Информация и информационные процессы. Термин информация происходит от латинского informatio, означающего
 Скачать 287.69 Kb.
|
|
Информация и информационные процессы Термин информация происходит от латинского informatio, означающего разъяснение, осведомленность. Информацию мы получаем отовсюду и повсеместно. Это не только сведения, которые мы получаем на уроке, из книг и прессы или от друзей. Это и те ощущения, которые дает нам окружающий мир. Если мы обратимся к Большой Российской Энциклопедии (БРЭ), то узнаем, что информация – (от лат. informatio – разъяснение, изложение) это термин, который с самого начала обозначал сведения, передаваемые одними людьми другим людям устным, письменным или каким-либо другим способом (например, с помощью условных сигналов, с использованием технических средств и т. д.). Информационные процессы - способы получения, обработки, сохранения и передачи информации всегда играли в жизни человечества очень важную роль. История человечества – это история того, как человек стремился получить информацию об окружающем его мире, сохранить, использовать, передать её следующим поколениям. Наскальная живопись, клинопись, устная речь, музыкальные звуки, нотные знаки для их записи, алфавит, телеграф, радио, телефон, телевидение, компьютеры – вот лишь некоторые звенья цепи попыток совершенствовать способы получения, сохранения, обработки и передачи информации. С середины XX в. в результате социального прогресса и бурного развития науки и техники роль информации значительно возрастает. С изобретением кино, радио, телефона, телевидения происходит лавинообразное нарастание массы разнообразной информации, получившее название «информационного взрыва». Возникла потребность в научном подходе к информации, выявлении её наиболее характерных свойств. Свойства информации: достоверность (недостоверная информация может привести к принятию неверных решений); полнота (неполная информация затрудняет принятие решений и влечет ошибки); актуальность (информацию, которую мы получили вовремя и которая соответствует условиям нашей работы – ценна и актуальна); ясность (ценная и актуальная информация может быть бесполезной, если выражена языком, которого не могут понять те, кому она предназначалась). Происходит изменение понятия информации. Оно было расширено и включило обмен сведениями не только между человеком и человеком, но также между человеком и автоматом, автоматом и автоматом; обмен сигналами в животном и растительном мире. Информационные процессы в обществе Человек воспринимает окружающий мир (получает информацию) с помощью органов чувств (зрения, слуха, обоняния, осязания, вкуса). Чтобы правильно ориентироваться в мире, человек запоминает полученные сведения (хранит информацию). Весь процесс познания является процессом получения и накопления информации. Человеческая память является носителем очень большого объема информации в виде зрительных образов, знания различных фактов и теорий. Хранение информации также осуществляется с помощью книг, а в последнее время все больше на электронных носителях. В процессе достижения каких-либо целей человек принимает решения (обрабатывает информацию), а в процессе общения с другими людьми передает и принимает информацию. Для обмена информацией между людьми служат языки. Устное общение развивалось от имитации звуков, существующих в природе, до словесного выражения мысли. Есть универсальные языки: язык живописи, язык музыки. В наше время появилось понятие «средства массовой информации», или СМИ (газеты, журналы, радио, TV, Интернет). Благодаря современным техническим средствам информация распространяется в считанные секунды на огромные расстояния и люди могут следить за происходящими в мире событиями в режиме реального времени, быстро реагировать на них. Информационные процессы в природе Получение и преобразование информации является условием жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования, роста и размножения. Биологи говорят, что «живое питается информацией», создавая, накапливая и активно используя ее. Пчела летит на запах цветка, который является информацией для нее, летучие мыши ориентируются в пространстве, получая информацию с помощью ультразвуковой локации. Формирование поведения организмов в сообществах в значительной степени зависит от химических средств передачи информации (например, особых веществ – феромонов, используемых животными для привлечения или отпугивания др. особей, регуляции жизнедеятельности в семьях пчёл, муравьев и т.