Лекция 1. Введение. Понятие информатики

Лекция 1. Введение

Понятие информатики

Выделение информатики как самостоятельной области человеческой деятельности в первую очередь связано с развитием компьютерной техники. Причем… В нашей стране подобная трактовка термина "информатика" утвердилась… Информатика в таком понимании нацелена на разработку общих методологических принципов построения информационных…

Информационное общество

Информационное общество- общество, в котором большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации, особенно… Ресурс - запасы, источники чего-нибудь. Информационные ресурсы- отдельные документы и отдельные массивы документов, документы и массивы документов в…

История развития рынка информационных услуг

С начала 60-х гг. параллельно с рынком информационных услуг начал формироваться рынок услуг электронной обработки и передачи информации. С середины 60-х до середины 70-х гг. в результате широкого внедрения… Начиная с середины 70-х гг. с созданием национальных и глобальных сетей передачи данных ведущим видом информационных…

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: как отрасль народного хозяйства, как фундаментальную науку, как прикладную дисциплину.

Лекция 2. Информация, сообщения, сигналы

1) информация приносит сведения, об окружающем мире которых в рассматриваемой точке не было до ее получения; 2) информация не материальна, но она проявляется в форме материальных… 3) знаки и первичные сигналы несут информацию только для получателя способного ее распознать.

Виды информации

Можно выделить следующие виды информации

По восприятию органами чувств:

· звуковая (аудиальная)

· визуальная (символы, рисунки, жесты, зрительные образы)

· органолептическая

· вкусовая

· обонятельная (запахи)

· тактильная (ощущения)

По общественному назначению:

· массовая;

· личная (хранится в памяти каждого человека);

· общественно – политическая;

· обыденная;

· эстетическая.

Специальная:

· научная;

· техническая;

· отраслевая;

· производственная;

По области возникновения:

· элементарная (процессы явлений неодушевленной природы);

· биологическая (процессы животного и растительного мира);

· социальная (человеческое общество).

Лекция 3. Количество и качество информации

Количественные характеристики информации

Синтаксическая мера информации

Объём данных (VД) понимается в техническом смысле этого слова как информационный объём сообщения или как объём памяти, необходимый для хранения… Информационный объём сообщения измеряется в битах и равен количеству двоичных… В компьютерной практике слово “бит” используется также как единица измерения объёма памяти. Ячейка памяти размером в 1…

Семантическая мера информации

Тезаурус — это совокупность сведений, которыми располагает пользователь или система. В зависимости от соотношений между смысловым содержанием информации S и…

Прагматическая мера информации

Ценность информации целесообразно измерять в тех же самых единицах (или близких к ним), в которых измеряется целевая функция. Пример 2.5. В экономической системе прагматические свойства (ценность)… где

Качественные характеристики информации

Репрезентативность информации связана с правильностью ее отбора и формирования в целях адекватного отражения свойств объекта. Нарушение… Содержательностьинформации отражает семантическую емкость, равную отношению… С увеличением содержательности информации растет семантическая пропускная способность информационной системы, так как…

Лекция 4-5. Кодирование информации в компьютере

Кодирование информации - это процесс формирования определенного представления информации.

В более узком смысле под термином "кодирование" часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.

Современный компьютер может обрабатывать числовую, текстовую, графическую, звуковую и видео информацию. Все эти виды информации в компьютере представлены в двоичном коде, т. е. используется алфавит мощностью два (всего два символа 0 и 1). Связано это с тем, что удобно представлять информацию в виде последовательности электрических импульсов: импульс отсутствует (0), импульс есть (1). Такое кодирование принято называть двоичным, а сами логические последовательности нулей и единиц - машинным языком.

Кодирование текстовой информации

Традиционно, для того чтобы закодировать один символ используют количество информации равное 1 байту, т. е. I = 1 байт = 8 бит. При помощи формулы,… К = 2I = 28 = 256, т. е. для представления текстовой информации можно использовать алфавит мощностью 256 символов.

Кодирование графической информации

Путем разбиения графического изображения (дискредитации) происходит преобразование графической информации из аналоговой формы в дискретную. При этом… · размер точки, · количество используемых цветов.

Растровое изображение

После разбиения рисунка на точки, начиная с левого угла, двигаясь по строкам слева направо, можно кодировать цвет каждой точки. Далее одну такую… Объем растрового изображения определяется умножением количества пикселей на… Если говорить о черно-белых иллюстрациях, то, если не использовать полутона, то пиксель будет принимать одно из двух…

Цветовые модели

При кодировании цветных графических изображений используется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. Применяют несколько систем кодирования (цветовых моделей):

· HSB - проста и интуитивно понятна,

· RGB - наиболее удобна для компьютера,

· CMYK- наиболее удобна для типографий.

Использование этих цветовых моделей связано с тем, что световой поток может формироваться излучениями, представляющими собой комбинацию "чистых" спектральных цветов: красного, зеленого, синего или их производных.

