Сигналы, данные, инф-ный процесс. Информация.

Предмет, цели и задачи

Информатика —наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими. Предмет информатикисост понятия: аппаратное обеспечение средств вычислительной техники; программное обеспечение средств вычислительной техники; средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения; средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.Основной задачейинформатики явл систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники. Цельсистематизации сост в выделении, внедрении и развитии передовых, наиболее эффективных технологий, в автоматизации этапов работы с данными, а также в методическом обеспечении новых технологических исследований.основн задачи информатики:

· архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);

1. интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);

2. программирование (приемы, методы и средства разработки компьютерных программ);

3. преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);

4. защита инфы (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных);

5. автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);

6. стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, а также между форматами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем).

Сигналы, данные, инф-ный процесс. Информация.

При взаимодействии сигналов с физ телами в последних возникают опризмен св-тв — регистрацией сигналов. Данные — это зарегистрированные сигналы. Данные могут храниться и транспортироваться на носителях различных видов. Данные не тождественны инф-ии. Чтобы данные дали инфу необходимо наличие метода преобразования данных. Если эти данные записать на лист бумаги или на магнитную ленту, изменится форма их представления, произойдет новая регистрация иобрновые данные. Такое преобразование можно использовать, чтобы извлечь инфу из данных путем подбора метода, адекватного их новой форме.Информ-ныйпроце - совокупность последовательных действий, произ-мых над инфой, для получ какого-либо результата. поиск, отбор, хранение, передача, кодирование, обработка, защита

Единство данных и методов в информационном проц.

Информация — продукт взаимодействия данных и адекватных им методов.

1.Динамический характер информации. Инф-ия динамически меняется и существует только в момент взаимодействия данных и методов. Все прочее время она пребывает в состданных. Инф-иясущ только в момент протекания инф-ого проц. ост время содержится в виде данных.

2.Требование адекватности методов.Одни и те же данные могут в момент потребления поставлять разную инф-ию в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними методов. Использование более адекватных методов даст иную инф-ию.

3.Диалектический характер взаимодействия данных и методов.данные объективны, тк это результат регистрации объективно существовавших сигналов. Но методы явлсубъективными. В основе искусственных методов лежат алгоритмы, составленные и подготовл субъектами. В основе естественных методов лежат био свойства субъектов. Таким образом, информация возникает и существует в момент диалектического взаимодействия объективных данных и субъективных методов.

Основные структуры данных

Линейные структуры..Список — это простейшая структура данных, отлич тем, что каждый элемент данных однозначно определяется своим номером в массиве. номера уникальны.вектор данных- список сост из элементов равной длины.

Табличные структуры.Отличаются от списочных тем, что элементы данных определяются адресом ячейки, который сост из нескольких параметров. Табл умножения

Иерархические структуры.Адрес каждого элемента определяется путем доступа (маршрутом), ведущим от вершины структуры к данному элементу. Основным недостатком иерархических структур данных явл увеличенный размер пути доступа. Очень часто бывает так, что длина маршрута оказывается больше, чем длина самих данных, к которым он ведет.

Списочные и табличные структуры явлпростыми, но их трудно обновлять, тогда как иерархическая структура сложна, но в них нет проблем с обновлением данных.

13 Единицы представления, измерения, хранения и передачи данных. Файловая структура.

Одной из си представления данных, принятых в информатике и вычислит технике явл си двоичного кодирования. Наименьшей единицей явлбит (двоичный разряд).Совокупность двоичных разрядов, выражающих числовые или иные данные, образует некий битовый рисунок. С битовым представлением удобнее работать, если этот рисунок имеет регулярную форму. В качестве таких форм используются группы из 8 битов, каждая из кот назбайтом. Однако во многих случаях целесообразно использовать 16 – разрядное, 24 – разрядное, 32 – разрядное, 64 – разрядное кодирование. Группа из 16 взаимосвязанных бит назсловом. Соответственно, группы из четырех взаимосвязанных байтов (32 разряда) называются удвоенным словом, а группы из восьми байтов (64 разряда) — учетверенным словом. Пока, на сегодняшний день, такой системы обозначения достаточно. Байт явл наименьшей единицей измерения кол-ва данных (инф-ии).

Файл– это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именемжИмя файла несёт в себе адресные данные, без кот, данные, хранящиеся в файле, не станут информацией из-за отсутствия методов доступа к ним.

