Информационные технологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Развитие вычислительной техники

Первая страница в истории создания вычислительных машин связана с именем французского философа, писателя, математика и физика Блеза Паскаля. В 1641 г. он сконструировал механический вычислитель, который позволял складывать и вычитать числа. В 1673 г. выдающийся немецкий ученый Готфрид Лейбниц построил первую счетную машину, способную механически выполнять все четыре действия арифметики. Ряд важнейших ее механизмов применяли вплоть до середины XX в. в некоторых типах машин. К типу машины Лейбница могут быть отнесены все машины, в частности и первые ЭВМ, производившие умножение как многократное сложение, а деление - как многократное вычитание. Главным достоинством всех этих машин являлись более высокие, чем у человека, скорость и точность вычислений. Их создание продемонстрировало принципиальную возможность механизации интеллектуальной деятельности человека.

Создание и совершенствование вычислительных машин диктовались проблемами науки и техники. Ученный Ган, сконструировавший астрономические часы, писал: "При расчетах колес мне пришлось иметь дело с громадными дробями и делать умножение и деление над весьма большими числами, от которых даже мысли мои останавливались". Это побудило его заняться разработкой счетной машины, которую он изготовил в 1774 г.

Появление первых механических счетных машин и возрастающий спрос на них резко ускорили работы по совершенствованию технологии их изготовления. В 1821 г. конструктор Томас наладил серийное производство счетных устройств, названных им арифмометрами. На протяжении XIX в. было создано много конструкций счетных машин, повысились их надежность, точность вычислений, удобство работы с ними.

Существенный вклад в совершенствование счетных машин внесли ученые и конструкторы России. В конце XVIII в. была изготовлена машина Е. Якобсона, в 1828 г. - Ф.М. Слободского, в 1848 г. - И. Штоффеля, Куммера, П.Л. Чебышева. Изобретение инженера Петербургской государственной экспедиции бумаг В. Однера - арифмометр с зубчаткой, имеющей переменное число зубьев,- сыграло особую роль в развитии вычислительных машин. Его конструкция была настолько совершенна, что арифмометры этого типа выпускались с 1873 г. практически без изменений в течение почти ста лет.

Подобные счетные машины значительно облегчали труд человека, однако без его участия машина считать не могла. При этом человеку отводилась лишь роль оператора.

Все этапы развития ЭВМ принято условно делить на поколения, сменяющие друг друга. Каждое поколение определяется совокупностью элементов, из которых строились вычислительные машины, - элементной базой. Изменение элементной базы влекло за собой изменение параметров оборудования, логической организации и программного обеспечения ЭВМ.

С каждым новым поколением увеличивалось быстродействие, уменьшались потребляемая мощность и масса ЭВМ, повышалась их надежность. При этом возрастали их "интеллектуальные" возможности - способность "понимать" человека и обеспечивать ему эффективные средства для обращения к ЭВМ, возможность проверки состояния системы автоматизации ввода программы. В настоящее время принято говорить о пяти поколениях ЭВМ.

ЭВМ первого поколения - это машины, основными деталями которых были электронные лампы. Они разрабатывались и выпускались до начала 60-х годов. У них было сравнительно невысокое быстродействие, очень большие габариты и масса, они потребляли много электроэнергии и имели довольно ограниченные функциональные возможности. Основным недостатком машин первого поколения является их низкая надежность, обусловленная невысокой надежностью электронных ламп. Это обстоятельство серьезно препятствовало расширению возможностей машин, потому что чем выше возможности ЭВМ, тем сложнее ее конструкция и, следовательно, большее число ламп она содержит.

Применение полупроводниковых приборов позволило резко повысить надежность ЭВМ, сократить ее массу, габариты и потребляемую мощность. Полупроводниковые элементы - транзисторы - составляли основу ЭВМ второго поколения. Эти ЭВМ по сравнению с ЭВМ первого поколения обладали большими возможностями и быстродействием.