Модель HSB

Характеризуется тремя компонентами:

· оттенок цвета (Hue),

· насыщенность цвета (Saturation),

· яркость цвета (Brightness).

Можно получить большое количество произвольных цветов, регулируя эти компоненты. Значение цвета выбирается как вектор, выходящий из центра окружности. Направление вектора задается в угловых градусах и определяет цветовой оттенок. Насыщенность цвета определяется длиной вектора, а яркость цвета задается на отдельной оси, нулевая точка которой имеет черный цвет. Точка в центре соответствует белому (нейтральному) цвету, а точки по периметру - чистым цветам.

Модель RGB

Известно, что любой цвет можно представить в виде комбинации трех цветов: красного (Red, R), зеленого (Green, G), синего (Blue, B). Другие цвета и их оттенки получаются за счет наличия или отсутствия этих составляющих. Данная цветовая модель является аддитивной, то есть любой цвет можно получить сочетанием основных цветов в различных пропорциях. При наложении одного компонента основного цвета на другой яркость суммарного излучения увеличивается. Если совместить все три компоненты, то получим ахроматический серый цвет, при увеличении яркости которого происходит приближение к белому цвету.

При 256 градациях тона (каждая точка кодируется 3 байтами) минимальные значения RGB (0,0,0) соответствуют черному цвету, а белому - максимальные с координатами (255, 255, 255). Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем этот цвет ярче. Например, темно-синий кодируется тремя байтами (0, 0, 128), а ярко-синий (0, 0, 255).

Модель CMYK

для красного - голубой (Cyan,C) = зеленый + синий = белый - красный, для зеленого - пурпурный (Magenta, M) = красный + синий = белый - зеленый, для синего - желтый (Yellow, Y) = красный + зеленый = белый - синий.

Графические режимы

· полноцветный (True Color) - для кодирования яркости каждой из составляющих используют по 256 значений (восемь двоичных разрядов), то есть на… · High Color - это кодирование при помощи 16-разрядных двоичных чисел, то… · индексный - позволяет передать всего лишь 256 цветовых оттенков. Каждый цвет кодируется при помощи восьми бит…

Векторное и фрактальное изображения

Фрактальная графика основывается на математических вычислениях, как и векторная. Но в отличие от векторной ее базовым элементом является сама…

Кодирование звуковой информации

Музыкальный звук можно характеризовать тремя качествами: · тембром, т. е. окраской звука, которая зависит от формы колебаний, · высотой, определяющейся числом колебаний в секунду (частотой),

Цифро-аналоговое и аналого-цифровое преобразование звуковой информации

В упрощенном виде принцип работы АЦП заключается в следующем: он измеряет через определенные промежутки времени амплитуду сигнала и передает дальше,… Семпл - это промежуток времени между двумя измерениями амплитуды аналогового… Вывод цифрового звука происходит при помощи цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), который на основании поступающих…

Параметры семплирования

Если частота семплирования не будет более чем в два раза превышать частоту верхней границы звукового диапазона, то на высоких частотах будут… В новом формате компакт-дисков Audio DVD за одну секунду сигнал измеряется 96… Разрядность указывает, с какой точностью происходят изменения амплитуды аналогового сигнала. Точность, с которой при…

Сжатие информации

Коды, предназначенные для сжатия информации, делятся, в свою очередь, на коды без потерь и коды с потерями. Кодирование без потерь подразумевает абсолютно точное восстановление данных… Кодирование с потерями имеет обычно гораздо более высокую степень сжатия, чем кодирование без потерь, но допускает…

Сжатие без потерь

Простейшие алгоритмы сжатия, называемые также алгоритмами оптимального кодирования, основаны на учете распределения вероятностей элементов исходного… Если вероятности неодинаковы, то имеется возможность наиболее вероятным (часто… Методом Хаффмана представляет общую схему сжатия, которая имеет много вариантов. Основная схема – присвоение двоичного…

Сжатие с потерей информации

Из всех видов информации, используемых в компьютерах, хуже всего поддаётся сжатию звук. Это связано с тем, что звуковые сигналы обладают малой… Поэтому применяется метод компандирования: если повышать громкость звука в 2,…

Лекция 6. Информационные процессы и системы

Информационные революции

· Первая революция связана с изобретением письменности. Появилась возможность передавать знания от поколения к поколению. · Вторая революция (середина 16 в.) вызвана изобретением книгопечатания,… · Третья (конец 19 в.) обусловлена изобретением электричества, благодаря которому появился телеграф, радио,…

Понятие информационной системы

Информационная система - взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в… Компьютеры, оснащённые специализированными программными средствами, являются…

Этапы развития информационных систем

Таблица 1. Изменение подхода к использованию информационных систем Период времени Концепция использования информации Вид … Первые информационные системы появились в 50-х гг. В эти годы они были… 60-е гг. знаменуются изменением отношения к ИС. Информация, полученная из них, стала применяться для периодической…

Процессы в ИС

ИС состоит из блоков: · ввод информации из внешних или внутренних источников; · обработка входной информации и представление её в удобном виде;

