Вишневская Татьяна Ивановна ИУ-7 ауд. 503л

ЛЕКЦИЯ 1

ИНФОРМАТИКА

Вишневская Татьяна Ивановна ИУ-7 ауд. 503л

ИУ-7 Программное обеспечение ЭВМ и информационные технологии

Лекции Семинары Лаб. работы

Группы потока

СМ1-11, СМ1-12Вишневская Т.И.

СМ2-11 Терентьев Ю.И.

СМ8-11Ковтушенко А.П.

СМ8-12Терентьев Ю.И.

Особенности курса

1. 1,5 года и удваиваются основные технические параметры аппаратных средств;
2. 2-3 года меняются поколения ПО;
3. 5-7 лет меняется база стандартов, интерфейсов и протоколов.
4. Кроме того, что предметной области динамична, она очень обширна!

Список рекомендованной литературы для факультета СМ 2017 г.

1. Симонович С.В. Информатика. Базовый курс: Учебник для вузов. 3-е изд. – Спб.: Питер, 2017.- 640с.

Орлов С., Цилькер Б. Организация ЭВМ и Систем: Учебник для вузов– 3-е изд. – Спб.: Питер, 2017.- 712 с.

3. Олифер В.Г., Олифен Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов,5-е изд. – СПб.: Питер, 2017. – 992с.

4. Культин Н. Б. Основы программирования в Turbo Delphi . – СПб.: БХВ-Петербург, 2007.- 384с.

5. Культин Н. Б. Delphi в задачах и примерах.- СПб.: БХВ-Петербург, 2008.- 288с.

Культин Н. Б. Основы программирования в Delphi XE. – СПб.: БХВ-Петербург, 2011. (есть электронная версия)

7. Фаронов В.В.
Delphi. Программирование на языке высокого уровня: Учебник для вузов.- СПб.: Питер, 2011.-

8. Алексеев Ю.Е. Ваулин А.С. Куров А.В. Практикум по программированию: Обработка числовых данных: Учеб. Пособие/ Под ред. Б.Г. Трусова. – М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008.-288с.

ИНФОРМАЦИЯ И ИНФОРМАТИКА

Информатика является базовой учебной дисциплиной, охватывающей сведения о технических, программных и алгоритмических средствах организации современных информационных систем.

Термин информатика произошел от слияния двух французских словInformacion (информация) и Automatique (автоматика)и дословно определял новую науку об «автоматической обработке информации». В англоязычных странах информатика называетсяComputer Science (наука о компьютерной технике).

ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИИ

Обычно под информацией понимается совокупность сведений, расширяющая представление об объектах и явлениях окружающей среды, их свойствах, состоянии и взаимосвязях.

Обмен информацией осуществляется посредством сообщений.

Сообщение – это форма представления информации для ее последующей передачи в одном из следующих видов:

- числовая форма, представленная цифрами;

-текстовая форма,представленная текстами, составленными из символов того или иного языка;

- кодовая форма,представленная кодами; например, кодами в двоичной системе счисления, кодами для сжатия или шифрования, кодами азбуки Морзе или азбуки для глухонемых и т. п.;

- графическая форма,представляющая изображения объектов;

- акустическая форма,представленная звуковыми сигналами;

- видео форма,представляющая телепередачи, видео- и кинофильмы в специальном формате.

Сообщения могут быть непрерывными или дискретными.

Примером дискретногосообщения являются текстовая информация, так как количество символов (букв) конечно и их можно рассматривать как уровни сигнала передачи сообщения.

Примером непрерывного сообщения является человеческая речь, передаваемая звуковой волной, с меняющейся частотой, фазой и амплитудой. Параметром сигнала в этом случае является давление, создаваемое этой волной в точке нахождения приемника – человеческого уха.

Непрерывное сообщение может быть представлено непрерывной функцией, заданной на некотором отрезке [а, b]. Дискретизация– это процесс преобразования непрерывного сигнала в дискретный сигнал с некоторой частотой.