Требование надежности, компактности, технологичности привели к созданию новой элементной базы ЭВМ - интегральных микросхем. Они выполняются на кристаллах кремния и объединяют в себе всю совокупность полупроводниковых приборов, конденсаторов, резисторов и связей между ними. С появления интегральных схем начались разработки ЭВМ третьего поколения. Машины этого поколения характеризуются расширенным набором всевозможного оборудования для ввода - вывода и хранения информации. Примером ЭВМ третьего поколения может служить единая система электронно-вычислительных машин (ЕС ЭВМ).

ЭВМ четвертого поколения начали разрабатываться в 70-х годах. Их элементная база - большие интегральные схемы (БИС), в которых на одной пластинке полупроводника насчитывается несколько сотен тысяч элементов. Размеры БИС не превышают нескольких сантиметров. Применение таких схем повышает надежность ЭВМ и позволяет увеличить их быстродействие до нескольких десятков миллионов операций в секунду. ЭВМ четвертого поколения - это мощные вычислительные комплексы, объединенные в единые центры и соединенные с многочисленными абонентами современными линиями связи.

ЭВМ пятого поколения - это машины будущего. Эти ЭВМ будут создаваться на базе сверхбольших интегральных схем.

Основные компоненты ЭВМ: процессор, память, системная шина

Компоненты ЭВМ можно разделить на 4 основные категории: процессор, оперативная память и прочие внешние устройства. Последние позволяют компьютеру обмениваться информацией с человеком и другими компьютерами, управлять технологическими процессами и т. д.

Главная компонента компьютера - процессор. Процессор обеспечивает обработку данных, передачу данных, управление различными устройствами. Процессор имеет собственный достаточно сложный “язык” и может выполнять фиксированный набор действий - команд. Последовательность команд, записанная на языке процессора и переданная ему для исполнения, называется машинной программой. Процессор имеет свою сверхбыструю память, которая называется регистрами процессора.

Минимальный элемент памяти (бит) способен хранить минимально возможный объем информации - одну двоичную цифру. Биты в памяти любого вида объединяются в байты - восьмерки битов. Принято для именования байтов использовать неотрицательные целые числа и говорить о номерах или адресах байтов.

Процессор может прочитать нечто из байта памяти с адресом N или записать нечто в этот байт. Для этого от процессора к памяти должен поступить адрес байта, а сам байт информации должен быть передан от процессора к памяти (при записи) или от памяти к процессору (при чтении). Эта информация передается по проводам. Провода разделены на два пучка, называемые шинами.

Одна часть проводов называется шина адреса, другая - шина данных. Адрес байта передается по шине адреса, а байт - по шине данных.

Число проводов в шине данных называется разрядностью шины. Обычно разрядность равна 8, 16, 32 или 64.

Этапы решения задач на ЭВМ

Каждый из нас имеет определенное представление о машинном решении задач. Но задачи бывают разные, и реализация их решения с помощью компьютеров иногда представляется делом непростым. При этом значительные усилия тратятся на подготовку задачи к ее решению на машине (так называемая домашинная подготовка). И чем сложнее задача, тем более трудоемкой становятся и домашинная подготовка, и машинная реализация решения задачи. Действительно, если требуется перемножить числа или вычислить какое-либо значение тригонометрической функции, то достаточно нажать на несколько клавиш микрокалькулятора, чтобы получить достаточно быстро результат. С такой задачей легко справиться, когда имеется персональный компьютер, позволяющий работать в режиме микрокалькулятора. А вот с решением задачи вычисления корней квадратного уравнения или задачи поиска наибольшего числа среди заданных и т. п. связаны определенные трудности.

В общем, случае выделяют несколько этапов в подготовке и решении задач на ЭВМ.

Формулировка условия любой математической задачи начинается с описания исходных данных и предпосылок, которые излагаются на языке строго определенных математических понятий. Затем формулируется цель решения, т. е. указывается, что именно необходимо определить в результате решения задачи. Точную формулировку условия задачи называют также математической постановкой задачи, начинается именно с его постановки. В результате постановки задачи выделяются исходные данные или аргументы и те величины, значение которых нужно определить, т. е. результаты. Постановка задачи является первым этапом ее решения.

После постановки задачи начинается поиск метода ее решения. При использовании ЭВМ для решения задачи строится алгоритм. Таким образом, следующим этапом решения задачи является построение алгоритма. Алгоритм может быть записан на алгоритмическом языке или в виде блок-схем.