Структура информационной системы

Информационное обеспечение- совокупность единой системы классификации и… Унифицированные системы документации создаются на государственном, республиканском, отраслевом и региональном уровнях.…

Проблемы использования ИТ

Устаревание ИТ

Пример. На смену технологии пакетной обработки программ на большой ЭВМ в вычислительном центре пришла технология работы на персональном компьютере… При внедрении новой ИТ в организации необходимо оценить риск отставания от… Если в процессе внедрения новой ИТ этому фактору не уделять должного внимания, возможно, что к моменту завершения…

Методология использования ИТ

Достоинства методологии централизованной технологии: · возможность обращения пользователя к большим массивам информации в виде баз… · сравнительная лёгкость внедрения методологических решений по развитию и совершенствованию ИТ благодаря…

Выбор вариантов внедрения ИТ в фирме

При внедрении ИТ в фирму необходимо выбрать одну из двух основных концепций, отражающих сложившиеся точки зрения на существующую структуру организации и роль в ней компьютерной обработки информации.

· Первая концепция ориентируется на существующую структуру фирмы. ИТ приспосабливается к организационной структуре, и происходит лишь модернизация методов работы. Коммуникации развиты слабо, рационализируются только рабочие места. Происходит распределение функций между техническими работниками и специалистами. Степень риска от внедрения новой ИТ минимальна, т.к. затраты незначительны и организационная структура фирмы не меняется.

Основной недостаток такой стратегии - необходимость непрерывных изменений формы представления информации, приспособленных к конкретным технологическим методам и техническим средствам. Любое оперативное решение "вязнет" на различных этапах ИТ.

К достоинствам стратегии можно отнести минимальные степень риска и затраты.

· Вторая концепция ориентируется на будущую структуры фирмы. Существующая структура будет модернизироваться.

Данная стратегия предлагает максимальное развитие коммуникаций и разработку новых организационных взаимосвязей. Продуктивность организационной структуры фирмы возрастает, т.к. рационально распределяются архивы данных, снижается объём циркулирующей по системным каналам информации и достигается сбалансированность между решаемыми задачами.

К основным её недостаткам относятся:

· существенные затраты на первом этапе, связанном с разработкой общих концепций и обследованием всех подразделений фирмы;

· наличие психологической напряжённости, вызванной предлагаемыми изменениями структуры фирмы и, как следствие, изменениями штатного расписания и должностных обязанностей.

Достоинствами данной стратегии являются:

· рационализация организационной структуры фирмы;

· максимальная занятость всех работников;

· высокий профессиональный уровень;

· интеграция профессиональных функций за счёт использования компьютерных сетей.

Новая ИТ в фирме должна быть такой, чтобы уровни информации и подсистемы, её обрабатывающие, связывались между собой единым массивом информации. При этом предъявляются два требования. Во-первых, структура системы переработки информации должна соответствовать распределению полномочий в фирме. Во-вторых, информация внутри системы должна функционировать так, чтобы достаточно полно отражать уровни управления.

Лекция 9. Функциональная и структурная организация компьютера

Общая схема ЭВМ

ЭВМ (электронно-вычислительная машина, компьютер) - это комплекс разнообразных технических и программных средств, способный без вмешательства человека последовательно одна за другой выполнить длинную цепочку элементарных математических и логических операций.

Команда – это описание операции, которую должна вы полнить ЭВМ.

Система команд некоторой ЭВМ – это совокупность команд, которую может выполнить данная ЭВМ.

Несмотря на разнообразие современных ЭВМ, их структура основана на общих логических принципах. В классической структуре ЭВМ (часто называемой структурой фон Неймана по имени… 1. Память (запоминающее устройство), обеспечивающая хранение информации;

Основные блоки ПК и их значение

Рис. Структурная схема персонального компьютера Микропроцессор (МП). Это центральный блок ПК, предназначенный для управления… В состав микропроцессора входят: устройство управления (УУ) - формирует и подает во все блоки машины в нужные …

Внутримашинный системный интерфейс

Внутримашинный системный интерфейс — это совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.

В качестве системного интерфейса используется, как правило, системная шина. Важнейшими характеристиками системной шины являются: количество обслуживающих интерфейс устройств и пропускная способность шины. Пропускная способность шины зависит от разрядности (есть шины 8-, 16-, 32- и 64-разрядные) и тактовой частоты, на которой шина работает.

В качестве системной шины в разных ПК используются:

· шины расширений (шины общего назначения), позволяющие подключать большое число разнообразных устройств;

· локальные шины, специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определенного класса.

Используемые в настоящее время шины отличаются по разрядности, способу передачи сигнала (последовательные или параллельные), пропускной способности, количеству и типу поддерживаемых устройств, а также протоколу работы. Как правило, шины ПК можно представить в виде некой иерархической структуры - шинной архитектуры. Особенностью современных ПК является наличие шины ISA, унаследованной от самых первых моделей IBM PC. Кроме нее, в ПК применяются шины EISA, MCA, VLB, PCI, PCMCIA (CardBus) и AGP.