д.). Информационные процессы в технике Информационные процессы характерны не только для человека и общества, живой природы, но и для техники. Н. Винер в 40-х годах XX в. заложил основы новой научной области кибернетики, указал на общность информационных процессов в технике, обществе и живых организмах. Человеком разработаны технические устройства, в том числе современные компьютеры, которые специально предназначены для автоматической обработки информации. Ч. Бэббидж ещё в 1983 году создал проект вычислительной машины, которая принципиально отличалась от других механических машин тем, что должна была работать без помощи человека по заранее составленной и введенной программе. Ученый предусмотрел устройство ввода чисел, устройство обработки, устройство вывода результата и устройство управления, которое управляет работой остальных. Информационные процессы в технике Жизнедеятельность любого организма или нормальное функционирование технического устройства связаны с процессами управления. Процессы управления включают в себя получение, хранение, преобразование и передачу информации. В любом процессе управления всегда происходит взаимодействие двух объектов – управляющего и управляемого, которые соединены каналами прямой и обратной связи. По каналу прямой связи передаются управляющие сигналы, а по каналу обратной связи - информация о состоянии управляемого объекта. Автоматизированные системы управления – это такие системы, в которых сбор и обработка информации, необходимой для выработки управляющих команд, осуществляется с помощью компьютеров и специальной техники, а решение принимает человек. В автоматических системах управления и обработка информации и формирование управляющих сигналов выполняется без участия человека по заранее введенным программам. Примером служат системы управления космическими аппаратами. Системы управления встроены практически во всю современную бытовую технику, станки с числовым программным управлением, транспортные средства и др. Архитектура персонального компьютера. Базовые характеристики компьютера. Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура, ресурсы, т.е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. Термин "архитектура ЭВМ" возник в середине 60-х годов. Представленная на рисунке архитектура считается классической. Она предложена в 1946 году американским математиком Джоном фон Нейманом.Эта архитектура содержит в себе основные черты современных архитектурных решений вычислительных машин. Архитектура современных персональных ЭВМ основана на магистрально-модульном принципе. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить её модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации. Магистраль (системная шина) – это набор электронных линий, связывающих воедино центральный процессор, системную память и периферийные устройства. Персональный компьютер – универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В таком комплекте компьютер обычно поставляется. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства: § системный блок; § монитор; § клавиатуру; § мышь. Системный блок Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными. Внутри системного блока размещаются следующие узлы: · электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.д.); · блок питания, который преобразует электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электросхемы компьютера; · накопители (дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты); · жесткий магнитный диск; · другие устройства. Память компьютера Основная память компьютера состоит из оперативного и постоянного запоминающих устройств. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) используется для хранения специальных программ, которые записываются на заводе. Этот комплекс программ называется BIOS – базовая система ввода-вывода. Работа программ, записанных в микросхеме BIOS, отображается на черном экране бегущими белыми строчками. В этот момент компьютер проверяет свои устройства. Самое быстродействующее устройство для хранения данных – оперативная память компьютера. Ее преимущество – высокая скорость записи и считывания данных. Ее недостаток состоит в ограниченном объеме и в том, что при выключении компьютера оперативная память очищается. Оперативная память используется для кратковременного хранения данных в тот момент, когда они проходят обработку или происходит их прием-передача. Оперативная память состоит из ячеек. В каждой ячейке может храниться 1 байт данных. У каждой ячейки есть свой адрес. Электронные платы Каждая плата представляет собой плоский кусок пластика, на котором укреплены электронные компоненты и различные разъемы. Материнская плата Самой большой электронной платой в компьютере является системная, или материнская плата. На ней располагаются микропроцессор, оперативная память, шина (или шины), BIOS. Кроме того, там находятся электронные схемы (контроллеры), управляющие некоторыми устройствами компьютера. Так, контроллер клавиатуры всегда находится на материнской плате. Часто там же находятся и контроллеры для других устройств (жестких дисков, дисководов для дискет и др.). Контроллеры Электронные схемы, управляющие различными устройствами компьютера, называют контроллерами. Во всех компьютерах имеются контроллеры для управления клавиатурой, монитором, дисководами для дискет, жестким диском и т.