Основы информатики

5

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 – используется для проведения сложных вычислений, 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 – используются 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

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

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

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

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

-          материнская плата

-          системная шина

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.

Материнская плата – основная плата ПК, обеспечивает подключение и согласование всех компонентов компьютера.

Системная шина – предназначена для передачи данных, адресов сигналов, между различными компонентами компьютера. Представляет собой группу электронных проводников.

Состоит из 3х частей:

       шина данных – по ней передаётся вся обрабатываемая информация

       шина адреса – определяет адрес передаваемых данных

       шина управления – регулирует процесс обмена информацией.

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.

1)                    ПЗУ (ROM – Read Only Memory) – программы, которые обеспечивают начало работы компьютера, связь ЦП с другими устройствами и проверку работоспособности 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.

Драйвер – программа, управляющая устройствами ввода/вывода.

              2) ОЗУ (RAM – Random Access Memory) – память прямого доступа. Она предназначена только для ЦП (помещается информация, считывается, обрабатывается). 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 – используется 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 группу 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, 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.