Информатика. Лекции

align="justify">Если  использовать 8 разрядов можно закодировать только 256 оттенков. 

Кодирование звуковой информации

2 основные. Метод FM. (Frequency Modulation). Невысокое качество звучания. Компактный код

Метод таблично-волнового синтеза. Высокое  качество звука. 

ИНФОРМАТИКА. 

В технике  информация определяется через понятия  сигналов, данных и методов их обработки. 

Сигналы – изменения, исходящие от объектов в результате энергообмена. 

Данные  – зарегистрированные сигналы.

Информация- продукт взаимодействия данных и  адекватных им методов обработки.  

Инфоматика - техническая наука, систематизирующая  приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими. 
 

Истоки  и предпосылки  информатики. 

Происходит  от фр. Informatique, образованного от двух: Informacion(информация) и Automatique (автоматика.

Кроме Франции термин ИНФОРМАТИКА используется в ряде стран Восточной Европы, в большинстве стран Западной Евроы используется термин Computer Science (наука о средствах выч техники).

 В  качестве первоисточников обычно  называют документалистику и кибернетику. Документалистика сформировалась в конце 19 в в связи с развитием производственных отношений. Ее расцвет пришелся на 2—30 годы 20в, а основным предметом стало изучение рациональных средств и методов повышения эффективности документооборота. 

Основы  кибернетики заложены в трудах Норберта Виннера, опубликованными в 1948 году, а название происходит от греч kyberneticos искусный в управлении.

Впервые термин кибернетика ввел фр физик  Андре Мари Ампер в первой половине 19в. Он занимался классификацией всех наук и обозначил этим термином гипотетическую науку об управлении.

Сегодня предметом кибернетики являются принципы построения и функционирования систем автоматического управления, а основными задачами – методы моделирования процесса принятии решений техническими средствами, связь между психологией человека и мат логикой, связь между информационным процессом отдельного индивидуума и информационными процессами в обществе, разработка принципов и методов искусственного интеллекта. 

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ  ТЕХНИКА.

Совокупность  устройств, предназначенных для  автоматической или автоматизированной обработки данных называют вычислительной техникой. Набор устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка, называют выч  системой. Центральным устройством большинства выч. Систем является компьютер. 

Компьютер – это электронный прибор, предназначенный  для автоматизации создания, хранения, обработки и транспортировки  данных. 

История создания компьютера.

Математические  первоисточники

Двоичная  система Лейбница. Готфрид Вильгельм Лейбниц в 1666 предложил возможность представления чисел да и других данных  двоичными цифрами. 

Математическая  логика Джорджа Буля. Самоучка. Занимался исследованием законов мышления и разработал систему формальных обозначений и правил, близкую к математической. Эту систему назвали логической или булевой алгеброй.

Основное  назначение системы по замыслу Буля состояло в том, чтобы кодировать логические высказывания и сводить  структуры логических умозаключений  к простым выражением, близким по форме к математическим формулам, Результатом формально расчета математического выражения является одно из двух значений – истина или ложь.

Особую  роль при создании ЭВМ сыграли 4 осн  операции

И(пересечение)  ИЛИ НЕ Исключающее ИЛИ. 

Механические первоисточники.

В 1804 г  гибкое программирование механических устройств было реализовано для  управления ткацким станком и  выполнялось при помощи перфорированной  бумажной ленты.

Чарльз  Бэббидж (1792-1871) англ. математик и  изобретатель разработал Аналитическую машину в основе работы которой лежало программное управление выч операциями. При жизни ему не удалось ее построить до конца, она воспроизведена в наши дни по его чертежам.

Особенность Аналитической машины является реализация принципа разделения информации на команды и данные. Особую роль в разработке проекта Аналитической машины сыграла графиня Огаста Ада Лавлейс (1815-1852), дочь поэта лорда Байрона. Именно ей принадлежала идея использования перфорированных карт для программирования выч операций(1843). Ее именем назван один из языков программирования. 

В мех  устройствах числа представлялись в виде перемещений.

Только  переход от регистрации перемещений  к регистрации сигналов позволил значительно уменьшить габариты и повысить быстродействие. 

В 40-х годах 20 в. Сразу несколько групп исследователей повторили попытку Бэббиджа на основе электромеханических реле.  Некоторые из исследователей ничего не знали о работах Бэббиджа и переоткрыли его работы заново:

1945 г.  Джон фон Нейман сформулировал  принципы функционирования компьютеров. 

Схема Неймана 

АЛУ выполняет  арифметические и логические операции.

Устр-во управления организует процесс выполнения программ.

Память  прдназначена для хранения программ и данных.

Вн уст-ва для ввода/вывода инфрмации.

В современных компах АЛУ и устройство управления как правило объеденены в ЦП. Процесс выполнения программ может прерываться для выполнения неотложных действий, связанных споступившими сигналами от вн устройств компа. Многие бытродействующие компы выполняют обработку данных на нескольких процессорах. 