д. В большинстве компьютеров некоторые контроллеры располагаются на отдельных электронных платах – платах контроллеров. Эти платы вставляются в специальные разъемы (слоты) на материнской плате. При вставке в разъем материнской платы контроллер подключается к шине – магистрали Микропроцессор Обработка информации – главная задача компьютера. Для работы с данными существует специальная микросхема, которая называется микропроцессором или процессором. Он вызывает данные с диска в оперативную память, забирает их к себе, обрабатывает, а затем отправляет в оперативную память и записывает в виде файла на диск. Для того, чтобы процессор всегда знал, что и с какими данными надо сделать, он должен непрерывно получать команды (инструкции). Инструкции записаны в программах. Программа – это упорядоченный список команд. Процессор состоит из устройства управления (УУ), которое управляет работой с помощью электрических сигналов, арифметико-логического устройства (АЛУ), производящего операции над данными, и регистров - для временного хранения в процессоре данных и результатов действий над этими данными. Существуют различные процессоры, и у каждого свои регистры. Существуют восьмиразрядные регистры, 16-разрядные, 32-разрядные, 64-разрядные. Разные регистры процессора имеют разное назначение. Регистры общего назначения используются для операций с данными. Адресные регистры содержат адреса, по которым процессор находит данные в памяти. Существуют десятки различных регистров. Состав регистров процессора и их назначение называют архитектурой процессора. Важнейшими характеристиками микропроцессора являются разрядность и тактовая частота. Тактовая частота – количество операций, выполняемых за 1 секунду (Гц). Чем выше тактовая частота, тем меньше длительность выполнения одной операции и тем выше производительность компьютера. Обращения к оперативной памяти для процессора самые неудобные. Операции внутри процессора выполняются быстрее. Чтобы процессор реже обращался к оперативной памяти, внутри процессора создают небольшой участок памяти. Эта память получила название кэш-памяти. Накопители информации Для длительного хранения больших объемов данных компьютер использует магнитные диски. Магнитные диски бывают двух типов – гибкие и жесткие. Гибкие диски (дискеты) имеют не очень большую емкость и работают сравнительно медленно, но их можно переносить с одного компьютера на другой. Жесткие диски обладают большой емкостью, но они располагаются внутри системного блока и их нельзя переносить. Диск вращается с огромной скоростью, а над магнитной поверхностью парит на воздушной подушке магнитная головка, которая записывает и считывает биты и байты данных. Корпус жесткого диска закрыт кожухом, снимать который нельзя, иначе попавшие микрочастицы пыли со временем выведут диск из строя. Чтобы данные можно было не только записать на жесткий диск, а потом еще и прочитать, надо точно знать, что и куда было записано. У всех данных должен быть адрес. Мы уже знаем, что информация хранится не байтами, а файлами. Каждый файл на диске имеет свой адрес. Чтобы у каждого файла на диске был свой адрес, диск разбивают на дорожки, а дорожки, в свою очередь, разбивают на секторы. Размер каждого сектора стандартен и равен 512 байтам. Разбиение диска на дорожки и секторы называется форматированием. Его выполняют служебные программы. Самая первая дорожка магнитного диска (нулевая) считается служебной – там хранится служебная информация. Например, на этой дорожке хранится так называемая таблица размещения файлов. В этой таблице компьютер запоминает адреса записанных файлов. Для переноса больших объемов информации между компьютерами используют лазерные компакт-диски. Один такой компакт-диск может содержать 650 Мбайт данных. Лазерный диск вставляется в специальный дисковод, который называют дисководом CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory). Считывание информации производится с помощью лазерного луча. Современные