие ЭВМ часто называют мэйнфреймами (Mainframe). Они поддерживают многопользовательский режим работы (обслуживают одновременно от 16 до 1000 пользователей). Основные направления эффективного применения мэйнфреймов - это решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и их ресурсами. Последнее направление - использование мэйнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей - часто отмечается специалистами среди наиболее актуальных. Примерами больших ЭВМ может служить семейство больших машин ЕС ЭВМ, IBM ES/9000 (1990г.), IBM S/390 (1997г.), а также японские компьютеры М1800 фирмы Fujitsu. Малые ЭВМ (мини-ЭВМ) - надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями. В многопользовательском режиме поддерживаются 16 - 512 пользователей. Основные их особенности: ¨ широкий диапазон производительности в конкретных условиях применения, ¨ аппаратная реализация большинства системных функций ввода-вывода информации, ¨ простая реализация многопроцессорных и многомашинных систем, ¨ высокая скорость обработки прерываний, ¨ возможность работы с форматами данных различной длины. К достоинствам мини-ЭВМ можно отнести: 1) специфическую архитектуру с большой модульностью; 2) лучшее, чем у мэйнфреймов, соотношение производительность/ стоимость; 3) широкая номенклатура периферийных устройств; 4) повышенную точность вычислений. Мини-ЭВМ успешно применяются: ¨ в качестве управляющих вычислительных комплексов. ¨ вычислений в многопользовательских вычислительных системах, ¨ в системах автоматизированного проектирования, ¨ в системах моделирования и искусственного интеллекта, 14.Персональные компьютеры. Классификация ПК, Ноутбуков . Персональные компьютеры :ПК относятся к классу микрокомпьютеров Качества : 1.Малая стоимость 2. Автономность эксплуатации 3.. 4.Дружественность программного обеспечения 5.Высокая надежность работы . Классификация ПК по конструкторской особенностям Переносные (Рабочая станция) Стационарные (имеют аккумулятор и могут быть подключены к сети ) Рабочая станция представляет собой- компьютерный терминал и полноценный компьютер. Набор необходимых программных обеспечения и по необходимости дополнительным оборудования .Также обозначают (раб.станция) компьтры в составе локальных сети по отношению к серверу.В настоящие время многие компании предлагают оборудовать портативные станции ( это позволить компактно расположить все необходимое оборудование. Последовательно сэкономить ) Преимущество ноутбуков с ПК 1.Малый вес и габориты возможное перемещение в другое место 2.Для работы не обязательно подключать внешние устройства. 3.Возможность автономной работы Классификация ноутбуков 1.Бюджетные 2.Среднего класса (Самая обширная развитая категория ) низкая производительность ;встроенныц процессор 3.мультимидийный(видеокарты), процессор среднего класса 4.Игровые ноутбуки (мощная карта ) 5.Мобильная рабочая станция( программы трехмерного моделирования для работы);профессиональная видеокарта; высокое разрешение экрана 6. Имиджные ноутбуки (яркий и запоминающийся дизайн ) 7.Защищенные ноутбуки 8.С сенсорным экраном .(Планшетный ПК ) 14.Информационо-логичские основы построения ПК. Архитектура пк. 1.информационно-логические основы построения . 2.Функционально-структурная организация. Информация ЭВМ кодируется в двоичной или двоично-десятичной системах счисления (СС) – это способ наименования и отображения чисел с помощью символов, имеющих определённое количественное значение. В зависимости от способа отображения СС делится на позиционнуюи непозиционную. В позиционной системе счисления количественное значение каждой цифры зависит от её места (позиции) в числе. Внепозиционной СС цифры не меняют своего количественного значения при изменении их расположения их в числе. Количество Р различных цифр используемых для изображения чисел в позиционной системе счисления называется основанием СС. Значения цифр лежат от 0 до Р-1. В общем случае запись любого смешанного числа в СС с основанием Р представляет собой ряд вида: amРm+аm-1Рm-1+…+а1Р1+а0Р0+а-1Р-1+а-2Р-2+…+а-sР-s Нижние индексы определяют местоположение цифры в числе (разряд). Положительное значение индексов – для целой части числа m разрядов, отрицательное – для дробной . Максимальное число, которе может быть представлено в m разрядах Nmax=Pm-1 Nmin=1-Ps.Имея в целой части числа m разрядов в дробной -n разрядов, можно записать n Различных чисел. В двоичной системе счисления используются два числа 0 и 1. В вычислительных машинах применяются две формы двоичных чисел. 1)Естественная форма (с фиксированной запятой). 2)Нормальная форма( с плавающей запятой). 1.Для естественной формы существуете недостаток: небольшой диапазон применения. 2.Представление в виде двух чисел: 1-я группа – мантисса. 2-я группа – порядок. Причём мантисса – меньше единицы, а порядок – целое число. Общий вид числа с плавающей запятой. N=±MP±r │M│<1, М-мантисса, r – порядок, Р – основание СС. Двоично-десятичная система –часто применяется из-за лёгкости перевода.