Теперь необходимо записать алгоритм в виде, доступном исполнению на ЭВМ. Так как ЭВМ "понимает" специальный язык, называемый языком программирования, то алгоритм должен быть записан на таком языке. Этот этап решения задачи называется записью алгоритма на языке программирования.

Следующий этап - исполнение алгоритма с помощью ЭВМ. Этот этап завершается получением результата решения.

Наконец, завершающий этап решения задачи - анализ полученных результатов. Этот анализ проводится с целью определения, насколько точно полученные результаты соответствуют реальности. Анализ результатов помогает уточнить модель, если это необходимо. Кроме того, при решении задачи могут быть получены результаты, которые противоречат смыслу задачи.

Во многих случаях анализ результатов задачи тоже проводится на ЭВМ.

Итак, решение задачи с помощью ЭВМ разбивается на следующие этапы:

- постановка задачи, включающая построение математической модели и выделение аргументов и результатов;

- построение алгоритма;

- запись алгоритма на языке программирования;

- реализация алгоритма с помощью ЭВМ;

- анализ полученных результатов.

Внешняя память ЭВМ: гибкие магнитные диски, жесткие магнитные диски, оптические диски

Внешние устройства бывают с произвольным доступом и с последовательным доступом. Типичный пример устройства с последовательным доступом. Типичный пример устройства с последовательным доступом - магнитная лента. Данные можно читать или записывать только последовательно, “просмотрев” ленту с начала. Ниже будут рассмотрены устройства с произвольным доступом, которые позволяют получить доступ к произвольной порции данных примерно за одно и тоже время доступа.

Дискета 3.5 дюйма (90 мм) - гибкий магнитный диск, упакованный в жесткий пластиковый “конверт”. На такую съемную дискету помещается 1,44 Мб информации. Время доступа - 200-250 мс. Скорость доступа к данным - несколько десятков килобайт в секунду.

Винчестер - несъемный магнитный носитель (жесткий диск конструктивно объединен в едином блоке с дисководом), скорость передачи данных достигает два и более мегабайт в секунду. А среднее время доступа (время “подвода” считывающих головок к нужному месту) около 10 мс. Как на дискетах, на винчестере информация располагается на дорожках - концентрических окружностях, но в отличие от дискет, где магнитных поверхностей две, винчестерский диск может состоять из двух и более одинаковых пластин.

Съемные оптические диски - CD ROM - имеют скорость передачи данных от 150 до 1200 килобайт в секунду, а средне время доступа - 200250 мс (как у дисководов для гибких дисков). Информация на CD ROM расположена так же, как на виниловой звуковой пластинке (на спирали). Емкость CD ROM достигает 650 Мб. Оптические диски дешевы, но обладают серьезным недостатком: информацию можно только читать, а перезаписать новую информацию нельзя. В настоящее время получают широкое распространение так называемые однократно записываемые оптические диски; на специальном дисководе можно однократно записать на такой диск информацию, доступную для чтения на стандартном CD дисководе.

На стандартном CD дисководе можно прослушивать обычные музыкальные CD.

Стандартный объем жесткого диска (винчестера) на серийном настольном персональном компьютере 1996 года равен примерно 1 Гб.

В 1 Гб памяти можно хранить:

500000 страниц текста, или около 1500 романов, или свыше 1500 цветных слайдов высочайшего качества, или 100-минутную музыкальную стереозапись качества CD-аудио, или аудиозапись 15-часовой речи, или аудиозапись 1000-часовой речи “телефонного” качества, или 150-секундный фильм высокого качества записи, или 200-минутный фильм качества VHS-видеомагнитофона, или 10000-летний протокол операций с банковским счетом крупной фирмы.

Средства ввода - вывода информации

Устройство ввода предназначаются для ввода информации в машину, преобразования ее из символов входного алфавита в символы внутреннего алфавита.

Устройства вывода предназначены для вывода информации из машины и преобразования результатов решения задачи, представленных в символах внутреннего алфавита, в выходную информацию, представленную символами выходного алфавита. В зависимости от вида выходной информации различают устройства печатающие, графические, отображающие и т. д.