Шины могут быть синхронными (осуществляющими передачу данных только по тактовым импульсам) и асинхронными (осуществляющими передачу данных в произвольные моменты времени), а также использовать различные схемы арбитража (то есть способа совместного использования шины несколькими устройствами).

Шины расширений

Шина EISA (Extended ISA) – 32-разрядная шина данных и шина адреса. Адресное пространство – 4 Гбайт, скорость обмена между МП, кэшем и ОП… Шина MCA(Micro Channel Architecture) разработана IBM в 1987 г. для PS/2.…

Локальные шины

В настоящее время существуют 2 стандарта универсальных локальных шин: VLB и PCI. Шина VLB(VESA Local Bus, VESA – Video Electronics Standards Association)… Недостатки:

Микропроцессоры

Назначение и типы МП

· чтение и дешифрацию команд из ОП; · чтение данных из ОП и регистров адаптеров ВУ; · прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;

Структура МП

· операционной, содержащей УУ, АЛУ и МППС, за исключением нескольких адресных регистров; · интерфейсной, содержащей адресные регистры МПП, блок регистров команд,… Работают обе части параллельно, причем интерфейсная часть опережает оперативную так, что выборка очередной команды из…

Кэш-память

В кэш-памяти хранятся данные, которые МП получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Быстрый доступ к этим данным и позволяет… · кэш–память «с обратной записью» – результаты операций, прежде чем… · кэш-память «со сквозной записью» – результаты операций одновременно записываются и в кэш-память, и в ОП.

Основная память

Физическая структура ОП

ОЗУ предназначено для хранения информации (программ и данных), непосредственно участвующей на текущем этапе функционирования ПК. ОЗУ – энергозависимая память: при отключении напряжения питания информация,… Конструктивно элементы ОЗУ выполняются в виде модулей– двухрядное расположение выводов), или в виде модулей памяти…

Логическая структура ОП

  Стандартная память 640 Кбайт Верхняя память 384 Кбайт 64 Кбайт – область служебных программ и данных ОС 576… Рис. 3.4 Непосредственно адресуемая память Расширенная… 640 Кбайт 1024 Кбайт 1088 Кбайт

Дисковые накопители внешней памяти

· быстрым вращением диска (гибкий – около 300 об/мин, жесткий – около 3600 об/мин); · быстрое перемещение магнитной головки по диску (1/6 с – гибкий, 1/25–1/70 с… Информация записывается на магнитные диски (МД) и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей –…

Внешние устройства ПК

Видеотерминальные устройства

Видеомонитор, дисплей или просто монитор - устройство отображения текстовой и графической информации на экране (в стационарных ПК - на экране… Аналоговые мониторы позволяют более качественно, с большим количеством… Характеристики мониторов

Принтеры

Принтеры являются наиболее развитой группой ВУ ПК, насчитывающей до 1000 различных модификаций. Принтеры разнятся между собой по различным… · цветность (черно-белые и цветные); · способ формирования символов (знакопечатающие и знакосинтезирующие);

Сканеры

Сканеры весьма разнообразны, и их можно классифицировать по целому ряду признаков. Сканеры бывают черно-белые и цветные. Черно-белые сканеры могут считывать штриховые изображения и полутоновые.… Цветные сканеры работают и с черно-белыми, и с цветными оригиналами. В первом случае они могут использоваться для…

Лекция 13. Характеристики и классификация компьютеров

Функциональные характеристики компьютеров

Основными характеристиками компьютера являются:

1. Быстродействие, производительность, тактовая частота.

Единицами измерения быстродействия служат:

· МИПС (MIPC -Vega Instruction Per Second)- миллион операций над числами с фиксированной запятой (точкой):

· МФЛОПС (MFLOPS- Mega Floating Operations Second)- миллион операций над числами с плавающей запятой (точкой);

· КОПС (KOPS- Kilo Operations Per Second)-для низкопроизводительных ЭВМ - тысяча неких усредненных операций над числами;

· ГФЛОПС (GFLOPS - Gigа Floating Operations Per Second) -миллиард операций в секунду над числами с плавающей запятой (точкой).

Оценка производительности ЭВМ всегда приблизительная, ибо при этом ориентируются на некоторые усредненные или, наоборот, на конкретные виды операций. Реально при решении различных задач используются и различные наборы операций. Поэтому для характеристики ПК вместо производительности обычно указывают тактовую частоту, более объективно определяющую быстродействие машины. И так как каждая операция требует для своего выполнения вполне определенного количество тактов. Зная тактовую частоту, можно достаточно точно определить время выполнения любой машинной операции.

Пример 4.14. при отсутствии конвейерного выполнения команд и увеличении внутренней частоты у микропроцессора (см. подразд. 4.3.) тактовый генератор с частотой 33 МГц обеспечивает выполнение 7 млн. коротких машинных операций (сложение и вычитание с фиксированной запятой, пересылки информации и др.) в секунду; с частотой 100 МГц - 20 млн. коротких операций в секунду.