В 1949 г. Англ исследователь Морис Уилкинсон  построил компьютер по принципам  Неймана. 1-е поколение.

В 40 годах  компьютеры создавались на основе электронных  ламп. Лампы часто перегорают. Такие  компьютеры были ненадежны.

В 1948г. Изобретены транзисторы.  Компьютеры более компактны. Наиболее трудоемкая операция – соединение транзисторов  в схемы. 2-е поколение.

В 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы  Intel) изобрел способ, позволяющий создавать на одной пластине кремния транзисторы и все необходимые соединения между ними. Полученные схемы стали называться интегральными схемами. Или чипами.

1968 –  фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах. 3-е поколение. Большие компьютеры.

1970 г.  Фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти.

1975 –  первый коммерчески распространяемый  ПК – Альтаир 8800 на основе  микропроцессора Intel 8080(ОП 256 байт, клавиатура и экран отсутствуют).

В конце 1975 г. Пол Ален и Бил Гейтс создали  для этого компьютера интерпретатор языка Basic, что облегчало общение с компьютером и написание программ.

1985 IBM выпустила на рынок 16 разрядный IBM PC. Мог обрабатывать 1 Мбайт памяти вместо 64 Кбайт. 4-е поколение компьютеров.

Фирма реализовала принцип открытой архитектуры. Использовала для производства компьютеров комплектующие других фирм. Постепенно производители комплектующих переходили к производству компьютеров. Так как фирмы были небольшими, они смогли выпустить более дешевые компьютеры. 
 

СОСТАВ  ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ.

Набор устройств и программ, предназначенный  для обслуживания одного рабочего участка, называют вычислительной системой

Состав  вычислительной систем называется конфигурацией. Выделяют аппаратную конфигурацию и  программную конфигурацию.  

Аппаратное обеспечение.

Существует  понятие базовой конфигурации, в  которую в настоящее время  включают

Системный блок

Монитор

Клавиатуру

Мышь 

СИСТЕМНЫЙ  БЛОК.

Материнская плата, Жесткий диск, Дисковод компакт дисков

Устройства  внутри системного блока называют внутренними. Устройства, подключаемые снаружи – внешними. Внешние дополнительные устройства для ввода-вывода данных называют  перифирийными.

Порты.

Спец  аппаратно-логические устройства, отвечающие за связь процессора с другими  устройствами 

Структура материнской платы.

Материнская плата – основная плата ПК. Она включает процессор, микропроцессорный комплект(чипсет) - набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющий осн функциональные возможности материнской платы; шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера; оперативная память ОЗУ – набор микросхем; ПЗУ –микросхема, предназначенная для длительного хранения данных; разъемы для подключения оп устройств (слоты).

Оперативная память.

(RAM Random Access Memory) – это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM). ДП используют в качестве основной ОП компьютера СП используют в качестве вспомогательной памяти (кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора.

Каждая  ячейка имеет свой адрес, который  выражается числом. Предельный размер адреса 32 разряда. Т.о. независимых адресов  м.б. 2³² = 4Гб. Это возможный размер кэш-памяти.   

Процессор.

- основная  микросхема. Конструктивно состоит  из ячеек, похожих на ячейки  оперативной памяти, но в этих  ячейках данные могут не только  храниться но изменяться. Внутренние  ячейки процессора называют регистрами. Регистры имеют разное назначение. Данные попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах.

Основные  характеристики – тактовая частота (до 3 Ггц=3млрд тактов в сек), разрядность( ск бит данных он может обработать за 1 такт) Современны 32 разрядные, есть 64. 

Система команд процессора.

Процессор обслуживает данные, находящиеся  в его регистрах, в поле оперативной  памяти, а также данные, находящиеся  во внешних портах процессора. Совокупность команд, которые может выполнить  процессор над данными образует так называемую систему команд процессора. 

Расширенная и сокращенная система команд.

Выделяют  процессоры  с расширенной системой команд CISC-процессоры(CISC- Complex Insruction Set Computing) и процессоры с сокращенной системой команд RISC (Reduced Instruction Set Computing).

В CISC- процессорах шире набор команд, более сложная архитектура, длиннее формальная запись команды в байтах тем выше средняя продолжительность выполнения команды, измеренная в тактах частоты работы процессора.

В RISC – процессорах команд меньше, они короче и простейшие команды выполняются быстрее. Но сложные операции приходится описывать громоздкой последовательностью простых команд. 

Сложилось разделение сфер применения:

CISC – процессоры используют в универсальных выч .ситемах;

RISC – процессоры используют в специализированных выч системах или устройствах для выполнения единообразных операций.

ПК IBM  ориентированы на использование CISC –процессоров. 

Совместимость процессоров.

Процессоры  с одинаковой системой команд полностью  совместимы на программном уровне. Процессоры с разной системой команд несовместимы или ограниченно совместимы.