Свойства информации

Базовые свойства:

- запоминаемость, то есть способность воспринять информацию и хранить ее продолжительное время;

- передаваемость, то есть способность информации к копированию – восприятием ее другой системой без искажения;

- преобразуемость – это способность информации менять способ и форму своего существования.

Прагматические свойства– характеризуют степень полезности информации для потребителя. К ним относятся:

Новизна

Полезность (уменьшение неопределенности)

Ценность (использование)

Объективность и субъективность

(адекватного отражения свойств объекта.)

Полнота (достаточность для принятия решения)

Достоверность (точность-это степень близости получаемой информации к реальному состоянию объекта, процесса, явления и,без шумов)

Адекватность (соответствие реальному значению)

Байт – 8бит

1024 байт = 1 килобайт (Кбайт);

1024 Кбайт = 1 мегабайт (Мбайт) = 1024² байт = 1048576 байт;

1024 Мбайт = 1 гигабайт (Гбайт) = 1024³ байт;

1024 Гбайт = 1 терабайт (Тбайт) = 1024⁴ байт;

1024 Тбайт = 1 петабайт (Пбайт) = 1024⁵ байт.

Типы данных - арифметические, логические, символьные, двоичные.

Системы счисления

Система счисления – это соглашение о представлении чисел посредством конечной совокупности символов (цифр) A = {a₀, a₁, …, a_n-1}, называемой алфавитом. Каждой цифре ставится в соответствие определенный количественный эквивалент.

Системы счисления разделяют на позиционные и непозиционные.Рассмотрим эти системы счисления.

Непозиционная система счисления – это система, в которой цифры не меняют своего количественного эквивалента в зависимости от местоположения (позиции) в записи числа.

К непозиционным системам счисления относится система римских цифр, основанная на употреблении латинских букв для десятичных разрядов

I = 1, X = 10, С = 100, М = 1000 и их половин

V = 5, L = 50, D = 500.

Рассмотрим запись единиц. Числа 1 и 5 представляются соответственно цифрами I и V. Чтобы представить числа 2 или 3 необходимо записать соответствующее число единиц: II или III. Для представления чисел 4 или 9 к цифре V (пять) или X (десять) слева дописывается единица I: IV или IX. Для представления чисел 6, 7, 8 к цифре V справа подписываются соответствующее число единиц: VI, VII, VIII. Аналогично записываются десятки, сотни и тысячи.

Число в системе римских чисел записывается по схеме «тысячи-сотни-десятки-единицы».

Непозиционные системы счисления обладают следующими недостатками:

- сложность представления больших чисел (больше 10000);

- сложность выполнения арифметических операций над числами, записанными с помощью этих систем счисления.

Из-за перечисленных недостатков числа принято записывать с помощью позиционных систем счисления.

Позиционная система счисления – это система, в которой количественный эквивалент цифры зависит от ее положения в числе.

Примером позиционной системы счисления является используемая нами десятичная система счисления.

Основание позиционной системы счисления – это количество символов в ее алфавите. Например, в десятичной системе счисления десять цифр, поэтому она имеет основание n = 10. Позиционная система счисления с основанием n называется n-ичной.

Перевод целых чисел

Правила перевода числа в другую, не десятичную систему счисления различаются для целых и дробных чисел.

Перевод целого числа X осуществляется по следующему алгоритму:

1) получить цифру числа n-ой системы счисления как остаток от деления числа X на основание новой системы счисления n; полученную цифру приписать слева от имеющихся цифр;

2) принять за X частное от деления числа X на основание системы счисления n;

3) выполнять шаги 1-2, пока X ¹ 0.

Пример. Перевести число 25 в двоичную систему счисления.

Решение. Удобно представить перевод числа в виде столбца, каждая строка которого содержит частное и остаток от деления числа X на основание двоичной системы счисления n = 2.