2. Разрядность машины и кодовых шин интерфейса.

Разрядность - это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция, в том числе и операция передачи информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ПК.

3. Типы системного и локальных интерфейсов.

Разные типы интерфейсов обеспечивают разные сроки передачи информации между узлами машины, позволяют подключать разное количество внешних устройств и различные их виды.

4. Емкость оперативной памяти.

Следует иметь в виду, что увеличение емкости основной памяти в два раза, помимо всего прочего, дает повышение эффективной производительности ЭВМ при решении сложных задач примерно в 1,7 раза.

5. Емкость накопителя на жестких магнитных дисках. (винчестера).

Емкость винчестера измеряется обычно в мегабайтах или гигабайтах (1 Гбайт = 1024 Мбайта).

По прогнозам специалистов, многие программные продукты 1997 г. будут требовать для работы до 1 Гбайта внешней памяти.

6. Тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках.

Сейчас применяются в основном накопители на гибких магнитных дисках, использующие дискеты размером 3,5 и 5,25 дюйма (1 дюйм = 25,4 мм). Первые имеют стандартную емкость 1,44 Мбайта, вторые 1,2 Мбайта.

7. Виды и емкость КЭШ-памяти.

Следует иметь в виду, что наличие КЭШ-памяти емкостью 256 Кбайт увеличивает производительность ПК примерно на 20%.

8. Тип видеомонитора (дисплея) и видеоадаптера.

9. Тип принтера.

10. Наличие математического сопроцессора.

Классификация ЭВМ

ЭВМ – это комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

ЭВМ можно классифицировать по следующим критериям.

1. По принципу действия на АВМ, ЦВМ и ГВМ.

· АВМ – вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений некоторой физической величины (чаще всего электрического напряжения).

· ЦВМ – ВМ дискретного действия, работают с информацией представленной в дискретной (цифровой) форме.

· ГВМ (гибридные ВМ) – совмещают в себе АВМ и ЦВМ.

2. По этапам создания.

· 1-е поколение (50-е гг.): ЭВМ на электронных вакуумных лампах.

· 2-е поколение (60-е гг.): ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах)

· 3-е поколение (70-е гг.): ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни - тысячи транзисторов в одном корпусе).

· 4-е поколение (80-е гг.): ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах-микропроцессорах (десятки тысяч - миллионы транзисторов в одном кристалле).

· 5-е поколение (90-е гг.): многопроцессорные ЭВМ, ЭВМ на сверхсложных МП с параллельно-векторной архитектурой.

· 6-е поколение: ЭВМ с массовым параллелизмом обработки информации и нейронной архитектурой – с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных МП, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

3. По назначению.


4. По размерам и функциональным возможностям.

 
 

Большие ЭВМ

Большие ЭВМ за рубежом чаще всего называют мэйнфреймами (Mainframe). К мэйнфреймам относят, как правило, компьютеры, имеющие следующие характеристики:

Основные направления эффективного применения мэйнфреймов - это решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и их ресурсами. Последнее направление - использование мэйнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей часто отмечается специалистами среди наиболее актуальных.

Родоначальником современных больших ЭВМ, по стандартам которой в последние несколько десятилетий развивались ЭВМ этого класса в большинстве стран мира, является фирма IBM. Ее модели IВМ 360 и IВМ 370, их архитектура и программное обеспечение взяты за основу и при создании отечественной системы больших машин ЕС ЭВМ.

Среди лучших современных разработок мэйнфреймов за рубежом следует в первую очередь отметить: американские IВМ 390, IBM 4300 (4331,4341,4361,4381), пришедшие на смену IВМ 380 в 1979 г., и IBМ ЕS/9000, созданные в 1990 г., а также японские компьютеры М 1800 фирмы Fujitsu.

Семейство мэйнфреймов IВМ ЕS/9000 (ЕS - Enterprise System - система (сеть) масштаба предприятия) открывает новое семейство больших ЭВМ, включающее 18 моделей компьютеров, реализованных на основе архитектуры IВМ 390:

· младшая модель ЕS/9221 model 120 имеет основную память емкостью 256 Мбайт, производительность десятки МIРS и 12 каналов ввода-вывода;

Семейство мэйнфреймов M1800 фирмы Fujitsu пришло в 1990 г. на; смену моделям V 780 и включает в себя 5 новых моделей: Моdеl-20, 30, 45, 65, -85; старшие модели Моdеl-45, 65,85 - многопроцессорные ЭВМ соответственно с 4, 6 и 8 процессорами; последняя, старшая модель имеет основную память емкостью 2 Гбайта и 256 каналов ввода-вывода.

