ИНФОРМАТИКА И ИКТ

ТЕМЫ ДИСЦИПЛИНЫ
Вступление. Эргономика рабочего места пользователя персонального компьютера
Тема 1. Информационное общество и информатизация
Тема 2. Основные понятия автоматизированной обработки информации
Тема 3. Состав и структура персональных электронно-вычислительных машин и вычислительных систем

Макарова Н. , Николайчук Г., Титова Ю. Информатика и ИКТ. 11 класс. Базовый уровень. – Питер, 2012. – 224 с.
Семакин И.Г., Хеннер Е.К. Информатика и ИКТ. Базовый уровень: учебник для 10-11 классов- 6 изд. - М. : БИНИКОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 246 с.
Е. В.Михеева. Информационные технологии в профессиональной деятельности : учеб. пособие для студ. сред. проф. образования. — М.: «Академия», 2013. — 384 с.
ВСТУПЛЕНИЕ. ЭРГОНОМИКА РАБОЧЕГО МЕСТА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПК
Литература
Тема 1. Информатизация и информационное общество

Эргономика рабочего места
ВСТУПЛЕНИЕ. ЭРГОНОМИКА РАБОЧЕГО МЕСТА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПК

Работа на ПК
ВСТУПЛЕНИЕ

Макарова Н. , Николайчук Г., Титова Ю. Информатика и ИКТ. 11 класс. Базовый уровень. – Питер, 2012. – 224 с.
Семакин И.Г., Хеннер Е.К. Информатика и ИКТ. Базовый уровень: учебник для 10-11 классов- 6 изд. - М. : БИНИКОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 246 с.
Е. В.Михеева. Информационные технологии в профессиональной деятельности : учеб. пособие для студ. сред. проф. образования. — М.: «Академия», 2013. — 384 с.
ТЕМА 1. ИНФОРМАТИЗАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЩЕСТВО
Литература
Тема 1. Информатизация и информационное общество

ТЕМА 1. ИНФОРМАТИЗАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЩЕСТВО
Переход к информационному обществу

Технологические: информационные технологии широко применяются в производстве, учреждениях, системе образования и в быту.
Социальные: информационные процессы выступают в качестве важного стимулятора изменения качества жизни.
Экономические: информация составляет ключевой фактор в экономике в качестве ресурса, услуг, товара, источника добавленной стоимости и занятости.
Политические: свобода информации ведет к политическому процессу, который характеризуется растущим участием и консенсусом между различными классами и социальными слоями населения.
Культурные: признание культурной ценности информации.
ТЕМА 1. ИНФОРМАТИЗАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЩЕСТВО
Характеристики информационного общества

Информатизация – направленный процесс перехода к информационному обществу.
Информатизация — политика и процессы, направленные на построение и развитие телекоммуникационной инфраструктуры, объединяющей территориально распределенные информационные ресурсы. Процесс информатизации является следствием развития информационных технологий и трансформации технологического, продукт-ориентированного способа производства в постиндустриальный. В основе информатизации лежат кибернетические методы и средства управления, а также инструментарий информационных и коммуникационных технологий.
ТЕМА 1. ИНФОРМАТИЗАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЩЕСТВО

ТЕМА 1. ИНФОРМАТИЗАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЩЕСТВО
Этапы информатизации

ТЕМА 1. ИНФОРМАТИЗАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЩЕСТВО
Средства информатизации

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕМЫ
ТЕМА 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
Данные, информация, знания
Информационные процессы
Принципы автоматизированной обработки информации
Тема 2. Основные понятия автоматизированной обработки информации

2.1 Информация, данные, знания
ТЕМА2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
Информа́тика (информация + автоматика) — наука о методах и процессах сбора, хранения, обработки, передачи, анализа и оценки информации, обеспечивающих возможность её использования для принятия решений.
Информатика включает дисциплины, относящиеся к её обработке на ЭВМ и передачи по сетям: - абстрактные, вроде анализа алгоритмов, - конкретные, например, разработка языков программирования и протоколов передачи данных.