В результате получим число 11001₂ – результат перевода числа 25 в двоичную систему счисления. □

Перевод из шестнадцатеричной в двоичную систему счисления - каждая цифра шестнадцатеричного числа заменяется тетрадой (четырьмя битами), являющейся представлением этой цифры в двоичной системе счисления.

Пример. Перевести число 3BC₁₆ в двоичную систему счисления.

Решение. Цифра 3₁₆ представляется числом 0011₂, B₁₆ – 1011₂, C₁₆ – 1100₂. Тогда результат перевода числа 3BC₁₆ в двоичную систему счисления будет равен 001110111100₂. □

Перевод из двоичной в шестнадцатеричную систему счисления - двоичное число делится на тетрады справа налево. Каждая тетрада заменяется соответствующей ей цифрой. Если самая левая тетрада неполная, то есть содержит меньше четырех цифр, то слева от числа дописываются нули.

Пример. Перевести число 1110111100₂ в шестнадцатеричную систему счисления.

Решение. Разделим число на тетрады и поставим в соответствие каждой тетраде шестнадцатеричную цифру. В самой левой тетраде только две единицы, поэтому дополним ее слева двумя нулями.

¯	¯	¯
¯	¯	¯
	B	C

В результате получаем число 3BC_16. С помощью шестнадцатеричной системы счисления удобно записывать значения байт, так как восемь бит записываются двумя шестнадцатеричными цифрами. Например, число 11110001₂ будет записано как число F1₁₆.

Перевод дробных чисел

Если при переводе конечной дроби в другую систему счисления получается конечная дробь, то такой перевод называется точным. Если при переводе получается бесконечная дробь, тогда перевод называется приближенным.

Перевод дробных чисел из n-й в десятичную систему счисления - вещественное число переводится из n-й в десятичную систему счисления с использованием формализованного представления числа.

Перевод дробных чисел с нулевой целой частью из десятичной в n-ую систему счисления - дробное число X, у которого целая часть равна 0, переводится из десятичной в n-ую систему счисления по следующему алгоритму:

1) умножить X на n;

2) получить цифру как целую часть числа X и приписать ее справа от имеющихся цифр;

3) обнулить целую часть числа X;

4) выполнять шаги 1-3, пока X ¹ 0 (при точном переводе) или до получения нужного количества цифр в дробной части (при приближенном переводе с заданной точностью).

Пример. Перевести число 0,6875 в двоичную систему счисления.

Решение. Вновь схему перевода запишем в виде столбца.

На последнем шаге перевода получена единица. После обнуления целой части получим 0. Значит, перевод закончен. Результат перевода числа 0,6875 в двоичную систему счисления – число 0,1011₂.

Если бы нам было необходимо получить дробную часть с точностью до 3 знаков, то процесс перевода был бы остановлен после получения 3 цифр в дробной части. □

Перевод дробных чисел с ненулевой целой частью из десятичной в n-ую систему счисления - при переводе дробных чисел из десятичной в n-ую систему счисления отдельно переводятся целая и дробная части.

Десятичная система счисления может использоваться в качестве промежуточного этапа при переводе чисел из одной системы счисления в другую. Приведенные в этой главе правила позволяют перевести числа из одной системы счисления в десятичную, а из нее – в любую другую системы счисления

Логические основы ЭВМ

Принципы работы ЭВМ основываются на законах математической логики, поэтому ее элементы широко используются для поиска и обработки информации и при разработке схем электронных устройств.

Классификация ЭВМ

Компьютер – это электронное устройство для автоматизации процессов создания, хранения, воспроизведения, обработки и транспортировки данных.

По принципу действия

В этом случае критерием является форма представления информации,
с которой они работают.

Цифровые ВМ – вычислительные машины дискретного действия; работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее в цифровой форме.

Аналоговые ВМ - вычислительные машины непрерывного действия; работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме.

Решаемая задача (класс задач) жёстко определяется внутренним устройством АВМ и выполненными настройками (соединениями, установленными модулями, клапанами и т. п.). Даже для универсальных АВМ для решения новой задачи требовалась перестройка внутренней структуры устройства.