Последние, наиболее мощные модели отечественных больших ЭВМ существенно уступают по своим характеристикам зарубежным типам этих машин:

Зарубежные фирмы определяют рейтинг мэйнфреймов, учитывая многие показатели:

"Слухи о смерти мэйнфреймов сильно преувеличены": по данным экспертов, на мэйнреймах сейчас находится около 70% "компьютерной" информации; только в США было установлено 40 тыс. мэйнфреймов. В России в настоящее время используется около 5 тыс. ЕС ЭВМ и примерно столько же фирменных мэйнфреймов: IВМ (ЕS/9000 установлены в нескольких банках, на автозаводах, металлургических комбинатах), Hitachi Data System, Fujitsu и др.

Малые ЭВМ

Малые ЭВМ (мини ЭВМ) - надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями

Мини - ЭВМ (и наиболее мощные из них супермини - ЭВМ) обладают следующими характеристиками:

Все модели мини-ЭВМ разрабатываются на основе микропроцессорных наборов интегральных микросхем, 16-, 32-, 64-разрядных микропроцессоров. Основные их особенности: широкий диапазон производительности в конкретных условиях применения, аппаратная реализация большинства системных функций ввода-вывода информации, простая реализация микропроцессорных и многомашинных систем, высокая скорость обработки прерываний, возможность работы с форматами данных различной длины.

К достоинствам мини-ЭВМ можно отнести: специфичную архитектуру с большой модульностью, лучшее, чем у мэйнфреймов, соотношение производительность/цена, повышенная точность вычислений.

Мини-ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов. Традиционная для подобных комплексов широкая номенклатура периферийных устройств дополняется блоками межпроцессорной связи, благодаря чему обеспечивается реализация вычислительных систем с изменяемой структурой.

Наряду с использованием для управления технологическими процессами мини-ЭВМ успешно применяются для вычислений в многопользовательских вычислительных системах, в системах автоматизированного проектирования, в системах моделирования несложных объектов, в системах искусственного интеллекта.

Родоначальником современных мини-ЭВМ можно считать компьютеры РDР-11 (Program Driven Processor - программно-управляемый процессор) фирмы DЕС (Digital Equipment Corporation - Корпорация дискретного оборудования, США), они явились прообразом и наших отечественных мини-ЭВМ - Системы Малых ЭВМ (СМ ЭВМ): CM 1, 2,3,4,1400,1700 и др.

В настоящее время семейство мини-ЭВМ РDР-11 включает большое число моделей - от VАХ-11 до VАХ-36ОО; мощные модели мини-ЭВМ класса 8000 (VАХ-8250, 8820); супермини-ЭВМ класса 9000 (VАХ-9410,9430) и др.

Модели VАХ обладают широким диапазоном характеристик:

Иными словами, мини-ЭВМ VАХ полностью перекрывают весь диапазон характеристик этого класса компьютеров и в подклассе супермини стирают грань с мэйнфреймами. Среди прочих мини-ЭВМ следует отметить:

Персональные компьютеры

Персональный компьютер для удовлетворения требованиям общедоступности и универсальности должен иметь следующие характеристики:

· малую стоимость, находящуюся в пределах доступности для индивидуального покупателя;

· автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;

· гибкость архитектуры, обеспечивающую ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;

· "дружественность" операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающую возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;

· высокую надежность работы (более 5000 ч наработки на отказ).

Среди зарубежных ПК следует отметить компьютеры американской фирмы IBM: IВМ РС/ХТ, IBM РС/АТ на микропроцессорах 8028б (16-разрядные), IВМ РS/2 8030 -РS/2 8080 (РS - Personal System), все РS, кроме РS/2 8080, - 16-разрядные, РS/2 8080 - 32-разрядная, IВМ РС на МП 80386 и 80486 (32-разрядные), IВМ РС на МП Pentium и Pentium Pro (64-разрядные).

Широко известны персональные компьютеры, выпускаемые американскими фирмами: Compaq Computer, Apple (Macintosh), Hewlett Packard, Dell, DEC, а так же фирмами Великобритании: Spectrum, Amstrad; Франции: Micral; Италии: Olivetty; Японии: Toshiba, Panasonic и Partner.

Наибольшей популярностью в настоящее время пользуются персональные компьютеры клона (архитектуры определенного направления) IВМ, первые модели которых появились в 1981г. Существенно им уступают по популярности персональные компьютеры клона DЕС (Digital Equipment Corporation), в частности широко известные ПК Macintosh фирмы Аррlе, занимающие по распространимости 2-е место.

В начале 90-х гг. мировой парк компьютеров составлял примерно 150 млн. шт. из них около 90% - это персональные компьютеры, в частности профессиональных ПК типа IВМ РС более 100 млн. шт. (около 75% всех ПК); профессиональных ПК типа DЕС около 5 млн. шт.