Информа́ция — сведения, воспринимаемые человеком или специальными устройствами как отражение в процессе коммуникации фактов материального мира.
Это знания о предметах, фактах, идеях и т. д., которыми могут обмениваться люди в рамках конкретного контекста.
ТЕМА2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

2.1 ДАННЫЕ, ИНФОРМАЦИЯ, ЗНАНИЯ
Норберт Винер
1894 – 1964
Клод Шеннон
1916 – 2001
Родоначальники информатики

2.1 ДАННЫЕ, ИНФОРМАЦИЯ, ЗНАНИЯ
НОРБЕРТ ВИНЕР — американский учёный, выдающийся математик и философ, основоположник кибернетики и теории искусственного интеллекта.
Его детище, кибернетика — наука об управлении и связях в машинах и живых организмах, родилась из сплава прежде не пересекавшихся математики, биологии, социологии и экономики.
Информация — это не материя и не энергия, информация — это информация
Норберт Винер

2.1 ДАННЫЕ, ИНФОРМАЦИЯ, ЗНАНИЯ
КЛОД ШЕННОН является основателем теории информации, нашедшей применение в современных высокотехнологических системах связи.
Шеннон внёс огромный вклад в теорию вероятностных схем, теорию автоматов и теорию систем управления — области наук, входящие в понятие «кибернетика». В 1948 году предложил использовать слово «бит» для обозначения наименьшей единицы информации.
Киберне́тика — искусство управления — наука об общих закономерностях получения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах, будь то машины, живые организмы или общество.

Более конкретно
2.1 ДАННЫЕ, ИНФОРМАЦИЯ, ЗНАНИЯ

Свойства информации
2.1 ДАННЫЕ, ИНФОРМАЦИЯ, ЗНАНИЯ

Измерение и меры информации
2.1 ДАННЫЕ, ИНФОРМАЦИЯ, ЗНАНИЯ

Классификация данных по форме представления
2.1 ДАННЫЕ, ИНФОРМАЦИЯ, ЗНАНИЯ

2.2 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ
2.2 Информационные процессы –
процесс получения, создания, сбора, обработки, накопления, хранения, поиска, распространения, использования информации.
В результате исполнения информационных процессов осуществляются информационные права и свободы, выполняются обязанности соответствующими структурами производить и вводить в обращение информацию, затрагивающую права и интересы граждан, а также решаются вопросы защиты личности, общества, государства от ложной информации и дезинформации, защиты информации и информационных ресурсов ограниченного доступа от несанкционированного доступа.

2.2 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Информационные процессы в обществе

2.2 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

2.2 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Сообщение как материальная форма представления информации
2.2 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

2.2 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Язык – это система обозначений и правил для передачи сообщений. Различают языки естественные, на которых общаются люди, и искусственные (или формальные). К формальным языкам относятся языки программирования.
Язык задается алфавитом, синтаксисом и семантикой. Язык программирования – это формальный язык, обеспечивающий описание конкретных проблем, формулируемых человеком и решаемых с помощью компьютера.
Формальный язык = {страхователь, страховой случай, страховая премия…..}
…….
2.2 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Для кодирования информации используют формальные языки и алфавиты

Алфавит представляет собой совокупность упорядоченных в определенном смысле символов (букв) в данном языке или системе. Только символы, принадлежащие данному алфавиту, можно использовать для построения слов.
Синтаксис (от греч. syntaxis – построение, порядок) – это набор правил построения слов, конструкций и структур текста в языке или системе. Некоторые авторы включают в синтаксис и алфавит.
Слово можно определить как упорядоченный набор символов в заданном алфавите, имеющий определенный смысл.
Транслятор (от англ. translator – переводчик) – это программа, производящая трансляцию программы с одного языка, понятного пользователю-разработчику программы, в другой, понятный ЭВМ.
Алфавит 1 = {>, <, = ,<>, …}
Алфавит 2 = {0, 1, 2, 3, …9}
2.2 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Для кодирования информации используют формальные языки и алфавиты

Числовая информации – двоичный код (система счисления)
Текстовая информация – таблицы символов, в которых знак заменяется на число
Графическая информация (пиксельная) – код цвета и положение пикселя
Звуковая информация – оцифровка и дискредитация
Видео – набор графических кадров и скорость их смены
2.2 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Кодирование информации в ЭВМ

Кодирование чисел
5 = 1+ 4 = 1 + 2^2 =1002+12=
= 1012
2.2 Информационные процессы
75 =
1*2^6 + 0*2^5+ 0*2^4+1*2^3+0*2^2+1*2^1+1*2^0
= 100 1 0112 = 1138 = 4B16

Кодирование текста
Национальные кодировки
1 знак = 1 байт ; всего 256 знаков
латиница + дополнительные знаки + национальный алфавит
2.2 Информационные процессы

Стандарт КОИ8-р
Стандарт Windows-1251
2.2 Информационные процессы

Стандарт КОИ8-р
Стандарт КОИ8-р
2.2 Информационные процессы

16-битовая версия (2^16 = 65 536 значений), где кодируются все современные алфавиты.
Unicode
2.2 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Лекция 8
п⌡п╣п╨я├п╦я▐ 8
Нарушение кодировки
2.2 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