При программировании иногда используют 16-ную СС, для изображения цифр больших 9 используют буквы. ABCDEF. Перевод аналогичен. Для удобства работы введём следующие единицы:
Последовательность нескольких данных называется полем данных. Биты в числе нумеруются справа налево начиная с нулевого разряда. Поля могут быть переменной и постоянной длины. Пример поля – слово (2 байта). Числа с фиксированной запятой имеют форму слова и двойного слова. С плавающей запятой – формат 2-го расширенного слова. Поля переменой длины могут иметь размер от 0 до 256. 16.Структура, виды ,состав и классификация машинных команд . Структура и виды команд Решение задач на ЭВМ реализуется программным способом, т. е. путем выполнения после довательно во времени отдельных операций над информацией, предусмотренных алгорит мом решения задачи. Алгоритм— это точно определенная последовательность действий, кото рые необходимо выполнить над исходной информацией, чтобы получить решение задачи. Алгоритм решения задачи, заданный в виде последовательности команд на языке вычислительной машины (в кодах машины), называется машин ной программой. Команда машинной программы(иначе,машинная команда)— это эле ментарная инструкция машине, выполняемая ею автоматически без каких-либо дополнительных указаний и пояснений. Машинная команда состоит из двух частей: операционной и адресной. Операционная частькоманды — это группа разрядов в команде, предназна ченная для представлениякода операциимашины. Адресная частькоманды — это группа разрядов в команде, в которых записы ваются коды адреса(адпесов) ячеек памяти машины, предназначенных для оперативного хранения информации, или иных объектов, задействованных при выполнении команды. Часто эти адреса называются адресами операндов,т. е. чисел, участвующих в операции. По количеству адресов, записываемых в команде, команды делятся на безадресные, одно-, двух- и трехадресные. Типовая структура трехадресной команды:
где КОП — код операции; al и а2 — адреса ячеек (регистров), где расположены соответственно первое и второе числа, участвующие в операции; а3 — адрес ячейки (регистра), куда следует поместить число, полученное в результате выполнения операции. Типовая структура двухадресной команды:
где al — это обычно адрес ячейки (регистра), где хранится первое из чисел, участвующих в операции, и куда после завершения операции должен быть записан результат операции; а2 — обычно адрес ячейки (регистра), где хранится второе участвующее в операции число. Типовая структура одноадресной команды:
где al — в зависимости от модификации команды может обозначать либо адрес ячейки (регистра), где хранится одно из чисел, участвующих в операции, либо адрес ячейки ( регистра), куда следует поместить число — результат операции. Безадресная командасодержит только код операции, а информация для нее должна быть заранее помещена в определенные регистры машины (безадресные команды могут использоваться только совместно с командами другой адресности). Пример 11.1.Поступила представленная на языке символического кодирования команда:
Такую команду следует расшифровать так: "сложить число, записанное в ячейке 0103 памяти, с числом, записанным в ячейке 5102, а затем результат (т.е. сумму) поместить в ячейку 0103". Примечание.В кодах машины такая команда содержит только двоичные цифры записанных выше объектов. Состав машинных команд Современные ЭВМ автоматически выполняют несколько сотен различных команд. Напри мер, стандартный набор современных ПК содержит около 240 машинных команд. Все ма шинные команды можно разделить на группы по видам выполняемых операций: операции пересылки информации внутри ЭВМ; арифметические операции над информацией; логические операции над информацией; операции обращения к внешним устройствам ЭВМ; операции передачи управления; обслуживающие и вспомогательные операции. Пояснения требуют операции передачи управления(иначе ветвления программы), которые служат для изменения естественного порядка выполнения команд. Бывают операции безусловной передачи управления и операции условной передачи управ ления. Операции безусловной передачи управлениятребуют выполнения после данной команды не следующей по порядку, а той, адрес которой в явном или неявном виде указан в адресной части. Операции условной передачи управлениятребуют тоже передачи управ ления по адресу, указанному в адресной части команды, но только в том случае, если вы полняется некоторое заранее оговоренное для этой команды условие. Это условие в явном или неявном виде указано в коде операции. 17.