Отечественная промышленность (страны СНГ) выпускала DЕС -совместимые (диалоговые вычислительные ДВК-1 - ДВК- 4 на основе Электроники МС-1201, Электроники 85, Электроники 32 и др.) и IВМ РС -совместимые ( ЕС1840 - ЕС1842, ЕС1845, ЕС1849, ЕС1861, Искра1030, Искра 4816, Нейрон И9.66 и др.) компьютеры. Остальные типы отечественных ПК (Агат, Микроша, Спектр, Орбита, БК и др.) существенно уступают по своим характеристикам вышеназванным. Причем если еще лет 8-10 назад мы ориентировались в основном на DEC-совместимые ПК, то сейчас подавляющее большинство отечественных персональных компьютеров собирается из импортных комплектующих и относится к IBM РС- совместимым.

По поколениям персональные компьютеры делятся следующим образом:

Классификация ПК по конструктивным особенностям показана на, рис. 5.6.

СуперЭВМ.

Типовая модель суперЭВМ 2000 г имеет следующие характеристики: · высокопараллельная многопроцессорная вычислительная система с… · емкость: оперативной памяти 10 Гбайт, дисковой памяти 1-10 Тбайт (1 1000Гбайт);

ПЕРЕНОСНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ.

Большинство переносных компьютеров имеют автономное питание от аккумуляторов, но могут подключаться и к сети. В качестве видеомониторов у них применяются плоские с видеопроектором… Жидкокристаллические дисплеи (LCD - Liquid Crystal Display) бывают с активной и пассивной матрицами.

Лекция 14-15. Компьютерные сети

Основные понятия

 
 

Существует два типа обработки данных: централизованная обработка данных (рис. 4.1) и распределенная обработка данных (рис. 4.2).

 

Рис. 4.1

 
 

Рис. 4.2

Централизованная обработка данных – обработка данных, выполняемая на одном компьютере.

Распределенная обработка данных - обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.

Компьютерная (вычислительная) сеть (ВС) – совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в одну систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных (рис. 4.3).

Абоненты сети – объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети. Абонентами сети могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, терминалы и т.д.

Станция – аппаратура, которая выполняет функции, связанные с передачей и приемом информации. Совокупность абонента и станции называют абонентской системой.

Физическая передающая среда – линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи данных.

 
 

На базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть, которая обеспечивает передачу информации между абонентами системы. Поэтому компьютерную сеть можно представить как совокупность абонентских систем и коммуникационной сети.

Рис. 4.3

Классификация вычислительных сетей

В зависимости от территориального расположения абонентских систем ВС можно разделить на три основных класса:

· глобальные сети (WAN – Wide Area Network) – объединяют абонентов, находящихся в различных странах, на разных континентах. Взаимодействие между абонентами может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи;

· региональные сети (MAN – Metropolitan Area Network) – связывают абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга - внутри одного города, экономического региона, страны (десятки сотни километров);

· локальные сети (LAN – Local Area Network) – объединяют абонентов, находящихся в пределах небольшой территории. Не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов сети. Обычно такая сеть привязана к определенному месту - здание предприятия, фирма, банк, офис и т.д. Протяженность такой сети приблизительно 2–2,5 км.

Объединение глобальных, региональных и локальных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии (рис. 4.4). Компьютерная сеть Интернет является наиболее популярной глобальной сетью. В ее состав входит множество сетей, внутри каждой из них существует своя структура связи и определенная структура управления.

 

 
 

Рис. 4.4

Процесс передачи информации

Передатчик – устройство, являющееся источником данных. Приемник – устройство, принимающее данные. Средства передачи – физическая передающая среда и системная аппаратура, обеспечивающая передачу сообщений.

Формы взаимодействия абонентских ЭВМ

1. Терминал-удаленный процесс – предусматривает обращение с терминала одной из абонентских ЭВМ к процессу, находящемуся на другой ЭВМ сети. При… 2. Терминал-доступ к удаленному файлу – предусматривает открытие удаленного… 3. Терминал-доступ к удаленной базе данных – аналогично предыдущему, только работа с БД производится в соответствии с…

Модель взаимодействия открытых систем

Открытая система – система, взаимодействующая с другими системами в соответствии с принятым стандартом. Эта модель представляет собой рекомендации… Модель взаимодействия открытых систем состоит из семи уровней (рис 4.7).     Рис. 4.7

Протоколы компьютерной сети

Протокол (стандарт) – это набор правил, определяющий взаимодействие двух однолинейных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных… Правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией,… Легче всего подвергаются стандартизации протоколы трех первых нижних уровней, так как они определяют действия и…

Локальные вычислительные сети

С этой точки зрения ЛВС можно рассматривает как совокупность серверов и рабочих станций. Сервер – это компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей… Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печать заданий и…

Основные топологии ЛВС

ВС можно рассматривать как совокупность узлов – устройств, непосредственно подключенных к передающей среде сети. Топологии ВС могут быть различными, но для ЛВС типичными являются три:… Кольцевая топология (рис. 4.8) представляет собой соединение узлов сети замкнутой кривой – кабелем передающей среды.…