обработки информации
RGB
(255, 255, 255) (0,0,0) (255, 255, 255) (255, 0, 0)
Кодирование растрового изображения
2.2 Информационные процессы

Кодирование (оцифровка) аудиоинформации
2.2 Информационные процессы
2.2 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Передача информации
2.2 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

которая помогает обнаруживать и исправлять ошибки.
Широко известными методами являются
передача в контексте; дублирование сообщений;
передача с переспросом.
Для борьбы с помехами добавляется "полезная" избыточность,
2.2 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Процесс накопления данных
2.2 Информационные процессы

Процесс обработки включает
преобразование данных
отображение информации, предоставляемой пользователю (потребителю)
Обработка информации (данных)
2.2 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

2.3 Принципы автоматизированной обработки информации
2.3 ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

2.3 ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
Обработка информации

2.3 ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
Этапы подготовки и решения задач на ЭВМ
постановка задачи
моделирование и формализация задачи
выбор и обоснование метода решения
алгоритмизация вычислительного процесса
составление программы
отладка программы
решение задачи на ЭВМ
анализ результатов

Модель – некоторое упрощённое подобие реального объекта, который отражает существенные особенности (свойства) изучаемого реального объекта, явления или процесса
Моделирование – метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Т.е. исследование объектов путем построения и изучения моделей
Формализация – процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков
2.3 ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
Определения

Название науки логики происходит от греческого слова logos, что означает речь, мысль, разум. Сферой логики является интеллектуальная познавательная деятельность или процесс мышления.
Логика есть наука о законах, формах и приемах мышления, осуществляемого с помощью языка.
Наука логика – одна из древнейших наук. Ее следы просматриваются в древнеиндийской и древнекитайской философии, а также в античной Греции. Наиболее значительной фигурой здесь был Аристотель, которого по праву считают основателем формальной логики. В его сочинениях мы находим основы теоретического знания о формах и приемах мышления.
2.3 ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
1.3.1 Математическая логика как
формальный язык

В дальнейшем логика развивалась другими философами, которые видели в ней необходимую науку о мышлении, без которой невозможно успешное развитие познавательного процесса.
Возникнув в рамках философии, логика вышла за её пределы и стала необходимым инструментом мышления в науке, в политике, в экономике, в сфере общественной и культурной жизни, в повседневных делах самых широких слоёв населения. Сегодня логика служит политику и юристу, ученому и студенту, бизнесмену и общественному деятелю, руководителю и исполнителю, домохозяйке и педагогу и т.п.
Формально-логическое мышление обладает всеобщей обязательностью, и в этом состоит его сила.
2.3 ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Аристотель
Закон тождества — понятие должно употребляться
в одном и том же значении в ходе рассуждений
Закон противоречия —
не противоречь сам себе
Закон исключенного третьего
а или не -а истинно, третьего не дано.
2.3 ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Высказывание (суждение) – некоторое предложение, которое может быть истинно (верно) или ложно (гипотеза)
Утверждение – суждение, которое требуется доказать или опровергнуть (теорема)
2.3 ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Рассуждение – цепочка высказываний или утверждений, определенным образом связанных друг с другом (доказательство)
Умозаключение – логическая операция, в результате которой из одного или нескольких данных суждений получается (выводится) новое суждение
(вывод)
2.3 ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Логическое выражение – запись или устное утверждение, в которое, наряду с постоянными, обязательно входят переменные величины (объекты).
Логическое выражение может принимать одно из двух возможных значений: ИСТИНА (логическая 1) или ЛОЖЬ (логический 0).
2.3 ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Сложное логическое выражение – логическое выражение, составленное из одного или нескольких простых (или сложных) логических выражений, связанных с помощью логических операций.
2.3 ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

2.4 ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ
Логические операции и
таблицы истинности
a, b, c – высказывания
Ʌ, V, ¬, →, ↔ – операции

Ʌ Конъюнкция:
(логическое И) = (логическое умножение)
Таблицы истинности для бинарной конъюнкции
2.4 ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ

V Дизъюнкция:
(логическое ИЛИ) = (логическое сложение)
2.4 ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ

¬ Инверсия – отрицание
НЕ (НЕВЕРНО, ЧТО)
2.4 ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ

→ Импликация: ЕСЛИ…, ТО…,

↔ ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ:
ТОГДА, и ТОЛЬКО ТОГДА…
2.4 ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ

1. инверсия НЕ а
2. конъюнкция …И а
3. дизъюнкция а ИЛИ b
4. импликация …?….
5. эквивалентность a ↔b
Для изменения указанного порядка выполнения операций
НЕ а И а?a ИЛИ b используются скобки
НЕ (а И а) ? a ИЛИ b
Порядок выполнения логических операций
в сложном логическом выражении:
2.4. ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ

а V ¬a – тавтология (всегда ИСТИНА)
а Ʌ ¬a – противоречие (всегда ЛОЖЬ)
Пример: ЕСЛИ (все дома деревянные),
ТО (этот дом деревянный) = тавтология
2.4. ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ

Таблицы истинности
1.4. ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ
2.4. ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ
Решение логических выражений принято оформлять в виде таблиц, в которых по действиям показано, какие значения принимает логическое выражение при всех возможных наборах его переменных.
Для составления таблицы истинности необходимо:
Выяснить количество строк (2n, где n – количество переменных)
Выяснить количество столбцов (количество переменных + количество логических операций)
Построить таблицу, указывая названия столбцов и возможные наборы значений переменных
Заполнить таблицу истинности по столбцам

Построим таблицу истинности для функции
F = (А ∨ В) ∧ (¬A ∨ ¬B)
Переменных: две (А и В), т.е. N = 2 ⇒ количество строк 2n=22=4. С заголовком = 5
Количество столбцов:
2 переменные + 5 операций (∨,∧,¬,∨,¬).
Итого – 7.
Порядок операций:
1 5 2 4 3
F = (А ∨ В) ∧ ( ¬ A ∨ ¬B)
2.4. ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ

0
1
1
1
1
1
0
0
F = (А ∨ В) ∧ (¬A ∨ ¬B)
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
0
2.4. ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ

2.5 Алгоритмы и способы их описания
Алгоритм - предписание, однозначно задающее процесс преобразования исходной информации в виде последовательности элементарных дискретных шагов, приводящих за конечное число их применений к результату.
2.5 АЛГОРИТМЫ И СПОСОБЫ ИХ ОПИСАНИЯ

2.5 АЛГОРИТМЫ И СПОСОБЫ ИХ ОПИСАНИЯ
Свойства алгоритма
Дискретность
Определённость
Результативность
Массовость

2.5 АЛГОРИТМЫ И СПОСОБЫ ИХ ОПИСАНИЯ
Свойства алгоритма
дискретность;
определенность;
результативность;
массовость
последовательное выполнение простых или ранее определённых (подпрограмм) шагов. Преобразование исходных данных в результат осуществляется дискретно во времени.
совпадение получаемых результатов независимо от пользователя и применяемых технических средств (однозначность толкования инструкций)

2.5 АЛГОРИТМЫ И СПОСОБЫ ИХ ОПИСАНИЯ
Свойства алгоритма
возможность получения результата после выполнения конечного количества операций
возможность применения алгоритма к целому классу однотипных задач, различающихся конкретными значениями исходных данных (разработка в общем виде).

2.5 АЛГОРИТМЫ И СПОСОБЫ ИХ ОПИСАНИЯ
Для задания алгоритма необходимо описать следующие его элементы:
набор объектов, составляющих совокупность возможных исходных данных, промежуточных и конечных результатов
правило начала процесса
правило непосредственной переработки информации (описание последовательности действий)
правило окончания процесса
правило извлечения результатов

2.5 АЛГОРИТМЫ И СПОСОБЫ ИХ ОПИСАНИЯ
Блок-схемы алгоритмов:
.

2.5 АЛГОРИТМЫ И СПОСОБЫ ИХ ОПИСАНИЯ
Блок-схемы алгоритмов:
.

2.5 АЛГОРИТМЫ И СПОСОБЫ ИХ ОПИСАНИЯ
Блок-схемы алгоритмов:
.

2.5 АЛГОРИТМЫ И СПОСОБЫ ИХ ОПИСАНИЯ
Блок-схемы алгоритмов:
.

2.5 АЛГОРИТМЫ И СПОСОБЫ ИХ ОПИСАНИЯ
Блок-схемы алгоритмов:
.

2.5 АЛГОРИТМЫ И СПОСОБЫ ИХ ОПИСАНИЯ
Блок-схемы алгоритмов:
.

2.5 АЛГОРИТМЫ И СПОСОБЫ ИХ ОПИСАНИЯ
Линейный:
.

2.5 АЛГОРИТМЫ И СПОСОБЫ ИХ ОПИСАНИЯ
Ветвящийся:
.

2.5 АЛГОРИТМЫ И СПОСОБЫ ИХ ОПИСАНИЯ
Циклические процессы
.