Логическая схема ПК 4.1. Логические переменные и логические операции Информация (данные, машинные команды и т. д.) в компьютере представлена в двоичной системе счисления, в которой используется две цифры – 0 и 1. Электрический сигнал, проходящий по электронным схемам и соединительным проводникам (шинам) компьютера, может принимать значения 1 (высокий уровень электрического напряжения) и 0 (низкий уровень электрического напряжения) и рассматривается как импульсный сигнал, который математически может быть описан в виде двоичной переменной, принимающей также значения 0 или 1. Для решения различных логических задач, например, связанных с анализом и синтезом цифровых схем и электронных блоков компьютера, широко используются логические функции и логические операции с двоичными переменными, которые называются также логическими переменными. Логические переменные изучаются в специальном разделе математики, который носит название алгебры логики (высказываний), или булевой алгебры. Булева алгебра названа по имени английского математика Джорджа Буля (1815–1864), внесшего значительный вклад в разработку алгебры логики. Предметом изучения алгебры логики являются высказывания, при этом анализу подвергается истинность или ложность высказываний, а не их смысловое содержание. Простые высказывания в алгебре логики обозначаются заглавными латинскими буквами: А, В, С, D,… и т. д. Составные высказывания на естественном языке образуются с помощью союзов. В алгебре логики эти союзы заменяются логическими операциями. В соответствии с алгеброй логики любое составное высказывание можно рассматривать как логическую функцию F(А, В, С,…), аргументами которой являются логические переменные А, В, С…(простые высказывания). Логические функции и логические переменные (аргументы) принимают только два значения: «истина», которая обозначается логической единицей – 1 и «ложь», обозначаемая логическим нулем – 0. Логическую функцию называют также предикатом. Действия, совершаемые над логическими переменными для получения определенных логических функций, называются логическими операциями. В алгебре логики используются следующие логические операции. 1. Логическая операция ИНВЕРСИЯ (отрицание). В естественных языках соответствует словам неверно, ложьили частице не,в языках программирования обозначается Not,в алгебре логики обозначается Инверсия каждому простому высказыванию ставит в соответствие составное высказывание, заключающееся в том, что исходное высказывание отрицается. Математическая запись данной операции для логической переменной Абудет иметь вид: 2.Логическая операция КОНЪЮНКЦИЯ (логическое умножение). В естественных языках соответствует союзу и,в языках программирования обозначается And,в алгебре логики обозначается & . Конъюнкция каждым простым высказываниям ставит в соответствие составное высказывание, являющееся только тогда истинным, когда являются истинными простые высказывания, образующие составное высказывание. Математическая запись данной операции для логических переменных Д В, С,… будет иметь вид: F = A & B & C & … 3. Логическая операция ДИЗЪЮНКЦИЯ (логическое сложение). В естественных языках соответствует союзу или,в языках программирования обозначается Or,в алгебре логики обозначается V. Дизъюнкция каждым простым высказываниям ставит в соответствие составное высказывание, являющееся только тогда истинным, когда хотя бы одно из образующих его высказываний является истинным. Математическая запись данной операции для логических переменных A, В, С,… будет иметь вид: F = AvBvC… 4. Логическая операция ИМПЛИКАЦИЯ (логическое следование). В естественных языках соответствует обороту речи, если…, то…, в языках программирования обозначается If,в алгебре логики обозначается ?. Импликация каждым простым высказываниям ставит в соответствие составное высказывание, являющееся ложным тогда и только тогда, когда первое высказывание истинно, а второе высказывание ложно. Математическая запись данной операции для двух логических переменных Аи Вбудет иметь вид: F = A?B. 5. Логическая операция ЭКВИВАЛЕНЦИЯ (логическая равнозначность). В естественных языках соответствует обороту речи тогда и только тогда,в алгебре логики обозначается ?. Эквиваленция каждым простым высказываниям ставит в соответствие составное высказывание, являющееся истинным тогда и только тогда, когда все простые высказывания, образующие составное высказывание, одновременно истинны или одновременно ложны. Математическая запись данной операции для логических переменных A, В, С…будет иметь вид: F = A?B?C?… |