Физическая передающая среда ЛВС

1. Витая пара. Состоит из двух изолированных проводов, свитых между собой. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на… 2. Коаксиальный кабель. Обладает более высокой механической прочностью и… 3. Оптоволоконный кабель. Не подвержен действию электромагнитных полей и сам практически не имеет излучения, что…

Методы доступа к передающей среде

Существуют два основных класса методов доступа: детерминированные и недетерминированные. При детерминированных методах доступа передающая среда распределяется между… Наиболее распространенными детерминированными методами являются метод опроса и метод передачи права. Метод опроса…

Способы объединения ЛВС

Самый простой вариант объединения ЛВС осуществляется в пределах ограниченного пространства, когда физическая передающая среда накладывает… Сети, которые объединяют мост, должны иметь одинаковые сетевые уровни модели… Мосты могут быть:

Глобальная сеть Internet

Способы организации передачи информации в Internet следующие: 1. Электронная почта. Выполняет функции обычной почты. Она обеспечивает… 2. World–wide–web (всемирная информационная сеть). Обеспечивает работу с гиперобъектами (текст, содержащий в себе…

Лекция 17. Программное обеспечение

Основные понятия

Программа (program, routine) – упорядоченная последовательность команд (инструкций) компьютера для решения задачи.

Программное обеспечение(software) – совокупность программ обработки данных и необходимых для их эксплуатации документов.

Задача(problem, task) – проблема, подлежащая решению.

Приложение(application) – программная реализация на компьютере решения задачи.

Термин «задача» в программировании означает единицу работы вычислительной системы, требующую выделения вычислительных ресурсов (процессорного времени, памяти).

Процесс создания программ можно представить как последовательность следующих действий:

· постановка задачи;

· алгоритмизация решения задачи;

· программирование.

Постановка задачи(problem definition) – это точная формулировка решения задачи на компьютере с описанием входной и выходной информации.

Алгоритм– это система точно сформулированных правил, определяющая процесс преобразования допустимых исходных данных (выходной информации) в желаемый результат (выходную информацию) за конечное число шагов.

Программирование(programming) – теоретическая и практическая деятельность, связанная с созданием программ.

По отношению к ПО компьютерные пользователи делятся на следующие группы:

· системные программисты – занимаются разработкой, эксплуатацией и сопровождением системного программного обеспечения;

· прикладные программисты – осуществляют разработку и отладку программ для решения различных прикладных задач;

· конечные пользователи – имеют элементарные навыки работы с компьютером и используемыми ими прикладными программами;

· администраторы сети – отвечают за работу вычислительных сетей;

· администраторы баз данных – обеспечивают организационную поддержку базы данных.

Сопровождение программы– поддержка работоспособности программы, переход на ее новые версии, внесение изменений, исправление ошибок и т.д.

Все программы по характеру использования и категориям пользователей можно разделить на два класса – утилитарные программы и программные продукты.

Утилитарные программы (“программы для себя”) предназначенные для удовлетворения нужд их разработчиков. Чаще всего такие программы выполняют роль отладочных приложений, являются программами решения задач, не предназначенных для широкого распространения.

Программные продукты (изделия) предназначены для удовлетворения потребностей пользователей, широкого распространения и продажи.

В настоящее время существуют и другие варианты легального распространения программных продуктов, которые появились с использованием глобальных телекоммуникаций:

· «freeware» – бесплатные программы, свободно распространяемые, поддерживаются самим пользователем, который правомочен вносить в них необходимые изменения;

· «shareware» – некоммерческие (условно-бесплатные) программы, которые могут использоваться, как правило, бесплатно.

Ряд производителей, использует ОЕМ-программы (Original Equipment Manufacturer), т.е. встроенные программы, устанавливаемые на компьютеры или поставляемые вместе с компьютерами.

Программный продукт должен быть соответствующим образом подготовленным к эксплуатации (отлажен), иметь необходимую техническую документацию, предоставлять сервис и гарантию надежной работы программы, иметь товарный знак изготовителя, а также наличие кода государственной регистрации.

Классификация программного обеспечения

Можно выделить три класса ПО:

· системное ПО;

· прикладное ПО (пакеты прикладных программ);

· инструментарий технологии программирования (инструментальные средства для разработки ПО).

Системное программное обеспечение

Системное ПО направлено: · на создание операционной среды функционирования других программ; · на обеспечение надежной и эффективной работы самого компьютера и вычислительной сети;

Инструментарий технологии программирования

    Средства для создания приложений– совокупность языков и систем программирования, инструментальные среды пользователя,… Язык программирования – это формализованный язык для описания алгоритма… · машинные языки – это языки, воспринимаемые аппаратной частью компьютера (машинные коды);

Пакеты прикладных программ

    Рис. 5.6 Проблемно-ориентированные ППП. Для некоторых предметных областей возможна… · ППП автоматизированного бухгалтерского учета;

Защита программного обеспечения

· ограничение несанкционированного доступа к программам или их преднамеренное разрушение и хищение; · исключение несанкционированного копирования (тиражирования) программ. ПО должно быть защищено от воздействия: