Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Декабря 2012 в 10:21, курс лекций
Временем появления на Земле вида «человек разумный» вполне можно считать тот момент, когда представители этого вида стали собирать, осмысливать, обрабатывать, хранить и передавать разнообразную информацию. Таким образом, человечество (социум) постоянно имеет дело с информацией.
Строгого научного определения понятия «информация» нет. Существует более 300 толкований этого термина.
Хранение – это базовая основа обеспечения сохранности.
Сохранность - это состояние документа, программы или технических средств, характеризуемое степенью удержания их эксплуатационных свойств.
Обеспечение сохранности информации производится путём применения специальных мер организации хранения, восстановления информации, специальных устройств резервного копирования. Качество обеспечения сохранности информации зависит от её целостности (точности, полноты) и готовности к постоянному использованию.
Обработка – понятие широкое, часто включает в себя несколько взаимосвязанных более мелких операций. К обработке относят такие операции как проведение расчётов, выборка, поиск, объединение, слияние, сортировка, фильтрация. На практике существует множество вариантов технологических процессов обработки. Их использование зависит от применяемых средств вычислительной и организационной техники на отдельных операциях технологического процесса. Обычно отдельно выделяют операции обработки данных, информации и знаний.
Обработка данных – процесс выполнения последовательности операций над данными, управления данными и преобразования их в информацию, который может осуществляться в интерактивном и фоновом режимах.
Обработка информации – переработка определённого типа информации и преобразование её в информацию другого типа. Например, различают обработку текстовой информации, обработку изображений, обработку звуковой информации.
Технологией обработки информации называют взаимосвязанные действия, выполняемые в строго определённой последовательности с момента возникновения информации до получения заданных результатов.
Технологический процесс обработки информации с использованием ЭВМ включает следующие операции:
В различных ситуациях приходится контролировать получаемые или распространяемые данные и информацию. С этой целью широко применяются информационные технологии. Различают визуальный и программный контроль, позволяющий отслеживать информацию на полноту ввода, нарушение структуры исходных данных, ошибки кодирования. При обнаружении ошибки производится:
Важными элементами информационных технологий являются технологии хранения и сохранности информации, данных и знаний.
Поиск – важный информационный процесс. Возможности организации и проведения поиска зависят от наличия информации, её доступности, а также от средств и навыков организации поиска. Цель любого поиска заключается в использовании методов, позволяющих находить необходимые пользователям различные виды информации.
Термин «информационный поиск» ввёл американский математик К. Муэрс. Он заметил, что поиск проводится для того, чтобы найти нужные данные. Для этого сначала надо сформулировать информационный запрос, а затем с его помощью осуществлять поиск данных в различных источниках информации.
Информационный поиск - это выполнение определённых логических и технических операций, необходимых для нахождения информационных материалов (документов, сведений о них, фактов, данных и знаний), наиболее полно отвечающих запросу (релевантность) и информационным потребностям пользователя.
Системы, с помощью которых осуществляют любые процессы поиска, называют поисковыми системами. Для поиска информации используют «информационно-поисковые системы». В традиционных технологиях ИПС – это картотеки и каталоги, справочники, указатели, энциклопедии, архивы и другие материалы. В компьютерных системах для поиска и хранения информации используют электронные информационно-поисковые системы - это программы, с помощью которых создают, обновляют, хранят и осуществляют поиск информации в электронных базах и банках данных. Результат поиска зависит от правильности составления запроса, и от наличия нужных пользователю информационных материалов.
Более чем за полвека развития вычислительных средств прогресс в аппаратной реализации ЭВМ и их технических характеристик превзошёл все прогнозы, и пока не заметно снижение его темпов. Несмотря на то, что современные ЭВМ внешне не имеют ничего общего с первыми моделями, основополагающие идеи, заложенные в них и связанные с понятием алгоритма, разработанным Аланом Тьюрингом, а также архитектурной реализацией, предложенной Джоном фон Нейманом, пока не претерпели коренных изменений (за исключением систем параллельной обработки информации).
