«Основные понятия информатики. Архитектуры ЭВМ»

«Основные понятия информатики. Архитектуры ЭВМ»

Многие полагают, что информатика – это наука о компьютерах и изучать информатику – это значит работать на компьютере в различных программах.

В словаре иностранных слов понятию «информатика» дается следующее объяснение: «информатика – это отрасль знаний, изучающая общие свойства и структуру информации, а также закономерности и принципы ее создания, преобразования, накопления, передачи и использования в различных областях человеческой деятельности». Далее в том же словаре можно прочитать, что слово «информация» произошло от латинского слова «information» - разъяснение, изложение, сообщение о чем-либо, сведения, являющиеся объектом хранения, переработки и передачи, а в математике, кибернетике, информатике – количественная мера устранения неопределенности, мера организации системы.

До сих пор нет точного определения понятия «информация»: сколько учебников, столько и трактовок. Это связано с тем, что информатика как наука возникла относительно недавно, особенно если сравнивать с такими науками, как физика, математика, философия. С другой стороны, практическая информатика настолько привлекательнее теоретической, что корифеям данной науки видимо не до споров, да и, в конце концов, определение – это дело скорее философское, а для нас с вами не имеет столь важного значения.

Обычно, термином «Информатика» обозначают совокупность дисциплин, изучающих свойства информации, а также способы представления, накопления, обработки и передачи информации с помощью технических средств. На Западе применяют термин: «компьютерная наука» - computer science. Информатика – очень широкая сфера, возникшая на стыке нескольких фундаментальных и прикладных дисциплин, поэтому специальность «информатик» – очень широкая, охватывающая огромное количество разделов и отраслей знаний.

Теоретическую основу информатики образует группа фундаментальных наук, которую в равной степени можно отнести и к математике, и к кибернетике: теория информации, математическая логика, комбинаторный анализ, формальная грамматика, дискретная математика и т.д. Информатика имеет и собственные разделы: операционные системы, архитектура ЭВМ, теоретическое программирование, теория баз данных и др. Материальная база информатики связана с электроникой и радиотехникой.

Таким образом, термин "информатика" используется не только для отображения достижений компьютерной техники, но и связывается с процессами передачи и обработки информации.

Информатика — это область человеческой деятельности, связанная с про­цессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения._______________________

СТРУКТУРА ИНФОРМАТИКИ

Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации главным образом с помощью компьютеров и телекоммуникационных средств связи во всех сферах человечес­кой деятельности.

Информатику в узком смысле можно представить как состоящую из трех взаимосвя­занных частей — технических средств (hardware), программных средств (software), алгорит­мических средств (brainware). В свою очередь, информатику как в целом, так и каждую ее часть обычно рассматривают с разных позиций (рис. 1.3): как отрасль народного хозяйства, как фундаментальную науку, как прикладную дисциплину.

Рис. 1.3. Структура информатики как отрасли, науки, прикладной дисциплины

1. Понятие информации. Преобразования типа сообщение - сигнал - информация

Что же такое информация? Как мы уже выяснили, точного определения не существует, но можно выделить некоторые аспекты, наиболее важные для понимания данного вопроса.

Во-первых, информация является первичным и неопределяемым в рамках науки понятием. Во-вторых, особенность этого понятия в том, что оно используется во всех без исключениях сферах: в философии, естественных и гуманитарных науках, биологии, медицине, в технике и, наконец, – в повседневной жизни.

Сформулируем определение:

Информация – это сведения, знания, сообщения, являющиеся объектом хранения, передачи, преобразования, это совокупность сведений, определяющих меру наших знаний о тех или иных событиях, явлениях и объектах.

Так как информацию можно хранить, преобразовывать и передавать, то существуют носители информации, передатчики, каналы связи и приемники, которые объединяют источник информации и получателя в информационную систему. Общая схема представлена на рисунке 1.

Рисунок 1

В этой системе имеет место преобразование типа сообщение–сигнал–информация. Исходное сообщение с помощью ПС преобразуется в электрический сигнал, который является наиболее удобным для передачи и обработки. Информация на приемной стороне формируется в виде текстового или графического представления, удобного для восприятия человеком. Для этого служит декодер сигналов.

4. Классификация информации

1. Входная и выходная

2. Аналоговая и дискретная

3. Статическая и динамическая

4. По качеству информация может быть:

• ценная,

• понятная,

• актуальной,

• полная,

• достоверная.