Тема 3. Состав и структура персональных электронно-вычислительных машин и вычислительных систем

Принципы устройства компьютеров
Процессор
Память
Устройства ввода и вывода
ТЕМА 3. СОСТАВ И СТРУКТУРА ПЕРСОНАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕМЫ

Макарова Н. , Николайчук Г., Титова Ю. Информатика и ИКТ. 11 класс. Базовый уровень. – Питер, 2012. – 224 с.
Семакин И.Г., Хеннер Е.К. Информатика и ИКТ. Базовый уровень: учебник для 10-11 классов- 6 изд. - М. : БИНИКОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 246 с.
ТЕМА 1. ИНФОРМАТИЗАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЩЕСТВО
Литература к теме 3

3.1 Принципы устройства компьютеров
состав основных компонентов вычислительной машины
принцип двоичного кодирования
принцип адресности памяти
принцип иерархической (многоуровневой) организации памяти
принцип хранимой программы
принцип программного управления
3.1 Принципы устройства компьютеров

3.1 Принципы устройства компьютеров
обрабатывает данные
обеспечивает выполнение программы
временное хранение данных во время обработки
долговременное хранение данных

3.1 Принципы устройства компьютеров
Все данные хранятся в двоичном коде.
проще устройства для хранения и обработки данных
Троичная ЭВМ «Сетунь» (1959)

3.1 Принципы устройства компьютеров
оперативная память состоит из отдельных битов – одного разряда – и не имеет адреса
группы соседних битов объединяется в ячейки
каждая ячейка имеет свой адрес (номер)
нумерация ячеек начинается с нуля и организуется по принципу: адрес в блоке + значение в заданном регистре
за один раз можно прочитать или записать только целую ячейку или несколько подряд расположенных ячеек

3.1 Принципы устройства компьютеров
RAM = Random Access Memory:
чтение данных из ячеек и запись в них, адреса ячеек могут быть в произвольном порядке
ОЗУ – оперативное запоминающее устройство (оперативная память)
ПЗУ – постоянное запоминающее устройство
ROM = Read Only Memory
содержит программное обеспечение для первичной загрузки и тестирования компьютера
запись запрещена

3.1 Принципы устройства компьютеров
Требования к памяти:
большой объём
высокая скорость доступа
Использование несколько уровней памяти:
внутренняя память (относительно небольшой объём, высокое быстродействие, может, если позволяет материнская плата, быть увеличена на блоки фиксированного объёма)
кэш-память (сверхбыстрая, очень малый объём)
внешняя память (большой объём, относительно низкое быстродействие, можно подключать любые совместимые устройства)

3.1 Принципы устройства компьютеров
программа – это набор команд
команды бывают одноадресные (используют или 1 регистр, или 1 ячейку памяти) и многоадресные (используют 1 регистр+1 ячейку памяти или 2-3 ячейки памяти)
команды выполняются процессором автоматически в определённом порядке
Счётчик адреса команд – это регистр процессора, в котором хранится адрес следующей команды.
IP (Instruction Pointer) в процессорах Intel

3.1 Принципы устройства компьютеров
Архитектура компьютера – это общие принципы построения конкретного семейства компьютеров (мини-РС PDP, ЕС ЭВМ, Apple, IBM PC, …).
принципы построения системы команд и их кодирования
форматы данных и особенности их машинного представления
алгоритм выполнения команд программы
способы доступа к памяти и внешним устройствам
возможности изменения конфигурации оборудования
К архитектуре НЕ относятся особенности конкретного ПК: набор микросхем, тактовая частота, модель процессора, ёмкость памяти, тип жёсткого диска и т.д.

3.1 Принципы устройства компьютеров
настольные (desktop)
переносные (notebook)
нетбуки (netbook)
(без привода CD/DVD)

3.1 Принципы устройства компьютеров
планшетные
смартфоны и карманные персональные компьютеры (КПК)

Типы компьютеров
Суперкомпьютеры (мэйн-фрэймы)
«Ломоносов»
3.1 Принципы устройства компьютеров

3.1 Принципы устройства компьютеров

Функциональная схема компьютера, построенного по магистрально-модульному принципу

Типы компьютеров
Упрощенно системную шину можно представить как группу кабелей и электрических (токопроводящих) линий на системной плате.
Магистраль (системная шина) включает в себя:
шину данных
шину адреса
шину управления
3.1 Принципы устройства компьютеров

3.1 Принципы устройства компьютеров
Магистрально-модульная архитектура: набор устройств (модулей) легко расширяется путём подключения к шине (магистрали).
Принцип открытой архитектуры (IBM):
спецификация на шину (детальное описание всех параметров) опубликована
производители могут выпускать новые совместимые устройства
на материнской плате есть стандартные разъёмы
установка драйверов (программ управления) для каждого устройства. Драйвер может быть изначально включен в состав ОП (операционной системы) – вариант PLUG-and-PLAY, автоматически устанавливаться считыванием из Интернет (если есть выход в сеть). Если устройство новой разработки, то для установки прилагается диск или флэшка.