К устройствам ввода относятся клавиатура, манипуляторы, сканер, Графические планшеты, сенсорные экраны, средства речевого ввода и т.д.

Клавиатура. Внешнее устройство ЭВМ и других технических средств, служащее для ручного ввода информации, как при передачи сообщений, так и в целях управления.

Клавиатура представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным образом определенную электрическую цепь.

В настоящее время наиболее распространены два типа клавиатур: с механическими (используется в центре) и с мембранным переключателями. В первом случае датчик представляет из себя традиционный механизм с контактами из драгоценного металла, а в другом - тонкие посеребренные листики пластика, между которыми с небольшим воздушным зазором находится, например, проводящая жидкость.

Внутри корпуса клавиатуры, помимо датчиков клавиш, расположены схемы дешифрации. Сам же контроллер клавиатуры расположен на системной плате и выполнен в виде отдельной микросхемы. Основной принцип работы клавиатуры вместе с соответствующим контроллером заключается в сканировании переключателей клавиш, причем замыканию или размыканию любого из них соответствует свой уникальный цифровой код.

Наиболее распространенным стандартом расположения клавиш является QWERTY (ЙЦУКЕН). Имеется порядка 60 клавиш с буквами, цифрами, знаками пунктуации и другими символами, встречающимися в печатных текстах, и еще около 40 клавиш, предназначенных для управления компьютером и исполнения программ. Продублированные клавиши управления курсором, а также Ctrl и Alt. Функциональные клавиши перенесены в верхний ряд. Габаритные размеры стандартной клавиатуры составляют примерно 3 на 19 на 45 см, а вес - около 1 кг.

Манипуляторы. Облегчают перемещение курсора по экрану дисплея, выделяют фрагменты экрана.

В настоящее время в ПЭВМ используются следующие разновидности манипуляторов:

а) джойстик

б) световое перо

в) манипулятор типа "мышь"

г) шаровой манипулятор

Сканеры. Сканером называется устройство ввода, позволяющее вводить, а ЭВМ изображения.

Графические планшеты - автоматизируют создание изображений. Работа с графическим планшетом аналогична рисованию карандашом или ручкой.

Сенсорные экраны. Сенсорный экран является функциональным аналогом светового пера в смысле указания точки на экране, но имеет гораздо меньшую разрешающую способность, так как вместо пера используется палец. Сенсорные экраны часто применяются при выборе пунктов меню и, таким образом, могут использоваться с диалоговыми программами вместо манипуляторов и клавиатуры.

К устройствам вывода относятся монитор, дисковод, принтер, графопостроитель.

Принтер. Принтеры предназначены для вывода алфавитно-цифровой и графической информации на бумагу или подобный ей носитель. Принтеры бывают ударного и безударного типа.

Принтеры ударного типа характеризуются тем, что изображение на бумагу наносится механическим путем. Из них в ПЭВМ применяются литерные принтеры и точечно-матричные принтеры.

В безударных принтерах передвижение бумаги и печатающей головки осуществляется механическим путем, но для формирования изображения на бумаге используются немеханические принципы. Наибольшее распространение получили следующие виды безударной технологии печати: струйная, термографическая и лазерная.

Литерные принтеры - печать уже сформированных символов.

Струйные принтеры - изображение наносится на бумагу путем "выстреливания" красителя из крохотного сопла.

Термографические принтеры - похожи на точечно-матричные принтеры. Отличия состоят лишь в том, что для нанесения точек в термографических принтерах используется свойство некоторых материалов изменять свой цвет при нагревании (или расплавляться), а вместо обычных металлических игл применяются тонкие нагревательные электроды.

Лазерные принтеры - для нанесения изображения используется свойство фоточувствительных материалов изменять свой поверхностных заряд в зависимости от освещенности.

Электрочувствительные принтеры - изображение формируется в результате протекания тока по поверхности специальной бумаги.

Графопостроитель. Графопостроитель- это устройство вывода, представляющие выводимые в ЭВМ данные в форме рисунка или графика на бумаге или другом подобном ей носителе информации.