1. По способам восприятия:

• Визуальной

• Аудиальной

• Тактильной

• Вкусовой

• Обонятельной

1. Визуальная информация может быть:

• Символьной (текст, цифры, ноты)

• Образной (рисунки, фотографии, жесты)

5. История развития ВТ»

История вычислений, устройств и приспособлений, использующихся при этом, уходит корнями в глубокую древность. Предыстория развития ВТ начинается с глубокой древности. Задолго до появления первых счетных устройств люди искали различные возможности для проведения вычислений. Они пользовались для этого пальцами рук, камешками, палочками, узелками и т. п. Самым древним и хорошо известным счетным инструментом являются счеты. До сих пор никто не может точно назвать время появления счетов. Историки сходятся в одном, что их возраст 2000-5000 лет, а их родиной может быть и Древний Китай, и Древний Египет, и Древняя Греция. Китайцы называли их суан-пан, японцы – серобян, греки – абак. В Росси счеты появились на рубеже XVI – XVII веков.

В 1642 году девятнадцатилетний французский математик Блез Паскаль сконструировал первую в мире механическую счетную машину, которая была построена на основе зубчатых колес, и могла суммировать десятичные числа.

В 1673 году немецкий математик Лейбниц создал арифметическую машину, выполняющую все четыре арифметических действия. Он использовал в конструкции цилиндры с нанесенными на них цифрами. Эта машина послужила прототипом арифмометров, которые начали производится серийно с 1820 года и использовались во всем мире вплоть до 60-х годов XX века.

В 1761 году англичанин Робертсон создал линейку для навигационных расчетов. Такие линейки под названием логарифмические использовались также инженерами всего мира до 7- годов XX века и только тогда были вытеснены калькуляторами.

Одновременно с этими событиями, в 1823 году английским математиком Чарльзом Бэббиджем была выдвинута идея создания универсальной программируемой счетной машины. По проекту, его машина содержала все основные устройства ЭВМ: память, арифметическое устройство, устройство управления, устройство ввода и устройство печати. Почти 70 лет было потрачено на реализацию машины, которая известна до сих пор под названием «Аналитическая машина», но проект так и не был завершен, слишком он опережал свое время. Но, тем не менее, программы для этой машины были созданы. Их разработала математик герцогиня Ада Лавлейс, которая является дочерью поэта Джорджа Байрона. Поэтому она по праву считается первым в мире программистом.

Через 100 лет, в40-х годах XX века, удалось создать программируемую счетную машину на основе электромеханических реле. Реле – это элемент, имеющий 2 рабочих состояния: «включено» и «выключено», что позволило использовать аппарат математической логики и двоичную систему счисления.

Именно в сороковых годах начался бурный прогресс научных и технических новшеств в промышленности и вычислительной технике.

В 1946 году была создана первая электронная вычислительная машина «ЭНИАК» (ENIAC – Electronic Numeral Integrator and Calculator), одним из создателей которой являлся Джон фон Нейман, выдающийся ученый. С тех пор, все электронные машины строятся по «принципу Неймана».

В 1951 году в Киеве под руководством академика С.А. Лебедева создана МЭСМ, а в 1952г. в Москве – БЭСМ.

Первые ЭВМ были слишком дорогими, громоздкими и потому не имели массового применения: они использовались в крупных научных центрах, в космосе, обороне, в метеорологии. Эти машины изготавливались на основе вакуумных электронных ламп, размещались в больших металлических шкафах, занимавших целые залы, а программы для них составлялись в машинных кодах – виде длинных последовательностей 0 и 1. Это было первое поколение ЭВМ: «Минск». «Урал», в которых для ввода и вывода использовалась перфолента.

Только через 10 лет, в 60-х годах, с появлением полупроводниковых устройств–транзисторов, связано появление второго поколения ЭВМ. Размеры машин сильно уменьшились, надежность их увеличилась, сократилось потребление электроэнергии. Тем самым открылся путь для серийного производства ЭВМ. В состав ЭВМ второго поколения появились печатающие устройства, магнитные накопители для хранения информации. Появились языки программирования высокого уровня: Фортран, Алгол, Бейсик. Машины «Минск-2», «Минск-22», «Минск-32» имели алфавитно-цифровое устройство, перфоленты заменили на перфокарты.