Типы компьютеров
По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы показывают, какую операцию – считывание или запись информации – нужно производить, синхронизируют обмен данными и т.д.
По шине данных передаются данные между различными устройствами.
Например, считанные из ОЗУ данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем могут быть отправлены обратно для хранения.
Разрядность шины данных определяется процессором, т.е. количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться процессором одновременно.
3.1 Принципы устройства компьютеров

Типы компьютеров
Шина адреса
Выбор устройства или ячейки памяти, куда посылаются данные или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор.
Каждое устройство или ячейка памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине от процессора к памяти или устройствам.
Разрядность шины адреса определяет объём одновременно адресуемой памяти.
3.1 Принципы устройства компьютеров

3.1 Принципы устройства компьютеров
Контроллер — это электронная схема для управления внешним устройством и простейшей предварительной обработкой данных.

3.1 Принципы устройства компьютеров
Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить, при необходимости, её модернизацию.
Однако устройства должны быть совместимыми, т.е. не изменять производительность каждого отдельного узла в худшую сторону.
Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

3.1 Принципы устройства компьютеров
Программно-управляемый обмен – все операции ввода и вывода предусмотрены в программе, их полностью выполняет процессор.
простота
не нужно дополнительное оборудование
процессор долго ждёт медленные устройства

3.1 Принципы устройства компьютеров
Обмен по прерываниям – внешнее устройство передаёт процессору запрос на обслуживание (прерывание)
процессор прерывает выполнение программы и …
переходит на программу обработки прерывания и …
возвращается к прерванной программе
процессор не ждёт устройства
всю работу выполняет процессор
Контроллер прерываний использует приоритет различных типов прерываний

3.1 Принципы устройства компьютеров
Прямой доступ к памяти (ПДП)
DMA = Direct Memory Access –
обмен данными выполняет внешнее устройство по команде центрального процессора.
процессор готовит обмен:
программирует контроллер ПДП
контроллер ПДП пересылает данные
процессор загружен минимально
нужен контроллер ПДП

3.2 Процессор
Процессор – это устройство, предназначенное для автоматического считывания команд программы, их расшифровки и выполнения.
AЛУ - арифметико-логическое устройство, выполняет обработку данных
УУ - устройство управления, которое управляет выполнением программы и обеспечивает согласованную работу всех узлов компьютера

3.2 Процессор
2 регистра
сумматор
схема управления операциями
Регистр состояния процессора – биты устанавливаются по результату R последней арифметической операции
бит Z (zero) – установлен, если R = 0
бит N (negative) – установлен, если R < 0
бит C (carry) – установлен, если произошёл перенос
R ≤ 0: N or Z
R ≥ 0: not N
ПРОЦЕССОР:

3.2 Процессор
извлечение из памяти очередной команды
расшифровка команды, определение необходимых действий
определение адресов ячеек памяти, где находятся исходные данные
занесение в АЛУ исходных данных
управление выполнением операции
сохранение результата
команда
генератор тактовых импульсов

Регистры общего назначения (РОН)
Для процессоров Intel:
H = High
(старший байт)
L = Low (младший байт)
Обработка 8-, 16-, 32- и 64-битовых данных.
Есть RBX, RCX, RDX и др…

3.2 Процессор
Тактовая частота — количество тактовых импульсов в секунду.
1 ГГц (гигагерц) = 1 млрд герц
Разрядность — это максимальное количество двоичных разрядов, которые процессор способен обработать за одну команду.
разрядность регистров
разрядность шины данных
разрядность шины адреса R
Величина адресного пространства 2R байтов

ТЕМА 3. СОСТАВ И СТРУКТУРА ПЕРСОНАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
3.2 Память

3.2 Память
Память — это устройство компьютера, которое используется для записи, хранения и выдачи по запросу команд программы и данных.
внутренняя или основная (для хранения программ и данных в момент решения задачи), ОЗУ и ПЗУ
внешняя или долговременная (… на длительный срок)

Внутренняя память
RAM = Random Access Memory, обращение к ячейкам в любом порядке.
ОЗУ = оперативное запоминающее устройствона триггерах (статическая):
регистры, кэш-память
на полупроводниковых
конденсаторах (динамическая):
большая ёмкость
меньшая стоимость
меньшее быстродействие
потребляет больше электроэнергии
3.2 Память