Требование уникальности имени файла в вычислительной технике обеспечивается автоматически – создать файл с именем, тождественным уже существующему, не может ни пользователь, ни автоматика. Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путём доступа к нему.

Хранение файлов организуется в иерархической структуре, которая называется файловой структурой, В качестве вершины структуры служит имя носителя, на котором сохраняются файлы. Далее файлы группируются в каталоги (папки), внутри которых могут быть созданы вложенные каталоги (папки). Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов (папок), через которые проходит. Разделитель “\“

Двоичная система Лейбница.

Возможность представления любых чисел двоичными цифрами впервые была предложена Лейбницем в 1666 году Он пришел к двоичной системе счисления, занимаясь исследованиями философской концепции единства и борьбы противоположностей. Попытка представить мироздание в виде непрерывного взаимодействия двух начал и применить к его изучению методы «чистой» математики подтолкнули Лейбница к изучению свойств двоичного представления данных с помощью нулей и единиц. Математическая логика Буля.

Он применил в логике систему формальных обозначений и правил, близкую к математической. Впоследствии эту систему назвали логической алгеброй. Основное назначение системы, по замыслу Буля, сост в том, чтобы кодировать логические высказывания и сводить структуры логических умозаключений к простым выражениям, близким по форме к математическим формулам. Результатом формального расчета логического выражения является одно из двух логических значений: истина или ложь. Когда появилась принципиальная возможность создания средств вычислительной техники на электронной базе, операции, введенные Булем, оказались весьма полезны. Они изначально ориентированы на работу только с двумя сущностями: истина и ложь. Не вся система Джорджа Буля (как и не все предложенные им логические операции) были использованы при создании электронных вычислительных машин, но четыре основные операции: И (пересечение), ИЛИ (объединение'), НЕ (обращение) и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ — лежат в основе работы всех видов процессоров современных компьютеров.

Другие виды классификации

Программное обеспечение

Программы – это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы — управление аппаратными средствами. Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии. Состав ПО вычислительной си наз программной конфигурацией. Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней.

Базовый уровень.Самый низкий ПО - базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

Системный уровень.Системный уровень – переходный. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной си с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, то есть выполняют «посреднические» функции. От ПО этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной си в целом. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств. Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Именно благодаря им он получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управлять ее работой и получать результат в удобной для себя форме. Эти программные средства называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса. Совокупность ПО системного уровня образует ядро ОС компьютера. Если компьютер оснащен ПО системного уровня, то он уже подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и к взаимодействию с пользователем.

Служебный уровень.ПО этого уровня взаимодействует как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ (утилиты) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. В разработке и эксплуатации служебных программ существует два альтернативных направления: интеграция с ОС и автономное функционирование. В первом случае служебные программы могут изменять потребительские свойства системных программ (делая удобными). Во втором предоставляют пользователю больше возможностей для персональных настроек.

Прикладной уровень.Прикладные программыдля исполнения конкретные задач. Спектр этих задач необычайно широк – от производственных до творческих и развлекательно обучающих.

Видеоадаптер

Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему персонального компьютера. На заре развития персональной вычислительной техники в общей области оперативной памяти существовала небольшая выделенная экранная область памяти, в которую процессор заносил данные об изображении. Специальный контроллер экрана считывал данные о яркости отдельных точек экрана из ячеек памяти этой области и в соответствии с ними управлял разверткой горизонтального луча электронной пушки монитора. С переходом от черно-белых мониторов к цветным и с увеличением разрешения экрана (количества точек по вертикали и горизонтали) области видеопамяти стало недостаточно для хранения графических данных, а процессор перестал справляться с построением и обновлением изображения. Тогда и произошло выделение всех операций, связанных с управлением экраном, в отдельный блок, получивший название видеоадаптер. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы и называется видеокартой. Видеоадаптер взял на себя функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти. Разрешение экранаявляется одним из важнейших параметров видеоподсистемы. Чем оно выше, тем больше информации можно отобразить на экране, но тем меньше размер каждой отдельной точки и, соответственно, тем меньше видимый размер элементов изображения.

