Файлы и файловая структура
СИГНАЛЫ И ДАННЫЕ
Информация в материальном мире. Сигналы и данные
Все что окружает человека, то с чем он сталкивается ежедневно, относится либо к физическим телам, либо к физическим полям. Физические объекты находятся в состоянии непрерывного движения и изменения, которые при этом сопровождаются обменом энергии и ее переходом из одной формы в другую.
Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов, т.е. все сигналы имеют в своей основе материальную энергетическую природу. При взаимодействии сигналов с физическими телами в последних возникают определенные изменения свойств – это явление называется регистрацией сигналов. Такие изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать иными способами – при этом возникают и регистрируются новые сигналы, т.е. образуются данные.
Данные
Из вышесказанного следует, что данные представляют собой зарегистрированные сигналы. При этом физические методы регистрации сигналов могут быть любыми: механическое перемещение физических тел, изменение их формы или параметров качества поверхности, изменение электрических, магнитных, оптических характеристик, химического состава, изменение состояния электронной системы и т.д.
В ходе информационного процесса данные преобразуются из одного вида в другой с помощью методов.
| СИГНАЛЫ → РЕГИСТРАЦИЯ СИГНАЛОВ → ДАННЫЕ |
| Операции с данными | - Сбор данных - Формализация данных - Фильтрация данных - Сортировка (упорядочение) данных - Архивация (организация хранения) данных - Защита данных; - Транспортировка данных (прием и передача) - Преобразование данных |
Кодирование данных
Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам, необходима унификация их формы представления путем кодирования, т.е. выражение данных одного типа через данные другого типа (человеческие языки, система записи математических выражений, различные азбуки, система Брайля и др.).
В вычислительной технике используется система двоичного кодирования, основанная на представлении данных последовательностью всего двух знаков: 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами (binary digit или bit).
Одним битом могут быть выражены два понятия: 0 или 1. Двумя битами можно выразить четыре различных понятия: 00 01 10 11. Тремя битами – восемь различных значений: 000 001 010 011 100 101 110 111.
| КОДИРОВАНИЕ ДАННЫХ | |
| Обозначение (ед. инф.) | Значение |
| Бит (bit - binary digit) | 0 или 1 |
| 2 бит | 00 01 10 11. |
| 3 бит | 000 001 010 011 100 101 110 111 |
| 1 байт = 8 бит | целые числа от 0 до 255 |
| 2 байт = 16 бит | числа от 0 до 65 535 |
| 3 байта = 24 бит | 16,5 млн. значений |
| Обозначение | Значение |
| Слово | 16 бит |
| Килобайт | 1 К = 210 байт = 1 024 байт |
| Мегабайт | 1 М = 1024 К = 2 20 байт ≈ 106 байт |
| Гигабайт | 1 G = 1024 М = 2 30 байт ≈ 109 байт |
| Терабайт | 1 Т = 1024 G = 2 40 байт ≈ 1012 байт |
Для кодирования действительных чисел используют 80-разрядное кодирование. при этом число предварительно преобразуется в нормализованную форму (форму представления чисел с плавающей десятичной точкой)
| ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ | |
| С фиксированной десятичной точкой | С плавающей десятичной точкой (экспоненциальная форма) |
| 3.14159 | 0.314159 ∙101 или 0.314159 Е01, 0,314159 – мантисса, 101 (Е01) - характеристика |
| 0.0078 | 0.78 ∙10 -2 или 0.78 Е-02 |
| 573.49 | 0.57349 ∙103 или 0.57349 Е03 |
| КОДИРОВАНИЕ ТЕКСТОВЫХ ДАННЫХ | |||
| Каждому символу сопоставляют определенное целое число | |||
| А | С | ||
| В | D … | 0100100 … |
Структуры данных
Различают следующие основные структуры данных: линейная (например книга) и иерархическая (книга, разбитая на разделы, главы, параграфы и т.д.). В книгах с простой иерархической структурой, рассчитанных на последовательное чтение, присутствует оглавление, в книгах со сложной иерархической структурой, допускающей выборочное чтение – содержание.
Иерархическая структура представляет собой совокупность элементов, в которой данные одного уровня подчинены данным другого уровня, а связи между элементами образуют древоподобную структуру.
| СТРУКТУРЫ ДАННЫХ | |
| Линейные и табличные (список, таблица, матрица) | Иерархические (файловые) |
| элементы данных определяются адресом ячейки, состоящим из одного (список) или нескольких (таблица, матрица) параметров | адрес каждого элемента опреде-ляется путем доступа (маршрутом), ведущим от вершины структуры к данному элементу |
| Достоинство – эти структуры простые и легко упорядочиваются. Основным методом упорядочения является сортировка по любому критерию (алфавиту, возрастанию и т.д.). | Достоинство – легко обновляются |
| Недостаток – трудности обновления | Недостатки – относительная трудность упорядочивания. трудность записи адреса |
| Линейная структура | Табличная структура | ||||
| Список А | А1, А2, А3, …А10 | Таблица В | В 1,1 | В 1,2 | В 1,3 |
| В 2,1 | В 2,2 | В 2,3 | |||
| В 3,1 | В 3,2 | В 3,3 |
Иерархические структуры формируют для данных, которые трудно представить в виде списка или таблицы (система почтовых адресов, научные систематизации, классификации и т.д.).
В иерархической структуре адрес каждого элемента определяется путем доступа (маршрутом), ведущим от вершины структуры к данному элементу (Пример: путь доступа к команде, запускающей программу Калькулятор, Пуск → Программы → Стандартные→ Калькулятор)
Файлы и файловая структура
При хранении данных решаются две проблемы: как сохранить данные в наиболее компактном виде и как обеспечить удобный и быстрый доступ, что возможно, только если данные имеют упорядоченную структуру и адрес.
В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом.
Файл – это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем. Тип данных определяется типом файла. Имя файла несет в себе адресные данные, без которых данные файла не станут информацией из-за отсутствия метода доступа к ним.
Хранение файлов организуется в иерархической (файловой) структуре.
Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему
| ФАЙЛОВАЯ СТРУКТУРА ДАННЫХ |
 Вершина структуры (имя носителя, на котором хранятся файлы) |
   Каталоги (папки), вложенные каталоги |
 Собственное имя файла |
| С: \ АКАДЕМИЯ \ ИНСТИТУТ \ СПЕЦИАЛЬНОСТЬ \ Группа ПГС-1 |
Собственное имя файла может содержать расширение, характеризующее тип файла
| Расширение собственных имен файлов | ||
| .exe, .com | файлы, содержащие готовые к выполнению программы | f1.exe, command.com |
| .bat | командные файлы, | autoexec.bat |
| .bak | копия файлов | zoo.bak |
| .doc | файлы, созданные процессором WORD | kurs.doc |
| . xls | файлы, созданные процессором EXCEL | lost. xls |
| ,txt | текстовые файлы | netlog.txt |
Говоря об информации вообще и деловой информации в частности, необходимо упомянуть понятие документа, как одного из наиболее распространенных типов оформления информации.
| Признаки, характеризующие файл как документ |
| информация – сведения о содержании документа, его смысловая часть |
| носитель информации - материальный объект (бумага, диск и т.д.) |
| реквизиты, позволяющие идентифицировать документ (подпись, логотип, печать и т.д.) |
Данные и методы
Хотя данные несут в себе информацию о событиях материального мира и являются регистрацией сигналов, возникающих в результате этих событий, они не тождественны информации. Т.е. не все данные становятся информацией. Например, для человека, не владеющего иностранным языком, письмо, написанное на таком языке, дает только ту информацию, которую можно получить методом наблюдения (количество страниц, цвет и сорт бумаги, наличие незнакомых символов и т.п.). Все это тоже информация, но это не вся информация, заключенная в письме. Использование более адекватных методов (чтение письма переводчиком) даст иную, более полную информацию
Понятие об информации
Понятие информации, введенное в рамках одной научной дисциплины, может опровергаться конкретными примерами и фактами, полученными в рамках другой науки.
| ИНФОРМАЦИЯ | |
| основные определения | - это сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемых человеком или специальными устройствами |
| - это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов | |
| Информация существует только в момент протекания информационного процесса (в момент взаимодействия данных и методов). В остальное время она пребывает в состоянии данных | |
| Информация возникает и существует в момент взаимодействия объективных данных и субъективных методов. | |
| Одни и те же данные, в зависимости от адекватности методов, могут приводить к разной информации (Данные - объективны, методы – субъективны) |
Свойства информации
Объективность и субъективность информации. Понятие объективности информации относительно. Более объективной принято считать то информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент. (Например, информация, полученная с помощью фотоснимка более объективна, чем информация, полученная с помощью рисунка того же объекта).
Полнота информации. Полнота информации характеризует качество информации и определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся.
Достоверность информации. Данные возникают в момент регистрации сигналов. Но не все зарегистрированные сигналы являются полезными, всегда существуют посторонние сигналы, в результате чего полезные данные сопровождаются определенным уровнем информационного шума, снижающего достоверность информации.
Адекватность информации – это степень соответствия объективному состоянию явления. Неадекватная информация может возникать на основе неполных или недостоверных данных. Однако полные и достоверные данные могут приводить к неадекватной информации в случае применения к ним неадекватных методов. (Пример – теории мироздания, интерпретация природных явлений).
Доступность информации – мера возможности получения информации (как доступность данных, так и доступность методов). Отсутствие доступа к данным или адекватным методам обработки данных приводит к тому, что информация оказывается недоступной.
Актуальность информации – это степень соответствия информации текущему моменту времени. С актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации. Поскольку информационные процессы протекают во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация, может приводить к ошибочным решениям. (Пример - проблемы шифровки и дешифровки информации).
| Свойства информации |
| Объективность и субъективность |
| Полнота |
| Достоверность |
| Адекватность |
| Доступность |
| Актуальность |
Информатика
Рост деловой информации и необходимость ее качественной и своевременной обработки привели к необходимости широкого применения средств автоматизации информационных потоков (компьютеров, ксероксов, факсов и т.п.).
Решением проблем, связанных с необходимостью эффективного применения этих средств, занимается информатика.
| Информатика («информация» + «автоматика») |
| Информатика занимается вопросами эффективного применения средств автоматизации информационных потоков |
| Информатика – область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования и использования информации с помощью средств вычислительной техники |
| Информационная технология –какая – либо конкретная система средств, методов и способов сбора, накопления, поиска, обработки, приема и передачи информации |
| Предмет информатики составляют следующие понятия |
| аппаратное обеспечение средств вычислительной техники (СВТ) |
| программное обеспечение СВТ |
| средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения |
| средства взаимодействия человека с аппаратным и программным обеспечением (аппаратные, программные и аппаратно-программные интерфейсы) |
| Практическое приложение информатики |
| архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем для автоматической обработки данных) |
| интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением) |
| программирование (приемы, методы и средства разработки программ) |
| преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных) |
| защита информации (разработка приемов, методов и средств защиты данных) |
| автоматизация(функционирование программно-аппаратных средств без участия человека) |
| стандартизация (обеспечение совместимости аппаратно – программных средств, форматов представления данных различных типов вычислительных систем) |
| Вычислительная техника и вычислительная система | |
| Вычислительная техника | Совокупность устройств для автоматической обработки данных |
| Вычислительная система | Конкретный набор взаимодействующих устройств и программ для обслуживания одного рабочего участка |
| Компьютер | Электронный прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки и транспортировки данных. Является центральным устройством большинства вычислительных систем |
| История развития вычислительной техники | ||
| Дата | автор или название проекта | Основные характеристики |
| 3000 лет до н.э. | Простейшее вычислитель-ное устройство – счеты (абак) | Сложение, вычитание. |
| 1642 г | Блез Паскаль создал ''Суммирующую машину ''Паскалина'' | Сложение, вычитание (Механические приводы, зубчатые колеса) |
| 1694 г. | Вычислительная машина Лейбница | Сложение, вычитание, умножение, деление, извлечение квадратного корня (Механические приводы, зубчатые колеса и цилиндры) |
| 1801 г. | Жаккард применил перфо-карты для управления ткацкими станками | Получение тканого рисунка по заданному алгоритму (перфокарты) |
| Огаста Ада Лавлейс разработала проект «Аналитической машины». | Вычисления с помощью перфокарт (Механические приводы, зубчатые колеса и цилиндры, программа в виде перфокарт) | |
| 1830 г. | Чарльз Бебидж разработал реальный проект первой программируемой ''Анали-тической машины'' | Для работы использовалась сила пара, перфокарты. Результат - в печатном виде. Осо-бенность - впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные |
| 1890 г. | Счетно-аналитическая машина Холлерита. | Первое практическое применение для обработки результатов переписи населения США (время обработки сократилось с 10 до 3 лет). Применялись механические приводы, электричество и перфокарты (с помощью металлических игл замыкался электрический контакт через специальные отверстия в определенных местах перфокарт) |
| 1930 г. | Аналоговый компьютер ''Дифференциальный анали-затор'' Ванневера Буша | Применялись электролампы и механические приводы. Модель 1942 г. весила около 200 т. |
| 1939 – 1945 г.г. | Английские дешифроваль-ные машины: цифровой компьютер Говарда Айкена ''Марк – 1''. ''Математичес-кий анализатор, цифровой интегратор и вычислитель'' Георга Анастасова. | Электромеханическая система (электролам-пы, переключатели, приводы и колеса). Устройства машины, высотой 2,5 м устанавливались в ряд протяженностью 15 м, общее число деталей – около 750 тыс. Быстродействие: два 23-разрядных числа умножались за 4 сек. |
| 1946 г. | Машина 1 поколения ''ЭНИАК'' Джона Маушли и Проспера Эккерта | Электронные лампы (Устройства машины длиной 30 м занимали объем 85 куб. м., вес 30 т., состояли из 18 тыс. ламп). Быстродействие: 5 тыс. операций сложения или 300 операций умножения за 1 сек. |
| 60–е г.г. ХХ века | Машины 2 поколения (''Минск'', ''Наири'', ''ЕС'). | Электронные лампы заменены транзисторами |
| 1977 г. | Первый микрокомпьютер на ИС (интегральных схемах) Возниака и Джобса. Машины 3 поколения | Интегральные схемы (ИС) |
| 1980 г. | Разработан центральный процессор на одном кремниевом кристалле – БИС. 1981 Машины 4 поколения. (IBM PC). | Большие интегральные схемы (БИС) |
| 80–е г.г. ХХ века | Разработан центральный процессор на СБИС (IBM PS / 2). | Сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) |
АРХИТЕКТУРА ЭВМ
| Классификация компьютеров | |
| по назначению | большие ЭВМ, микро – ЭВМ, мини – ЭВМ, персональные компьютеры (массовые, деловые, развлекательные, рабочие станции) |
| по уровню специ-ализации | универсальные и специализированные |
| по типоразмерам | настольные, портативные, карманные, планшетные |
| по совмести-мости | Аппаратная совместимость, совместимость на уровне операционной системы, программная совместимость, совместимость на уровне данных |
| по типу процес-сора | Intel (Celeron), AMD Одноядерные, двухядерные и т.д. |
| Классы устройств ЭВМ | ||
| Операционные устройства | Запоминающие устройства | Устройства ввода – вывода |
| выполнение опера-ций над информ. | хранение информации | для связи компьютера с окружающей средой и пользователем |
| Основные устройства | |
| процессор | память |
| Назначение – реализация программного управления, т.е. выборка команд из памяти и их выполнение | Назначение – хранение программ и данных |
Устройство центрального процессора (ЦП)
УУ – управляющее устройство (организующее совместную работу всех блоков и устройств
АЛУ– арифметико- логическое устройство
| Память ПК | ||
| Внутренняя память | Внешняя память | |
| ПЗУ (ROM) (для храненияBIOS) | ОЗУ | ВЗУ |
| - постоянное хранение | - временное хранение, | – длительное хранение (определяется долговечностью носителя) |
| - информация не разру-шается при выключении | разрушение информа-ции при выключении | - информация не разрушается при выключении |
| - информация только для чтения | - чтение и запись | - чтение и запись |
| - работает в темпе процессора | - работает в темпе процессора | - не может работать в темпе процессора |
Процессору доступно только ОЗУ. При необходимости использования ВЗУ, делается пересылка информации из ВЗУ в ОЗУ.