ЭВМ неймановской архитектуры содержит следующие основные устройства:
В современных ЭВМ АЛУ и УУ объединены в общее устройство, называемое центральным процессором. Обобщённая логическая структура ЭВМ представлена на рис. 2.1.
Процессор, или микропроцессор, является основным устройством ЭВМ. Он предназначен для выполнения вычислений по хранящейся в запоминающем устройстве программе и обеспечения общего управления ЭВМ. Быстродействие ЭВМ в значительной мере определяется скоростью работы процессора. Для её увеличения процессор использует собственную намять небольшого объёма, называемую сверхоперативной, что исключает необходимость обращения к запоминающему устройству ЭВМ.
Вычислительный процесс должен быть предварительно представлен для ЭВМ в виде программы - последовательности инструкций, записанных в порядке выполнения. В процессе выполнения программы ЭВМ выбирает очередную команду, расшифровывает её, определяет, какие действия и над какими операндами следует выполнить. Эту функцию осуществляет УУ. Оно же помещает выбранные из ЗУ операнды в АЛУ, где они и обрабатываются. Само АЛУ работает под управлением УУ.
Обрабатываемые данные и выполняемая программа должны находиться в запоминающем устройстве — памяти ЭВМ, куда они помещаются посредством устройства ввода. Ёмкость памяти измеряется байтах. Память представляет собой сложную структуру, построенную по иерархическому принципу, и включает в себя запоминающие устройства различных типов. Функционально она делится: внутреннюю и внешнюю.
рис. 2.1. Обобщённая логическая структура ЭВМ
Внутренняя, или основная память — это запоминающее устройство, напрямую связанное с процессором и предназначенное для хранения выполняемых программ и данных, непосредственно участвующих в вычислениях. Обращение к внутренней памяти ЭВМ осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет ограниченный объём, определяемый системой адресации машины.
Внутренняя память, в свою очередь, делится на оперативную (ОЗУ) и постоянную (ПЗУ) память. Оперативная память, по объёму составляющая большую часть внутренней памяти, служит для приёма, хранения и выдачи информации. При выключении питания ЭВМ содержимое оперативной памяти теряется. Постоянная память обеспечивает хранение и выдачу информации. В отличие от содержимого оперативной памяти, содержимое постоянной заполняется при изготовлении ЭВМ и не может быть изменено в обычных условиях эксплуатации. В постоянной памяти хранятся часто используемые (универсальные) программы, и данные, к примеру, некоторые программы операционной системы, программы тестирования оборудования ЭВМ и др. При выключении питания содержимое постоянной памяти сохраняется.
Внешняя память (ВЗУ) предназначена для размещения больших объёмов информации и обмена ею с оперативной памятью. Для построения внешней памяти используют энергонезависимые носители информации (диски и ленты), которые к тому же являются переносимыми. Ёмкость этой памяти практически не имеет ограничений, а для обращения к ней требуется больше времени, чем ко внутренней.
Внешние запоминающие устройства конструктивно отделены от центральных устройств ЭВМ (процессора и внутренней памяти), имеют собственное управление и выполняют запросы процессора без его непосредственного вмешательства. В качестве ВЗУ используют накопители на магнитных и оптических дисках, а также накопители на магнитных лентах. ВЗУ по принципам функционирования разделяются на устройства прямого доступа (накопители на магнитных и оптических дисках) и устройства последовательного доступа (накопители на магнитных лентах). Устройства прямого доступа обладают большим быстродействием, поэтому они являются основными внешними запоминающими устройствами, постоянно используемыми в процессе функционирования ЭВМ. Устройства последовательного доступа используются в основном для архивирования информации.
Устройства ввода-вывода служат соответственно для ввода информации в ЭВМ и вывода из нее, а также для обеспечения общения пользователя с машиной. Процессы ввода-вывода протекают с использованием внутренней памяти ЭВМ. Иногда устройства ввода-вывода называют периферийными или внешними устройствами ЭВМ. К ним относятся, в частности, дисплеи (мониторы), клавиатура, манипуляторы типа «мышь», алфавитно-цифровые печатающие устройства (принтеры), графопостроители, сканеры и др. Для управления внешними устройствами (в том числе и ВЗУ) и согласования их с системным интерфейсом служат групповые устройства управления внешними устройствами, адаптеры или контроллеры.