Цветовое разрешение (глубина цвета) определяет количество различных оттенков, которые может принимать отдельная точка экрана. Максимально возможное цветовое разрешение зависит от свойств видеоадаптера и, в первую очередь, от количества установленной на нем видеопамяти. Кроме того, оно зависит и от установленного разрешения экрана. При высоком разрешении экрана на каждую точку изображения приходится отводить меньше места в видеопамяти, так что информация о цветах вынужденно оказывается более ограниченной.

Видеоускорение — одно из свойств видеоадаптера, которое заключается в том, что часть операций по построению изображений может происходить без выполнения математических вычислений в основном процессоре компьютера, а чисто аппаратным путем — преобразованием данных в микросхемах видеоускорителя. Видеоускорители могут входить в состав видеоадаптера (в таких случаях говорят о том, что видеокарта обладает функциями аппаратного ускорения), но могут поставляться в виде отдельной платы, устанавливаемой на материнской плате и подключаемой к видеоадаптеру.

Различают два типа видеоускорителей — ускорители плоской (2D) и трехмерной (3D) графики. Первые наиболее эффективны для работы с при-кладными программами (обычно офисного применения) и оптимизированы для операционной системы Windows, а вторые ориентированы на работу мультимедийных развлекательных программ, в первую очередь компьютерных игр и профессиональных программ обработки трехмерной графики. Обычно в этих случаях используют разные математические принципы автоматизации графических операций, но существуют ускорители, обладающие функциями и двумерного, и трехмерного ускорения.

Звуковая карта

Звуковая карта явилась одним из наиболее поздних усовершенствований персонального компьютера. Она устанавливается в один из разъемов материнской платы в виде дочерней карты и выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через внешние звуковые колонки,, подключаемые к выходу звуковой карты. Специальный разъем позволяет отправить звуковой сигнал на внешний усилитель. Имеется также разъем для подключения микрофона, что позволяет записывать речь или музыку и сохранять их на жестком диске для последующей обработки и использования.

Основным параметром звуковой карты является разрядность, определяющая количество битов, используемых при преобразовании сигналов из аналоговой в цифровую форму и наоборот. Чем выше разрядность, тем меньше погрешность, связанная с оцифровкой, тем выше качество звучания. Минимальным требованием сегодняшнего дня являются 16 разрядов, а наибольшее распространение имеют 32-разрядные и 64-разрядные устройства.

Оперативная память

Оперативная память (RAM — RandomAccessMemory) — это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Существует много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).

Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти. Недостатки этого типа связаны, во-первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, то есть запись данных происходит сравнительно медленно.

Второй важный недостаток связан с тем, что заряды ячеек имеют свойство рассеиваться в пространстве, причем, весьма быстро. Если оперативную память постоянно не ≪подзаряжать≫, утрата данных происходит через несколько сотых долей секунды. Для борьбы с этим явлением в компьютере происходит постоянная регенерация (освежение, подзарядка) ячеек оперативной памяти. Регенерация осуществляется несколько десятков раз в секунду и вызывает непроизводительный расход ресурсов вычислительной системы.

Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электрон-ные микроэлементы — триггеры, состоящие из нескольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и, соответственно, дороже.

Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используют в качестве вспомогательной памяти (так называемой кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора.

Представление о том, сколько оперативной памяти должно быть в типовом компьютере, непрерывно меняется. В середине 80-х годов поле памяти размером 1 Мбайт казалось огромным, в начале 90-х годов достаточным считался объем 4 Мбайт, к середине 90-х годов он увеличился до 8 Мбайт, а затем и до 16 Мбайт. Сегодня типичным считается размер оперативной памяти 32-64 Мбайт, но очень скоро эта величина будет превышена в 2-4 раза даже для моделей массового потребления.

Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате. Если к разъемам есть удобный доступ, то операцию можно выполнять своими руками. Если удобного доступа нет, может потребоваться неполная разборка узлов системного блока, и в таких случаях операцию поручают специалистам.

Конструктивно модули памяти имеют два исполнения — однорядные (SIMM-модули) и двухрядные (DIMM-модули). На компьютерах с процессорами Pentium однорядные модули можно применять только парами (количество разъемов для их установки на материнской плате всегда четное), а D/MM-модули можно устанавливать по одному. Многие модели материнских плат имеют разъемы как того, так и другого типа, но комбинировать на одной плате модули разных типов нельзя.

Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются объем памяти и время доступа. 5/ММ-модули поставляются объемами 4,8,16,32 Мбайт, а ШММ-модули — 16,32,64,128 Мбайт и более. Время доступа показывает, сколько времени необходимо для обращения к ячейкам памяти — чем оно меньше, тем лучше. Время доступа измеряется в миллиардных долях секунды (наносекундах, не). Типичное время доступа к оперативной памяти для 5/ММ-модулей — 50-70 не. Для современных D/MM-модул ей оно составляет 7-10 не.

Управление приложениями

Понятие многозадачности С точки зрения управления исполнением приложений различают однозадачные и многозадачные операционные системы.

Однозадачные операционные системы (например, MS-DOS) передают все ресурсы вычислительной системы одному исполняемому приложению и не допускают ни параллельного выполнения другого приложения. В то же время, возможна работа специальных программ, называемых резидентными. Такие программы не опираются на операционную систему, а непосредственно работают с процессором, используя его систему прерываний. Большинство современных графических операционных систем — многозадачные. Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между задачами.

Вопросы надежностиОт того, как операционная система управляет работой приложений, во многом зависит надежность всей вычислительной системы. Операционная система должна предоставлять возможность прерывания работы приложений по желанию пользователя и снятия сбойной задачи без ущерба для работы других приложений. При этом требование надежности операционной системы может входить в противоречие с требованием ее универсальности.

Установка приложенийДля правильной работы приложений на компьютере они должны пройти операцию, называемую установкой. Необходимость в установке связана с тем, что разработчики программного обеспечения не могут заранее предвидеть особенности аппаратной и программной конфигурации вычислительной системы, на которой предстоит работать их программам. Таким образом,дистрибутивный комплект представляет собой полуфабрикат, из которого в процессе установки формируется полноценное приложение. При этом осуществляется привязка приложения к существующей аппаратно-программной среде и его настройка на работу именно в этой среде.

Удаление приложенийВ таких операционных системах, где каждое приложение самообеспечено собственными ресурсами (например, в MS-DOS), его удаление не требует специального вмешательства операционной системы. В операционных системах, реализующих принцип совместного использования ресурсов (например, в системах семейства Windows), процесс удаления приложений имеет особенности. Нельзя допустить, чтобы при удалении одного приложения были удалены ресурсы, на которые опираются другие приложения, даже если эти ресурсы были когда-то установлены вместе с удаляемым приложением. В связи с этим удаление приложений происходит под строгим контролем операционной системы.

Обслуживание компьютера

Средства проверки дисков принято рассматривать в двух категориях: средства логической проверки, то есть проверки целостности файловой структуры, и средства физической диагностики поверхности. Логические ошибки, как правило, устраняются средствами самой операционной системы, а физические дефекты поверхности только локализуются — операционная система принимает во внимание факт повреждения магнитного слоя в определенных секторах и исключает их из активной работы.

Средства «сжатия» дисков Некоторые операционные системы предоставляют служебные средства для программного «сжатия» дисков путем записи данных на диск в уплотненном виде посредством специального драйвера (резидентного для MS-DOS или работающего в фоновом режиме для Windows).

Средства управления виртуальной памятьюВиртуальная память реализуется в виде так называемого файла подкачки. В случае недостаточности оперативной памяти для работы приложения часть ее временно опорожняется с сохранением образа на жестком диске. В процессе работы приложений происходит многократный обмен между основной установленной оперативной памятью и файлом подкачки.

Средства кэширования дисков В случае, если по ходу работы процессору вновь требуется обратиться к ранее считанным данным или программному коду, он может найти их в специальной области ОЗУ, называемой дисковым кэшем. В ранних операционных системах функции кэширования диска возлагались на специальное внешнее программное средство, подключаемое через файлы конфигурации. В современных операционных системах эту функцию включают в ядро системы и она работает автоматически

Средства резервного копирования данныхЕсли на компьютере выполняется практическая работа, объем ценных (а зачастую и уникальных) данных нарастает с каждым днем. Ценность данных, размещенных на компьютере, принято измерять совокупностью затрат, которые может понести владелец в случае их утраты. Важным средством защиты данных является регулярное резервное копирование на внешний носитель. В связи с особой важностью этой задачи операционные системы обычно содержат базовые средства для выполнения резервного копирования.

Предмет, цели и задачи

1. интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);

2. программирование (приемы, методы и средства разработки компьютерных программ);

3. преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);

4. защита инфы (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных);

5. автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);

Сигналы, данные, инф-ный процесс. Информация.