Внутренняя память – ПЗУ
ПЗУ = постоянное запоминающее устройство
первые: информация заносится только на заводе
затем программируемые ПЗУ
затем перепрограммируемые ПЗУ (флэш-память)
Минимальный набор программ:
тестирование компьютера
программа начальной загрузки
программы для обмена данными с клавиатурой, монитором, принтером
В компьютерах IBM PC:
BIOS = Basic Input/Output System
3.2 Память

Внешняя память
Внешняя память — часть памяти компьютера, которая используется для долговременного хранения программ и данных.
Устройства внешней памяти = накопители:
на магнитных дисках
на оптических дисках
флэш-память
…
контроллер
3.2 Память

Внешняя память
данные располагается блоками (на дисках – сектора)
блок данных читается и пишется как единое целое; работать с частью блока невозможно
прежде чем процессор сможет использовать программу или данные, их нужно загрузить из внешней памяти в ОЗУ
обменом данными управляют контроллеры
3.2 Память

перфоленты, перфокарты
магнитные ленты, магнитные диски
3.2 Внешняя память

Виды внешней памяти
оптические диски
флэш-память
3.2 Внешняя память

Чтение данных в ОЗУ
шина
1. Передача «задания» контроллеру
2. Ввод данных в ОЗУ
3.3 Внешняя память

Иерархия памяти
процессор
компьютер
объем
быстродействие,
стоимость бита
регистры
ОЗУ
компьютерные сети
3.2 Память

Кэш-память
Кэш-память — это память, ускоряющая работу другого (более медленного) типа памяти, за счёт сохранения прочитанных данных на случай повторного обращения к ним.
статическая память (на триггерах)
нет собственных адресов ячеек
кэш программ и данных отдельно
процессор
кэш-память
контроллер кэш-памяти
1-й раз
2-й раз
ОЗУ
3.2 Память

Основные характеристики памяти
Информационная ёмкость — это максимально возможный объём данных, который может сохранить данное устройство памяти (Гбайт, Тбайт, …).
Для дисков – форматированная («полезная») ёмкость и неформатированная (+ место для служебной разметки)
Время доступа — интервал времени от момента посылки запроса информации до момента получения результата на шине данных.
ОЗУ – наносекунды(1 нс = 10–9 с)
жёсткие диски — миллисекунды (1 мс = 10–3 с).
3.2 Память

Основные характеристики памяти
Средняя скорость передачи данных — это количество передаваемых за единицу времени данных после непосредственного начала операции чтения (Мбайт/с).
Дополнительные характеристики для дисков:
для дисков – частота вращения
стоимость 1 бита или стоимость 1 Гбайта
3.2 Память

ТЕМА 3. СОСТАВ И СТРУКТУРА ПЕРСОНАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
3.3 Устройства ввода и вывода

3.3 Устройства ввода и вывода
Устройством ввода называется устройство, которое: позволяет человеку отдавать компьютеру команды и/или выполняет первичное преобразование данных в форму, пригодную для хранения и обработки в компьютере.

Мембранная
Механическая
простая и дешёвая
недолговечна (1-10 млн нажатий)
со временем свойства ухудшаются (залипание, нужны бόльшие усилия)
реакция быстрее
20-50 млн нажатий
характеристики не меняются
дороже
тяжелее
3.3 Устройства ввода КЛАВИАТУРА

опрашивает клавиши; фиксирует их нажатие или отпускание;
хранит скан-коды нескольких последних нажатых или отпущенных клавиш;
посылает требование прерывания центральному процессору, передаёт ему скан-коды;
управляет индикаторами клавиатуры;
диагностика неисправностей клавиатуры
центральный
процессор
контроллер клавиатуры
буфер клавиатуры
прерывание
скан-коды
3.3 ДРАЙВЕР КЛАВИАТУРЫ

Мышь (оптическая)
приемное устройство
(адаптер, USB)
Лазерные мыши:
подсветка лазером
более контрастное
изображение
точность выше
Характеристики:
разрешение ≈ 1000 dpi
количество кадров в секунду
(до 10000)
размер кадра (16×16, 32×32)
3.3 Устройства ввода МЫШЬ

Манипуляторы
Трекбол
Сенсорная панель (тачпад)
Трекпоинт
Джойстик
Игровые манипуляторы
мультитач – реакция на касание в нескольких местах одновременно
3.3 Устройства ввода

Сканеры
со слайд-модулем
Сканер – устройство для ввода изображений.
барабанные
планшетные
рулонные
ручные
3.3 Устройства ввода

1. Какие части ЭВМ предсказал фон Нейман?
2. Почему в компьютере разделена внешняя и внутренняя памяти?
3. Зачем нужна кэш-память?
4. Зачем нужна внешняя память?
5. Какой способ хранения информации для компьютера самый дешевый?
6. Зачем нужны ядра в процессоре?
7. С какой частотой работает современный процессор в ноутбуке?
8. Для чего используют супер-компьютеры?
9. Почему для начала работы программы ее загружают? Куда ее загружают?
10. Зачем нужно Постоянное запоминающее устройство? (BIOS)?
ВСПОМНИМ !

