1. Основные понятия информатики 2 Тема Предмет информатики 4
| Вид материала | Документы |
- Защита данных комплекс мер, направленных на предотвращение потерь, воспроизведения, 85.23kb.
- Задачи и проблемы информатики 9 Инемного философии… 9 Использованная литература, 196.06kb.
- Календарно-тематическое планирование по курсу «информатика и икт», 9 класс, 273.48kb.
- Лекция основные понятия информатики понятие, содержание, объект и предмет информатики, 71.53kb.
- 1. Основные понятия информатики. Определение понятия информатика. Предмет и задачи, 745.21kb.
- Базовый курс школьной информатики. Дифференцированное обучение информатике на старшей, 45.21kb.
- Программа вступительных испытаний по дисциплине информатика, 14.43kb.
- Темы для докладов по информатике Понятие информатики, 31.77kb.
- Становление информатики как фундаментальной науки и комплексной научной проблемы, 1626.68kb.
- Лекция 1 " Предмет и основные понятия информатики", 715.5kb.
Пользователь ЭВМ - человек, в интересах которого проводится обработка данных на ЭВМ.
В качестве пользователей ЭВМ могут выступать заказчики вычислительных работ, программисты, операторы. Как правило, время подготовки задач во много раз превышает время их решения.
Требования пользователей к выполнению вычислительных работ удовлетворяются специальным подбором и настройкой технических и программных средств. Обычно эти средства взаимосвязаны и объединяются в одну структуру.
Структура - совокупность элементов и их связей. Различают структуры технических, программных и аппаратно-программных средств. Выбирая ЭВМ для решения своих задач, пользователь интересуется функциональными возможностями технических и программных модулей (как быстро может быть решена задача, насколько ЭВМ подходит для решения данного круга задач, какой сервис программ имеется в ЭВМ, возможности диалогового режима, стоимость подготовки и решения задач и т.д.). При этом пользователь интересуется не конкретной технической и программной реализацией отдельных модулей, а общими вопросами организации вычислений. Последнее включается в понятие архитектуры ЭВМ, содержание которого достаточно обширно.
Детализацией архитектурного и структурного построения ЭВМ занимаются различные категории специалистов вычислительной техники. Инженеры - системотехники проектируют отдельные технические устройства и разрабатывают методы их сопряжения друг с другом. Системные программисты создают программы управления техническими средствами, информационного взаимодействия между уровнями, организации вычислительного процесса. Программисты - прикладники разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействие пользователей с ЭВМ и необходимый сервис при решении ими своих задач. Указанные специалисты рассматривают понятие архитектура в более узком смысле. Для них наиболее важные структурные особенности сосредоточены в наборе команд ЭВМ, являющимся границей между аппаратными и программными средствами.
Пользователи ЭВМ, которые обычно не являются профессионалами в области вычислительной техники, рассматривают архитектуру через более высокоуровневые аспекты, касающиеся взаимодействия с ЭВМ (человеко-машинного интерфейса), начиная со следующих групп характеристик ЭВМ, определяющих ее структуру:
- технические и эксплутационные характеристики ЭВМ (быстродействие и производительность, показатели надежности, достоверности, точности, емкость оперативной и внешней памяти, габаритные размеры, стоимость технических и программных средств, особенности эксплуатации и др.);
- характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ; возможность расширения состава технических и программных средств; возможность изменения структуры;
- состав программного обеспечения ЭВМ и сервисных услуг (операционная система или среда, пакеты прикладных программ, средства автоматизации программирования).
Тема 12. Принципы построения технических средств информатизации
Основные принципы построения ЭЦВМ были сформулированы в 1947г Дж.фон-Нейманом и сохранили свое значение до настоящего времени. Важнейшими из них являются следующие.
1 принцип
Для хранения информации в ЭВМ служит память, для обработки информации - процессор.
2 принцип
Иерархическое построение памяти ЭВМ: память состоит из нескольких запоминающих устройств (ЗУ), различающихся емкостью и быстродействием. Самое быстрое ЗУ - сверхоперативное (СОЗУ), имеющее емкость в несколько машинных слов (или нескольких десятков, редко - сотен или тысяч) и быстродействие, равное быстродействию процессора. Обычно СОЗУ размещается в кристалле микропроцессора. Это - одно из наиболее дорогих ЗУ.
Близка по быстродействию к СОЗУ основная память ЭВМ (ОП). Ее объем превышает десятки тысяч байт. ОП является "полностью электронной" памятью, но выполняется на отдельных микросхемах, доступ микропроцессора к которым осуществляется через системную магистраль, в связи с чем время обращения к ней по сравнению с СОЗУ увеличивается в 2-10 раз.
Для хранения больших массивов информации и редко используемых программ служат внешние ЗУ (ВЗУ) - накопители. В зависимости от конструкции носителя информации получили распространение ВЗУ трех типов: накопители на жестком магнитном диске (НМД), накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопители на магнитных лентах (НМЛ, в качестве которых часто используются стриммеры). Все они относятся к ЗУ электромеханического типа, в связи с чем для них характерна значительно меньшая скорость работы. Но емкость этих ЗУ значительно превышает емкость ОП, а стоимость их (в расчете на единицу информации) значительно ниже.
3 принцип
Для внутреннего хранения и преобразования числовой информации должна использоваться двоичная система счисления. Для характеристики объема информации при этом используется двоичный символ - бит, который может принимать значения: 0 или 1.
При больших объемах и при выполнении специфических машинных операций используются производные от бита единицы информации:
- триада - 3 бита (используется для перевода из двоичной в восьмиричную систему счисления и обратно);
- тетрада - 4 бита (используется для перевода из двоичной в шестнадцатеричную систему счисления и обратно, и для представления шестнадцатеричных (Hexadecimal, или сокращенно - "Hex") цифр;
- байт - 8 бит (используется в большинстве ЭЦВМ в качестве основной единицы информации при размещении ее в запоминающих устройствах. Восьмибитная единица информации применяется для кодирования - т.е. представления в виде двоичного числа - алфавитно-цифровых символов, математических знаков, знаков пунктуации, символов псевдографики, и специальных управляющих символов, и позволяет закодировать 256 различных символов. При работе только с шестнадцатеричными цифрами в одном байте размещается две тетрады, т.е. две шестнадцатеричных цифры).
При большом объеме запоминающего устройства применяются производные от байта единицы информации:
- 1 Кбайт = 1024 байта (здесь буква "К" является аналогом приставки "кило", которая в физике используется для укрупнения единицы в 1000 раз. Но десятичное число "1000" при переводе в двоичную систему счисления не является"круглым" числом (т.е. не представляется единицей с нулями). Ближайшим "круглым" числом является десятичное 1024 - в двоичной системе счисления это 1 с десятью нулями);
- 1 Мбайт = 1024 Кбайт ( "М" эквивалентно приставке "мега" в физике);
- 1 Гбайт = 1024 Мбайт ( "Г" эквивалентно приставке "гига");
- 1 Тбайт = 1024 Гбайт ( "Т" эквивалентно приставке "терра").
При обработке информации применяются другие машинные единицы информации, являющиеся производными бита: машинное слово, полуслово и двойное слово. Но размер этой единицы зависит от типа применяемого процессора. Так в ЭЦВМ, построенных на микропроцессоре i80486 длина машинного слова - 32 бита или 4 байта (полуслова - 16 бит, двойного слова - 64 бита).
4 принцип
Принцип адресности памяти: вся память разделена на ячейки, каждая из которых хранит одну единицу информации (чаще всего - байт, но может быть и слово, полуслово, двойное слово). Каждая ячейка имеет свой уникальный номер, который называется ее адресом. При обращении к памяти указывается адрес - т.е. номер ячейки, в которую нужно поместить или из которой нужно прочитать число.
5 принцип
Арифметическое устройство ЭЦВМ должно строиться на основе единых схем для выполнения всех операций. В этом случае не требуется отдельных устройств для выполнения операций сложения, вычитания, умножения, и др., что сокращает объем оборудования и его стоимость.
6 принцип
Принцип программного управления:
работой ЭВМ управляет программа, состоящая из отдельных команд;
- программа размещается вместе с данными в основной памяти ЭВМ;
- каждая команда хранится в отдельной ячейке памяти (или группе смежных ячеек) и имеет свой адрес;
- все команды имеют одинаковую структуру. Они состоят из двух частей: кода операции и адресной части. Код операции определяет, какую команду нужно выполнить. Адресная часть определяет, где хранятся операнды - т.е. обрабатываемые данные, и куда необходимо поместить результат операции.
В зависимости от количества используемых в команде операндов различаются одно-, двух-, трех-, четырехадресные, и безадресные команды.
В одноадресных командах указывается, где находится один из двух обрабатываемых операндов. Второй операнд должен быть помещен заранее в арифметическом устройстве (для этого в систему команд вводятся специальные команды пересылки данных между устройствами).
В двухадресных командах оба операнда перед выполнением операции находятся в памяти, поэтому их адреса указываются в команде. После выполнения команды в один из этих адресов засылается результат, а находившийся там операнд теряется.
В трехадресных командах два адреса указывают, где находятся исходные операнды, а третий - куда необходимо поместить результат.
В четырехадресных командах три адреса используются для указания исходных операндов и результата, а четвертый - для указания адреса следующей команды.
В безадресных командах обычно обрабатывается один операнд, который до и после операции находится в арифметическом устройстве (в память не пересылается). Кроме того, безадресные команды используются для выполнения служебных операций (очистить экран, заблокировать клавиатуру, снять блокировку, и др.).
все команды программы выполняются последовательно, команда за командой, в том порядке, как они записаны в памяти ЭВМ (естественный порядок следования команд). Этот порядок характерен для линейных программ, т.е. программ, не содержащих разветвлений.
Для организации разветвлений, циклического выполнения участков программы, есть команды, нарушающие естественный порядок. К ним относятся: безусловная передача управления (или "безусловный переход"), условная передача управления (т.е. переход, если выполняется заданное условие), обращение к подпрограмме (т.е. "переход с возвратом"), циклические операции. Кроме того, естественный порядок следования команд не соблюдается в машинах, использующих четырехадресные команды - в этом случае некоторые из команд передачи управления упраздняются.
При явном указании адреса следующей команды реализуется "принудительный" порядок следования команд. Он возможен только если программа размещается в доступной процессору части основной памяти. Поскольку при этом команды (с точки зрения процессора) ничем не отличаются от данных, в процессе выполнения программы ее команды можно изменять (модифицировать), что повышает гибкость программирования и универсальность ЭВМ.
Тема 13. Классификация технических средств информатизации
Рынок современных компьютеров отличается разнообразием и динамизмом, каких еще не знала ни одна область человеческой деятельности. Практика показала, что для решения различных задач нужна соответственно и различная вычислительная техника. Почти каждое десятилетие меняются поколения ЭВМ, каждые два года ¾ основные типы микропроцессоров, определяющих основные характеристики новых ЭВМ. Такие темпы сохраняются уже многие годы. В этих условиях любая предложенная классификация ЭВМ очень быстро устаревает и нуждается в корректировке. Например, еще десятилетие назад в основном использовалась классификация средств вычислительной техники, в основу которой было положено их разделение по быстродействию:
1 подход к классификации средств вычислительной техники
По способу представления информации вычислительные машины разделяют на три группы.
 | 1 группа Аналоговые вычислительные машины (АВМ), в которых информация представляется в виде непрерывно изменяющихся переменных, выраженных какими-либо физическими величинами. |
| 2 группа
|  |
3 группа
Гибридные вычислительные машины, в которых используются оба способа представления информации.
Каждый из этих способов представления информации имеет свои преимущества и недостатки. Основным достоинством ЦВМ, определившим их широкое распространение и преобладание среди всех ЭВМ, является то, что точность получаемых с их помощью результатов вычислений не зависит от точности, с которой они сами (т.е. ЦВМ) изготовлены. Точность же результатов вычислений с помощью АВМ непосредственно зависит от точности устройства самой АВМ. Этим объясняется и тот факт, что первое известное нам аналоговое вычислительное устройство - логарифмическая линейка - появилась лишь в XVII в., тогда как самыми древними цифровыми средствами для облегчения вычислений были человеческая рука и подручные предметы - камешки, палочки, косточки и т.п., а “цифровое” приспособление для счета - абак - известен был уже древним египтянам.
2 подход к классификации средств вычислительной техники
Еще десятилетие назад в основном использовалась классификация средств вычислительной техники, в основу которой было положено их разделение по быстродействию.
 | СуперЭВМ для решения крупномасштабных вычислительных задач, для обслуживания крупнейших информационных банков данных. |
 | Большие ЭВМ для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров. |
 | Средние ЭВМ широкого назначения для управления сложными технологическими производственными процессами. ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления распределенной обработкой информации в качестве сетевых серверов. |
 | Малые компьютеры (мини ЭВМ). Эти мини суперкомпьютеры являются наиболее эффективными и компактными системами обработки информации, как научного, так и специального назначения, в том числе для обработки телеметрической информации в реальном масштабе времени. Подобные суперкомпьютеры могут стать основой самых совершенных прикладных систем военного назначения. |
 | Персональные и профессиональные ЭВМ, позволяющие удовлетворять индивидуальные потребности пользователей. На базе этого класса ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места для специалистов различного уровня. |
 | Встраиваемые микропроцессоры, осуществляющие автоматизацию управления отдельными устройствами и механизмами |
3 подход к классификации средств вычислительной техники
С развитием сетевых технологий все больше начинает использоваться другой классификационный признак, отражающий место и роль ЭВМ в сети. Согласно ему классификация принимает следующий вид.
Мощные машины и вычислительные системы для управления гигантскими сетевыми хранилищами информации - предназначаются для обслуживания крупных сетевых банков данных и банков знаний. По своим характеристикам их можно отнести к классу суперЭВМ, но в отличие от них они являются более специализированными и ориентированными на обслуживание мощных потоков информации.
Кластерные структуры - представляют собой многомашинные распределенные вычислительные системы, объединяющие под единым управлением несколько серверов. Это позволяет гибко управлять ресурсами сети, обеспечивая необходимую производительность, надежность, готовность и другие характеристики.
Серверы - это вычислительные машины и системы, управляющие определенным видом ресурсов сети. Различают файл-серверы, серверы приложений, факс - серверы, почтовые, коммуникационные, Web-серверы и др.
Рабочие станции – представляют собой наличие в сетях абонентских пунктов, ориентированных на работу профессиональных пользователей с сетевыми ресурсами. Этот термин как бы отделяет их от ПЭВМ, обеспечивающих работу основной массы непрофессиональных пользователей, работающих обычно в автономном режиме.
Сетевые компьютеры - представляют собой упрощенные персональные компьютеры, вплоть до карманных персональных компьютеров. Они становятся еще одним стандартом, объединяющим целый класс компьютеров, который получает массовое производство и распространение. Их применение позволяет аккумулировать вычислительные мощности и все виды вычислительных услуг на серверах в сетях ЭВМ. В связи с этим отпадает необходимость каждому пользователю иметь собственные автономные средства обработки. Очень многие из них могут обращаться к вычислительным ресурсам сетей с помощью простейших средств доступа - сетевых компьютеров. Требуемая информация и нужные виды ее обработки будут выполнены серверами сети, а пользователи получают уже готовые, требуемые им результаты.
Уже теперь понятие “сетевой компьютер” отождествляется с целым спектром моделей, различающихся своими функциональными возможностями. Чаще всего под сетевым компьютером понимают достаточно дешевый компьютер с малой оперативной памятью, с отсутствием жесткого и гибкого дисков и со слабым программным обеспечением. Стоимость сетевого компьютера должна быть намного ниже стоимости персонального компьютера достаточно сложной конфигурации.
Классификация сетевых компьютеров
Возможна достаточно широкая классификация сетевых компьютеров в соответствии с их возможностями по представлению данных, выполнения отдельных простейших программ и приложений. Наиболее часто выделяют:
þ Windows-терминалы ( Windows-based Terminal, WBT) – настольные и мобильные персональные компьютеры (ПК) с операционной системой Windows СЕ. Рассчитаны на запуск приложений на сервере и получение от него данных;
þ простейшие универсальные сетевые компьютеры (“тонкие клиенты”) – настольные ПК с доступом к различным сетевым ресурсам. Практически все требуемые пользователям программы должны выполняться на сервере;
þ сетевые компьютеры Java (Java Net PC), способные выполнять простейшие Java-программы;
þ достаточно мощные сетевые компьютеры ( Net PC) – настольные ПК с резидентной операционной системой, способные работать с большинством приложений.
Классы персональных компьютеров
Микрокомпьютеры - наиболее часто используемый и широко распространенный тип компьютеров. Микрокомпьютер часто называют персональным компьютером или персональной ЭВМ (ПЭВМ), т.е. компьютером (ЭВМ) общего назначения, предназначенным для индивидуального пользования. Различают следующие классы персональных компьютеров.
настольный ПК (Dessktop или Tabletop) - малогабаритная ЭВМ настольного типа, обычно состоящая из системного блока, содержащего целый ряд устройств, обеспечивающих работу компьютера, клавиатуры, позволяющей вводить информацию в компьютер, и монитора (дисплея), предназначенного для изображения графической и текстовой информации. Настольные ПК отличаются друг от друга формой и расположением (горизонтального/вертикального) корпуса системного блока - это могут быть так называемые:
- настольные персональные компьютеры (ПК) башенного типа (tower),
- большие настольные ПК (Big),
- средние настольные ПК (Midi),
- малые настольные ПК (Mini),
- настольные ПК малютки (Baby),
- настольные ПК слимы (Slim),
- настольные ПК “размером книги” (Book Size),
- портативные (Portable) или мобильные (Mobile) ПК - представляют собой меньшие по размеру по сравнению с настольными ПК, имеющие встроенное автономное питание, и у которых системный блок, монитор и клавиатура заключены в один корпус, конструктивно, как крышка и клавиатура. Эти ПК могут быть следующих видов:
- “блокнотные” ПК (Notebook) - ПЭВМ типа записной книжки или другими словами “компьютер - блокнот”;
- “накаленный” ПК (Lap top) - ПЭВМ, размеры и масса которого позволяют работать с ним “на коленях”;
- “подблокнотные” ПК (Subnotbook) - ПЭВМ меньшего размера, чем “блокнотные” и “накаленные” ПК;
- cредний класс, ультра-портативные ноутбуки (ultra portables) - предназначен для полноценной работы в дороге
- класс "тяжелых", или полновесных ноутбуков (full-size notebooks) - полноценно заменяют рабочий ПК, с большим экраном, дополнительными батареями, развитыми мультимедийными функциями и т.д.
- ручные ПК (Hand-held или Palm-top) - ПЭВМ миниатюрных размеров (с почтовую открытку), который можно держать в одной руке, другой работать на нем, а переносить или хранить в кармане одежды;
- карманные ПК (Pocket или Pocket - Size) - миниатюрные компьютеры, которые очень близки по своим возможностям к ручным ПК, но еще меньше по размеру.
- специализированные ПК - представляют собой миниатюрные компьютеры. Среди специализированных миниатюрных ПК можно выделить (см. рис.1):
- электронные органайзеры (electronic organazers) и персональные цифровые секретары (personal Digital Assistant - PDA) - миниатюрные специализированные ПК, весом менее 500 грамм, предназначенные для организации и планирования индивидуальной деятельности любого человека, с возможностью ведения личных баз данных, формирования сообщений и отправки их нужному адресату;
- программные калькуляторы (Programmable Calculators) - миниатюрный компьютер, предназначенный для специализированной обработки научной и/или бизнес - информации, имеющий собственный язык программирования;
- калькуляторы (Calculators) - наименьшие, массовые, широкоиспользуемые ПК, специализированные на выполнение определенных видов вычислений (основные математические операции, несложные инженерные, технические и экономические расчеты и т.д.);
- электронные игры (Calculator/computer - electronic games) - миниатюрный специализированный компьютер или калькулятор, реализующий функции одной или нескольких игр.
Рис. 1. Электронные органайзеры, калькуляторы, электронные игры
Класс самых миниатюрных ПК, которые в последнее время получили название “микросы” (Micros), постоянно расширяется с одновременным процессами и их дальнейшей миниатюризации, повышения мощности и наделения новыми функциональными возможностями.
- "перьевые”, планшетные ПК (Penbased или Tablets) - ПЭВМ со специализированным набором функций, управляемые при помощи специального “пера” (перьевого манипулятора). Среди “перьевых”, планшетных ПК имеются ПЭВМ, размером ручных, карманных и калькуляторов. Наиболее широко возможность управления при помощи пера используется в персональных цифровых ассистентах PDA.
а
) 
б)Рис. 2. Планшетные компьютеры: (а) Skeye.pad SL и (б) DynaBook SS3500
Практически это можно использовать так:
1 пример из «жизни» ноутбуков
Китайская компания Lenovo уже в этом году планирует выпустить первый в мире ноутбук, оснащенный двумя жидкокристаллическими экранами.
Lenovo должна закончить работы по созданию новинки, получившей, кстати, "рабочее" название Vela, к четвертому кварталу текущего года. Vela помимо "традиционного" монитора будет обладать небольшим дисплеем, размещенным на внешней стороне крышки. При работе с ним ноутбук будет переводиться в состояние пониженного энергопотребления. Разработчики отмечают, что даже при работе с внешним монитором пользователь сможет выполнять большинство необходимых ему ежедневных функций, таких, например, как работа с корпоративной сетью или электронной почтой.
Ноутбук будет базироваться на платформе следующего поколения Intel Sonoma. Основной дисплей лэптопа будет иметь диагональ 15,4 дюйма, а внешний - 4,4 дюйма.
2 пример из «жизни» суперкомпьютеров
Корпорация IBM работает над созданием кластерной системы под названием Blue Gene/L, в задачи которой будет входить моделирование процессов, происходящих в космосе. В IBM надеются запустить Blue Gene/L в 2005 году.
Новый суперкомпьютер будет построен на 12 тысячах процессорах, каждый из них содержит два ядра: одно из которых отвечает за обработку информации, а другое - за обеспечение связи. В IBM подсчитали, что теоретически производительность всей системы достигнет отметки 34 триллионов операций в секунду. Выбранная программная платформа - специально адаптированная версия Linux.
По своим характеристикам Blue Gene/L близко подберется к нынешнему лидеру рейтинга пятисот самых мощных суперкомпьютеров мира – кластеру Earth Simulator, разработанному компанией NEC и выполняющему 37 триллионов операций в секунду.
3 пример из «жизни» КПК
Аналитическая компания In-stat/MDR опубликовала отчет за 2003 год, а также прогноз на 2004 год рынка КПК.
Как сказано в отчете, в 2003 году произошло небольшое снижение объёма продаж КПК по сравнению с 2002 годом. Причем больший объем проданной продукции приходится на долю компании palmOne. Она почти в два раза превосходит показатели своего ближайшего конкурента - компании Hewllet-Packard.
В In-stat/MDR уверены, что в нынешнем году ситуация коренным образом изменится. Аналитики прогнозируют: количество проданных КПК в 2004 году составит 10,8 миллиона штук, т.е. произойдет рост рынка на 6,5%.
4 пример из «жизни» КПК
Аналитическая компания In-stat/MDR опубликовала отчет за 2003 год, а также прогноз на 2004 год рынка КПК.
Как сказано в отчете, в 2003 году произошло небольшое снижение объёма продаж КПК по сравнению с 2002 годом. Причем больший объем проданной продукции приходится на долю компании palmOne. Она почти в два раза превосходит показатели своего ближайшего конкурента - компании Hewllet-Packard.
В In-stat/MDR уверены, что в нынешнем году ситуация коренным образом изменится. Аналитики прогнозируют: количество проданных КПК в 2004 году составит 10,8 миллиона штук, т.е. произойдет рост рынка на 6,5%.