Информация и ее свойства

Термин "ИНФОРМАЦИЯ" происходит от латинского слова informatio, означающего разъяснение, изложение, осведомленность. Информацию друг другу мы передаем в устной и письменной форме, а также в форме жестов и знаков. Любую нужную информацию мы осмысливаем, передаем другим и делаем определенные умозаключения на ее основе.

Информацию мы извлекаем из учебников и книг, газет и журналов, телепередач и кинофильмов. Записываем ее в тетрадях и конспектах. В производственной деятельности информация передается в виде текстов и чертежей, справок и отчетов, таблиц и других документов. Такого рода информация может предоставляться и с помощью ЭВМ. В любом виде информация для нас выражает сведения о ком-то или о чем-то. Она отражает происходящее или происшедшее в нашем мире, например: что мы делали вчера или будем делать завтра, как будет выглядеть выпускное платье или место будущей работы. Но при этом информация обязательно должна получить некоторую форму рассказа, рисунка, статьи и т.д. Чертежи и музыкальные произведения, книги и картины, спектакли и кинофильмы - все это формы представления информации. Информация, в какой бы форме она не представлялась, является некоторым отражением реального или вымышленного мира.

Поэтому ИНФОРМАЦИЯ в наиболее общем определении - это отражение предметного мира с помощью знаков и сигналов. Предметное содержание информации позволяет уяснить ее основные свойства - достоверность и полноту, ценность и актуальность, ясность и понятность.

Понятие “информация” многозначно и поэтому строго определено быть не может. В широком смысле информация - это отражение реального (материального, предметного) мира, выражаемое в виде сигналов и знаков.

Сигналы отражают физические (физико-химические) характеристики различных процессов и объектов, но лишь для человека информация, получаемая из внешнего мира, может становиться сведениями, являющимися объектом осознанного хранения, обмена и преобразования. Кроме восприятия информации с помощью органов чувств при непосредственном контакте с объектами внешнего мира человек может хранить, обрабатывать информацию, в итоге получать новую и передавать ее другим людям, используя знаковую форму и различные инструментальные средства. При этом, чтобы информация способствовала принятию на ее основе правильных решений, она должна характеризоваться такими свойствами, как достоверность, полнота, актуальность, полезность, понятность.

Знаковая форма восприятия, хранения и передачи информации означает использование какого-либо языка. Языки делятся на разговорные (естественные) и формальные. Естественны языки носят национальный характер. Формальные языки чаще всего относятся к специальной области человеческой деятельности (например, язык математики).

Основа любого языка

Достоверность. Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Недостоверная информация может привести к неправильному пониманию или принятию неправильных решений.

Полнота. Информация полна, если ее достаточно для понимания и принятия решений. Неполнота информации сдерживает принятие решений или может повлечь ошибки.

Ценность. Актуальность. Ценность информации зависит от того, какие задачи мы можем решить с ее помощью. Актуальную информацию важно иметь при работе в изменившихся условиях.

Ясность. Если ценная и актуальная информация, выраженная непонятными словами, она может стать бесполезной. Информация становится понятной, если она выражена языком, на котором говорят те, кому предназначена эта информация.

Единицы измерения информации

Для представления информации в ЭВМ преимущественное распространение получило двоичное кодирование, при которой символы вводимой в ЭВМ информации представляются средствами двоичного алфавита, состоящего из символов 0 и 1.

Двоичный алфавит по числу входящих в него символов является минимальным, поэтому при двоичном кодировании алфавита, включающего большее число букв, каждой букве ставится в соответствие последовательность нескольких двоичных знаков или двоичное слово.

Такие последовательности называются кодовыми комбинациями.

Полный набор кодовых комбинаций, соответствующих двоичному представлению всех букв кодирующего алфавита, называют кодом.

Число символов, составляющих кодовую комбинацию, называется длиной кода. Количество введенной в ЭВМ информации удобно измерять его "длиной", выраженной в двоичных знаках или битах. Последовательность из восьми двоичных знаков получила название байт. Используются и более крупные единицы количества информации Кбайт=210=1024, и Мбайт=220=1048576.