В конце 60-х годов появились ЭВМ третьего поколения, работавшие на малых интегральных схемах. В это же время появились дисплеи – видеотерминальные устройства. Прямой доступ к машине получили основные пользователи: ученые, инженеры, экономисты. Типичные представители 3-го поколения – это IBM-360 в США и ЕС-1022, ЕС –1030 в СССР. На рубеже 80-х годов были созданы большие интегральные схемы – БИС (ЧИП), что обусловило появление ЭВМ 4-го поколения, которые и получили название Персональный компьютер.

Таким образом, мы можем выделить 4 поколения ЭВМ:

1. ЭВМ, работающие на электронных лампах – 1942 – 1951

2. ЭВМ, работающие на диодах и транзисторах (полупроводниковые устройства) – 1951 – 1968

3. ЭВМ, работающие на микросхемах (ИС) – 1968 – 1975

4. ЭВМ, работающие на БИС (микропроцессор) – 1975 – до наших дней

До сих пор мы работаем на ЭВМ 4-го поколения. В настоящее время мы уже говорим о развитии процессоров.

1975-1980 гг. – на базе 8-разрядного МП – Intel 8088

1981-1985 гг. – на базе 16-разрядного МП – Intel 80286

1986-1992 гг. – на базе 32-разрядного МП – Intel 80386, 80486

1993 гг. – на базе 64-разрядного МП – Pentium I, II, III, IV

Кроме компьютеров фирмы Intel на западе очень популярны компьютеры Macintosh фирмы Apple. В СССР развитие ЭВМ прекратилось во время перестройки, хотя к 1980 году уже существовали так называемые мини–ЭВМ: ДВК–1, ЕС 1840, Искра, СМ-4. В настоящее время развитие фирмы Intel на столько опередило развитие российской электронной промышленности, что, по всей видимости, гораздо проще пользоваться надежной зарубежной продукцией, чем пытаться восстановить развитие отечественной. В Казахстане в настоящее время существует несколько предприятий, производящих сборку ПК из привезенных комплектующих.

Если поколения ЭВМ определяются элементной базой, то поколения процессоров определяются их частотой.

Pentium I – 133, 166 МГерца, Pentium II – 200 МГерц, Pentium III – 300, 500 МГерц, Pentium IV – 750, 1000 и более. За это же время произошло развитие всех видов памяти ПК: от гибких дискет емкостью 720 Кбайт до оптических дисков DVD и флэш-карт, винчестеры увеличились от 1 ГБ до 200 ГБ, оперативная память увеличилась с 64 Кб до 1024 МБ. Появились жидкокристаллические мониторы, лазерные мышки, лазерные и струйные принтеры, сканеры.

6 Устройство ЭВМ

ПК – это не один электронный аппарат, а комплекс взаимосвязанных устройств, каждому из которых назначена определенная функция. Выражение «конфигурация ПК» – означает, что конкретный ПК может работать с разным набором устройств.

Все устройства ПК можно классифицировать по определенным категориям, связанным с их назначением. В зависимости от того, что хотят подчеркнуть, существует несколько схем устройства ПК.

Первая схема подчеркивает назначение различных устройств ПК в процессе передачи и хранения информации и называется функциональной схемой:

Согласно этой схеме все устройства по своему функциональному назначению делятся на 5 типов:

1. Устройства ввода информации

2. Устройства вывода информации

3. Устройства преобразования информации

4. Устройства хранения информации

5. Устройства передачи информации.

Вторая схема показывает взаимное расположение различных устройств относительно друг друга в пространстве. Согласно этой схем устройства делятся на внешние и внутренние.

Периферийные устройства – это устройства, находящиеся вне системного блока.

Внутренняя память

Рассмотрим, чем отличаются ОЗУ и ПЗУ.

Периферийные устройства

Виды мониторов: с электронно-лучевой трубкой и жидкокристаллические.

Основные характеристики монитора: диагональ (размер в дюймах).

Виды принтеров: матричные, струйные и лазерные.

Системные блоки: вертикальные (мини, миди, макси) и горизонтальные.

Внешняя память:

• Дискеты (размер диаметра 3,5``, емкость 1,44 МБ )

• Диски (CD-R, CD-RW, DVD, оптические, емкость от 700 МБ и выше)

• Флэш-карты (емкость от 512 МБ и выше)