1622 год, английский математик-любитель Уильям Отред разработал первый вариант логарифмической линейки, устройство, которое можно считать первым аналоговым вычислительным прибором.

Почти все интерфейсы к реальному миру у нас аналоговые: микрофон, веб-камера, мышь. На пути от физических явлений (сдвинули мышь, произвели звук или включили свет) до зафиксированных компьютером сигнал проходит через АЦП — аналого-цифровой преобразователь, где аналоговый сигнал оцифровывается. В итоге мы «огрубляем» исходный сигнал до приемлемого уровня.

Задача будущего – сразу использовать информацию - распознавать или обрабатывать ее.

В 1928 г. Сергей Алексеевич Лебедев окончил Московское высшее техническое училище им. Н.Э. Баумана (МВТУ). Получил в апреле 1928 г. диплом инженера-электрика.

Во время войны С.А. Лебедев разработал систему стабилизации танкового орудия при прицеливании, принятую на вооружение, аналоговую систему автоматического самонаведения на цель авиационной торпеды.

В 1945 г. С.А. Лебедевсоздал первую в стране электронную аналоговую вычислительную машину для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений, которые часто встречаются в задачах, связанных с энергетикой.

Порядок решения задачи на АВМ:

1. Составляют структурную схему модели в строгом соответствии с уравнением.

2. По коэффициентам уравнения вычисляют значения параметров схемы (величины сопротивлений и емкостей, …)

3. Схема набирается для АВМ , настраивается и производят вычисления.

По назначению

По этапам создания

Разделение ЭВМ на поколения условно, так как поколения сменялись постепенно, поэтому временные границы между поколениями размыты. Поколения ЭВМ разделяют в зависимости от физических элементов или технологии их изготовления, используемые при построении ЭВМ. При сравнении быстродействия ЭВМ под операцией понимают операцию над числами с плавающей точкой.

Поколения ЭВМ

Поколение	Элементная база процес-сора	Макс. емкость ОЗУ, байт	Макс. быстро-действие процес-сора, оп/с	Основные языки програм-мирования	Управление ЭВМ пользователем
Первое 1946-1958	электронные лампы	102	104	Машинный код	Пульт управления и перфокарты
Второе 1959-1967	транзисторы	103	106	Ассемблер	Перфокарты и перфоленты
Третье 1968-1973	ИС	104	107	Процедур-ные языки высокого уровня (ЯВУ)	Алфавитно-цифровой терминал
Четвертое 1974 по наст время	БИС СБИС микропроцессоры	105	108	Процедур-ные ЯВУ	Монохромный или графический дисплей, клавиатура

Первое поколение ЭВМ строилось на электронных лампах, которые могли быстро переключаться из одного состояния в другое. Лампы имели большие размеры, поэтому ЭВМ первого поколения, состоящие из десятков тысяч ламп, занимали целые этажи и были энергоемки. Программы записывались в ЭВМ с помощью установки перемычек на особом машинном коде.

Урал11, Минск 2, 22, БЭСМ 3, 4

Третье поколение ЭВМ строилось на интегральных схемах (ИС). ИС представляет собой электрическую цепь определенного функционального назначения, которая размещается на кремниевой основе. ИС содержит сотни и тысячи транзисторных элементов, что позволило уменьшить размеры, потребляемую мощность, стоимость и увеличить надежность системы. Помимо Ассемблера, программирование осуществлялось на языках высокого уровня (ЯВУ), имевших большое количество операторов. Каждый оператор объединял несколько команд языка Ассемблер.

ЕС 1010, 1030, Днепр 2, БЭСМ 6

Четвертое поколение ЭВМ строилось на больших интегральных схемах (БИС), микропроцессоры. БИС содержат не набор нескольких логических элементов, из которых строились затем функциональные узлы компьютера, а целиком функциональные узлы. Примером БИС является микропроцессор. БИС способствовали появлению персональных компьютеров. Увеличение количества транзисторов до миллионов привело к появлению сверхбольших ИС (СБИС).