Сканеры
ppi = pixels per inch, пиксели на дюйм
150-300 ppi – низкое разрешение
300 ppi – сканирование любительских фото
до 5400 ppi – сканирование фотопленки
планшетные – до 5400 ppi рулонные – до 800 ppi
барабанные – до 14400 ppi
на бумаге
в компьютере
1 дюйм = 2,54 см
пиксель
Разрешающая способность — это максимальное количество точек на единицу длины, которые способен различить сканер.
3.3 Устройства ввода

Сканеры
Ввод текста
Для редактирования в текстовом редакторе, нужно распознать символы с помощью специальной программы (> 300 ppi!):
OCR = Optical Character Recognition, оптическое распознавание символов
ABBY FIneReader, CuneiForm
3.3 Устройства ввода

3.3 Устройства ввода

Устройства ввода
Микрофоны
Датчики
датчик
АЦП
компьютер
101001010101
Веб-камера
Графический планшет
3.3 Устройства ввода и вывода

Устройства ввода и вывода
Сенсорный экран
мультитач – реакция на касание экрана в нескольких местах одновременно
3.3 Устройства ввода и вывода

Что такое устройства вывода?
Устройства вывода — это устройства, которые представляют компьютерные данные в форме, доступной для восприятия человеком.
3.3 Устройства ввода и вывода

Первые устройства вывода
700707708
Рг2 = ?
АЦПУ = алфавитно-цифровые печатающие устройства
3.3 Устройства вывода

Плоттеры (графопостроители)
3.3 Устройства вывода

Мониторы
Монитор = дисплей + электронные схемы управления
электронно-лучевые
жидкокристаллические (ЖК)
очень малое излучение
малые размеры и вес
потребляют мало
электроэнергии (40 Вт)
нет искажений изображения
хуже цветопередача (чёрный цвет?)
изображение зависит от угла зрения
смазывание изображения
«битые пиксели»
только одно разрешение
3.3 Устройства вывода

Мониторы
управляющий
транзистор
15’’, 17’’, 19’’, …
Разрешение — это количество точек экрана по ширине и по высоте.
1280×1024, 1440×900, 1366×768, …
Соотношение сторон 4:3, 5:4, 16:9
Углы обзора 160° … 178°
Время отклика 2…8 мс
3.3 Устройства вывода

Принтеры
Принтер – устройство для вывода информации на бумагу или пленку.
Разрешающая способность
dpi = dots per inch, точки на дюйм
обычно 300 – 600 dpi
1200 dpi (типографское качество)
Виды принтеров
матричные (красящая лента)
струйные (чернила)
лазерные (порошок)
сублимационные (красящая лента)
3.3 Устройства вывода

Матричные принтеры
Качество печати:
72…300 dpi
текст: до 337 символов в минуту
графика: до 5 мин на страницу!!!
дешевые принтеры и ленты
нетребовательны к бумаге
невысокое качество низкая скорость печати графики
шумят
черно-белые (почти все)
3.3 Устройства вывода

Струйные принтеры
Качество печати:
300…4800 dpi
ч/б: до 30 стр/мин
цвет: до 30 стр/мин
фото 10×15:
от 10 сек
относительно дешевые
качественная печать
мало шумят
большинство – цветные
требовательны к бумаге
дорогие катриджи
чернила расплываются от воды
цвет: CMYK
3.3 Устройства вывода

Лазерные принтеры
Качество печати:
600…1200 dpi
ч/б: до 50 стр/мин
цвет: до 25 стр/мин
становятся все дешевле
очень качественная печать
мало шумят
есть цветные
требовательны к бумаге
дорогие катриджи
потребляют много электроэнергии
цветные дорогие
3.3 Устройства вывода

Сублимационные принтеры
качество печати:
300 dpi
(= 4800 dpi)
фото 10×15:
около 1 мин
твердые красители:
256 оттенков каждого цвета, всего 16,7 млн. цветов
печать при нагреве
верхний защитный слой
Сублимация – быстрый переход вещества из твердого состояния в газообразное.
очень качественная печать фото
не выцветает 100 лет
печать прямо с фотоаппарата
специальная бумага и пленки с красками
3.3 Устройства вывода