дисководы CD-ROM работают почти также быстро, как жесткие диски, но, в отличие от них, такие дисководы могут только читать данные и не могут их записывать. Для записи лазерных дисков существуют специальные «пишущие» дисководы, которые называют CD-R(Compact Disk Recorder) – устройства однократной записи и устройства многократной записи CD-RW. Появились еще более емкие носители информации – диски DVD. Один такой диск может вместить несколько гигабайтов данных. Каждый диск, присутствующий на компьютере, имеет уникальное имя. Имя диска состоит из одной буквы английского алфавита и двоеточия, например А: или С:. Буквой А: общепринято обозначать дисковод для гибких дисков. Буквой С: обозначается первый жесткий диск. Видеоконтроллеры Электронные схемы компьютера, обеспечивающие выполняется в виде специальной платы, вставляемой формирование видеосигнала и тем самым определяющие изображение, показываемое монитором, называют видеоконтроллером. Видеоконтроллер обычно в разъем системной шины компьютера. Видеоконтроллер получает от микропроцессора команды по формированию изображения, конструирует это изображение в своей служебной памяти – видеопамяти, и одновременно преобразует содержимое видеопамяти в сигнал, подаваемый на монитор – видеосигнал. Устройства ввода-вывода информации К устройствам ввода информации относятся клавиатура, манипуляторы (мышь, джойстик, световое перо), сканер, средства речевого контроля. С помощью клавиатуры пользователь вводит алфавитно-цифровую информацию и управляет работой компьютера. Любая клавиатура имеет четыре группы клавиш: · клавиши пишущей машинки для ввода прописных и строчных букв, цифр и специальных знаков; · служебные клавиши; · функциональные клавиши; · клавиши малой двухрежимной цифровой клавиатуры, обеспечивающие быстрый и удобный ввод цифровой информации, а также управление курсором и переключение режимов работы клавиатуры. Манипуляторы являются дополнительными устройствами для ввода информации. Совместно с клавиатурой они повышают удобство работы пользователя с компьютером. В настоящее время используются различные виды манипуляторов: · джойстик обеспечивает перемещение курсора на экране в одном из четырех направлений; · световое перо может применяться для указания точки на экране дисплея или для формирования изображений; · мышь представляет собой приспособление для указания нужных точек на экране путем перемещения его вручную по плоской поверхности. Сканер предназначен для ввода в компьютер представленных в печатном виде текстовых и графических данных. Наиболее часто используемые устройства вывода информации – это дисплеи, принтеры, графопостроители и синтезаторы звука. Видеомонитор, дисплей или монитор предназначен для вывода на экран информации. Принтеры – это устройства для вывода на бумагу текстов и графических изображений. В настоящее время известно несколько видов принтеров: матричный, струйный, лазерный. Мультемедийный компьютер Термин «мультимедиа» происходит от латинского слова media, переводимого как «среда или носитель информации». Таким образом, мультимедиа-компьютеры должны уметь воспроизводить: · музыку, речь и другую звуковую информацию; · анимационные фильмы и другую видеоинформацию. Мультимедийный компьютер должен быть оснащен дисководом для компакт-дисков, звуковой картой и колонками или наушниками. Кроме этого есть требования к быстродействию, объему оперативной памяти и наличие программного обеспечения. Процессор: назначение и его основные характеристики. Описание и назначение процессоров На самом деле то, что мы сегодня называем процессором, правильно называть микропроцессором. Разница есть и определяется видом устройства и его историческим развитием. Первый процессор (Intel 4004) появился в 1971 году. Внешне представляет собой кремневую пластинку с миллионами и миллиардами (на сегодняшний день) транзисторов и каналов для прохождения сигналов. Назначение процессора – это автоматическое выполнение программы. Другими словами, он является основным компонентом любого компьютера. Устройство процессора Ключевыми компонентами процессора являются арифметико-логическое устройство(АЛУ), регистры и устройство управления. АЛУ выполнят основные математические и логические операции. Все вычисления производятся в двоичной системе счисления. От устройства управления зависит согласованность работы частей самого процессора и его связь с другими (внешними для него) устройствами. В регистрах временно хранятся текущая команда, исходные, промежуточные и конечные данные (результат вычислений АЛУ). Разрядность всех регистров одинакова. Кэш данных и команд хранит часто используемые данные и команды. Обращение в кэш происходит намного быстрее, чем в оперативную память, поэтому, чем он больше, тем лучше. Схема процессора  Работа процессора Работает процессор под управлением программы, находящейся в оперативной памяти. (Работа процессора сложнее, чем это изображено на схеме выше. Например, данные и команды попадают в кэш не сразу из оперативной памяти, а через блок предварительной выборки, который не изображен на схеме. Также не изображен декодирующий блок, осуществляющий преобразование данных и команд в двоичную форму, только после чего с ними может работать процессор.) Блок управления помимо прочего отвечает за вызов очередной команды и определение ее типа. Арифметико-логическое устройство, получив данные и команду, выполняет указанную операцию и записывает результат в один из свободных регистров. Текущая команда находится в специально для нее отведенном регистре команд. В процессе работы с текущей командой увеличивается значение так называемогосчетчика команд, который теперь указывает на следующую команду (если, конечно, не было команды перехода или останова). Часто команду представляют как структуру, состоящую из записи операции (которую требуется выполнить) и адресов ячеек исходных данных и результата. По адресам указанным в команде берутся данные и помещаются в обычные регистры (в смысле не в регистр команды), получившийся результат тоже сначала оказывается в регистре, а уж потом перемещается по своему адресу, указанному в команде. Характеристики процессора Тактовая частота процессора на сегодняшний день измеряется в гигагерцах (ГГц), Ранее измерялось в мегагерцах (МГц). 1МГц = 1 миллиону тактов в секунду. Процессор «общается» с другими устройствами (оперативной памятью) с помощью шин данных, адреса и управления. Разрядность шин всегда кратна 8 (понятно почему, если мы имеем дело с байтами), изменчива в ходе исторического развития компьютерной техники и различна для разных моделей, а также не одинакова для шины данных и адресной шины. Разрядность шины данных говорит о том, какое количество информации (сколько байт) можно передать за раз (за такт). От разрядности шины адреса зависит максимальный объем оперативной памяти, с которым процессор может работать вообще. На мощность (производительность) процессора влияют не только его тактовая частота и разрядность шины данных, также важное значение имеет объем кэш-памяти. Память: назначение, виды и основные характеристики. Оперативная память - это, в отечественной научной терминологии, "оперативное запоминающее устройство" или ОЗУ, а в западной - RAM, то есть "Random Access Memory" ("память с произвольным доступом"). ОЗУ представляет собой область временного хранения данных, при помощи которой обеспечивается функционирование программного обеспечения. Память состоит из ячеек, каждая из которых предназначена для хранения определенного объема данных, как правило, одного или четырех бит. Чипы памяти работают синхронно с системной шиной. Компьютерная оперативная память является динамической (отсюда - DRAM или Dynamic RAM) - для хранения данных в такой памяти требуется постоянная подача электрического тока, при отсутствии которого ячейки опустошаются. Пример энергонезависимой или постоянной памяти (ПЗУ или ROM - Read Only Memory) памяти - флэш-память, в которой электричество используется лишь для записи и чтения, в то время как для самого хранения данных источник питания не нужен. Ячейки памяти в микросхемах представляют собой конденсаторы, которые заряжаются в случае необходимости записи логической единицы, и разряжаются при записи нуля. Опустошение памяти в случае отсутствия электроэнергии осуществляется именно за счет утечки токов из конденсаторов. Виды оперативной памяти, их назначение и основные характеристики.Существует много различных видов оперативной памяти, но их все можно подразделить на две основные подгруппы - статическая память (Static RAM) и динамическая память (Dynamic RAM). Эти два типа памяти отличаются, прежде всего, различной в корне технологической реализацией - SRAM будет хранить записанные данные до тех пор, пока не запишут новые или не отключат питание, а DRAM может хранить данные лишь небольшое время, после которого данные нужно восстановить (регенерировать), иначе они будут потеряны. Рассмотрим достоинства и недостатки SRAM и DRAM: Память типа DRAM, в силу своей технологии, имеет большую плотность размещения данных, чем SRAM. DRAM гораздо дешевле SRAM, но последняя, производительнее и надежнее, поскольку всегда готова к считыванию. Внешние устройства. Устройство ввода – вывода. |