ЕС1015, комплекс Эльбрус,

Основное требование к ЭВМ будущего (5 поколение)– машина должна сама по поставленной цели составить план действий и выполнить его. Такой способ решения задачи называется логическим программированием. Элементная база процессора – СБИС с использованием опто- и криоэлектроники. Оптоэлектроника – раздел электроники, связанный с эффектами взаимодействия оптического излучения с электронами в веществах (главным образом в твердых телах) и использованием этих эффектов для генерации, передачи, хранения, обработки и отображения информации. Криоэлектроника (криогенная электроника) – область науки и техники, занимающаяся применением явлений, имеющих место в твердых телах при температуре ниже 120 К (криогенных температурах) в присутствии электрических, магнитных или электромагнитных полей (явление сверхпроводимости), для создания электронных приборов и устройств.

Широкомасштабная правительственная программа в Японии по развитию компьютерной индустрии и искусственного интеллекта была предпринята в 1980-е годы. Целью программы было создание «эпохального компьютера» с производительностью суперкомпьютера и мощными функциями искусственного интеллекта.[1]. Начало разработок — 1982, конец разработок — 1992, стоимость разработок — 57 млрд ¥ (порядка 500 млн $). Программа закончилась провалом, так как не опиралась на четкие научные методики, более того, даже её промежуточные цели оказались недостижимы в технологическом плане.

Первая ЭВМ – на электронных лампах (1946 г., США, ENIAC, вес – 30 тонн, 18 тыс. электронных ламп, мощность 140 кВт, размеры: 4 x 30 x 6 м, 5000 операций сложения/с, оперативная память – 600 бит, проработала почти 10 лет).

Первая отечественная ЭВМ - на электронных лампах (1950 г., СССР, МЭСМ, 5000 операций сложения/с, оперативная память – 1800 бит).

МЭСМ (Малая электронная счётная машина) — первая в СССР и континентальной Европе электронно-вычислительная машина. Разрабатывалась лабораторией С. А. Лебедева (на базе Киевского Института электротехники с конца 1948г.

Разработка БЭСМ-6 завершена в конце 1965 года. В1968 году начат выпуск в Москве.

Выдающийся советский разработчик В.С. Бурцев (1927-2005 гг.) в истории отечественной кибернетики считается главным конструктором первых в СССР суперкомпьютеров и вычислительных комплексов для систем управления реального времени.

В 1969 году была поставлена задача разработать вычислительную систему с производительностью 100 млн операций в секунду. Так появляется проект многопроцессорного вычислительного комплекса «Эльбрус».

Работа над последней машиной семейства, «Эльбрус-3» с быстродействием до 1 млрд. операций в секунду и 16 процессорами, была закончена в 1991 году. Но система оказалась слишком громоздкой (за счет элементной базы).

В 1968 году была принята государственная директива «Ряд», по которой дальнейшее развитие кибернетики СССР направлялось по пути клонирования компьютеров IBM S/360. Сергей Лебедев, остававшийся на тот момент ведущим инженером-электротехником страны, отзывался о «Ряде» скептически. По его мнению, путь копирования по определению являлся дорогой отстающих.

Результат работы центра — появление в 1971 году компьютеров серии ЕС.

Первый персональный компьютер (1976 г., фирма Apple, частота процессора 1 МГц, оперативная память – 48 Кбайт).

Персональный компьютер IBM – IBMPC/XT (1983 г., процессор Intel 8086, частота процессора 10 МГц, оперативная память – 640 Кбайт, НЖМД – 10 Мбайт, НГМД – 360 Кбайт). (IBM+INTEL+Microsoft)

ЛЕКЦИЯ 1

ИНФОРМАТИКА

Вишневская Татьяна Ивановна ИУ-7 ауд. 503л