Системный интерфейс — это конструктивная часть ЭВМ, предназначенная для взаимодействия её устройств и обмена информацией между ними. В больших, средних и супер-ЭВМ в качестве системного интерфейса используются сложные устройства, имеющие встроенные процессоры ввода-вывода, именуемые каналами. Такие устройства обеспечивают высокую скорость обмена данными между компонентами ЭВМ.
Отличительной особенностью малых ЭВМ является использование в качестве системного интерфейса системных шин. Различают ЭВМ с многошинной структурой и с общей шиной. В первых для обмена информацией между устройствами используются отдельные группы шин, во втором случае все устройства ЭВМ объединяются с помощью одной группы шин, в которую входят подмножества шин для передачи данных, адреса и управляющих сигналов. При такой организации системы шин обмен информацией между процессором, памятью и периферийными устройствами выполняется по единому правилу, что упрощает взаимодействие устройств машины.
Пульт управления служит для выполнения оператором ЭВМ или системным программистом системных операций в ходе управления вычислительным процессом. Кроме того, при техническом обслуживании ЭВМ за пультом управления работает инженерно-технический персонал. Пульт управления конструктивно часто выполняется вместе с центральным процессором.
К основным характеристикам вычислительной техники относятся её эксплуатационно-технические характеристики, такие, как быстродействие, ёмкость памяти, точность вычислений и др.
Быстродействие ЭВМ рассматривается в двух аспектах: оно характеризуется количеством элементарных операций, выполняемых центральным процессором в секунду. Под элементарной операцией понимается любая простейшая операция типа сложения, пересылки, сравнения. С другой стороны, быстродействие ЭВМ существенно зависит от организации её памяти. Время, затрачиваемое на поиск необходимой информации в памяти, заметно сказывается на быстродействии ЭВМ.
В зависимости от области применения
выпускаются ЭВМ с
Наряду с быстродействием
Ёмкость, или объём памяти определяется максимальным количеством информации, которое можно разместить в памяти ЭВМ. Оперативная память, по своему объёму у различных классов машин различна и определяется системой адресации ЭВМ. Ёмкость внешней памяти из-за блочной структуры и съёмных конструкций накопителей практически неограниченна.
Точность вычислений зависит от количества разрядов, используемых для представления одного числа. Современные ЭВМ комплектуются 32- или 64-разрядными микропроцессорами, что вполне достаточно для обеспечения высокой точности расчётов самых разнообразных приложениях. Однако, если этого мало, можно использовать уд военную или утроенную разрядную сетку.
Система команд - это перечень команд, которые способен выполнить процессор ЭВМ. Система команд устанавливает, какие конкретно операции может выполнять процессор, сколько операндов требуется указать в команде, какой вид (формат) должна имеет команда для её распознания. Количество основных разновидностей команд невелико, с их помощью ЭВМ способны выполнять операции сложения, вычитания, умножена деления, сравнения, записи в память, передачи числа из регистра в регистр, преобразования из одной системы счисления в другую и т. д. При необходимости выполняете модификация команд, учитывающая специфику вычислений. Обычно в ЭВМ используется от десятков до сотен команд (с учётом их модификации). На современном этапе развития вычислительной техники используются два основных подхода при формировании системы команд процессора. С одной стороны, это традиционный подход, связанный с разработкой процессоров с полным набором команд, — архитектура CIS (Complete Instruction Set Computer — компьютер с полным набором команд). С другой стороны, это реализация в ЭВМ сокращённого набора простейших, но часто употребляемых команд, что позволяет упростить аппаратные средства процессора и повысить eё быстродействие — архитектура RISC (Reduced Instruction Set Computer — компьютер сокращенным набором команд).