Алгоритм и его свойства

Понятие алгоритма является центральным понятием информатики. Термин "алгоритм" своим происхождением обязан имени узбекского математика Аль Хорезми, который еще в 9 веке сформулировал правила выполнения арифметических действий. Появившееся несколько позже слово "алгорифм" связано с именем древнегреческого математика Евклида, назвавшего так сформулированные им правила нахождения наибольшего общего делителя двух чисел. В современной математике употребляют термин "АЛГОРИТМ".

Алгоритм - это последовательность действий со строго определенными правилами выполнения.

Алгоритм - это предписание, определяющее содержание и последовательность операций переводящих исходные данные в искомый результат.

Алгоритм - это точное описание некоторого вычислительного процесса или любой иной последовательностью действий.

Алгоритм - это точное и полное предписание о последовательности выполнения конечного числа действий, необходимых для решения любой задачи данного типа

Свойства алгоритмов:

1. Массовость, т.е. алгоритм должен быть пригоден для решения всех или, во всяком случае, большинства задач данного типа.

2.Определенность (детерминированность), алгоритм должен быть на столько точен и конкретен, чтобы не оставить место для произвольного его толкования.

3. Результативность, алгоритм должен за конечное число шагов привести к получению нужного результата.

4. Формальность, любой исполнитель способный воспринимать и выполнять указания алгоритма, возможно не понимая его смысла правильно выполнить весь алгоритм.

5. Дискретность, всякий алгоритм имеет, прерывистый дискретный характер, т.е. представляет собой последовательность выполненных один за другим отдельно законченных шагов.

Виды алгоритмов.

Линейный алгоритм - все команды выполняются последовательно, одна за другой.

Разветвляющийся - алгоритм, содержащий хотя бы одно условие, в результате проверки которого ЭВМ обеспечивает переход на один из двух возможных шагов.

Условный - имеется либо истинное, либо ложное высказывание и исполнитель им руководствуется.

Неполный - в зависимости от условия, отдельные действия могут пропускаться.

Циклический - алгоритм, предусматривающий многократное повторение одного и того же действия (одних и тех же операций) над новыми исходными данными. К циклическим алгоритмам сводится большинство методов вычислений, перебора вариантов.

Алгоритм выбора - выполнение одной из нескольких последовательных команд при истинности условия. В эту структуру входит не одно условие, их проверка осуществляется в строгой последовательности их записи.

Программирование потеряло бы многое, если бы не было понятия ветвления или вспомогательного алгоритма, но все же сердце программирования - это циклы. Один раз написанная команда будет выполняться многократно - это и придает смысл работе по составлению программы. Умело, выбирая из своего арсенала подходящую конструкцию цикла, мастер-программист получит самую простую, короткую, быструю и понятную программу.

Циклический процесс - это вычислительный процесс, в котором многократно выполняются вычисления по одним и тем же формулам при различных значениях аргумента.

Циклические программы - программы, реализующие циклический процесс

Тело цикла - это многократно повторяющийся участок программы.

Параметр цикла - это переменная, которая принимает новые значения при каждом повторении цикла (циклы бывают простые и сложные).

Конструирование алгоритмов методом последовательной детализации. Вспомогательный алгоритм

вычислительная техника информация

Успех в любой деятельности зависит от тщательности планирования. И чем сложнее задача, тем важнее умение спланировать свои действия. Главным при этом всегда будет четкое определение конечных результатов, без которых невозможно достижение поставленных целей.

Такой подход оказывается единственно возможным при составлении сложных алгоритмов и больших программ для решения задач с использованием на ЭВМ. Этот способ называется пошаговой детализацией алгоритмов и программ. При пошаговой детализации алгоритмы записываются в виде множества вспомогательных алгоритмов, решающих вспомогательные подзадачи, а каждая из них требует получения определенных промежуточных результатов.

Разработав основной алгоритм, можно приступить к разработке алгоритмов "второго уровня", которые в свою очередь могут требовать дальнейшей детализации. Процесс детализации продолжается до тех пор, пока не будут написаны все нужные вспомогательные алгоритмы. Таким образом, основной алгоритм представляет собой план действий, которые необходимо выполнить для достижения поставленной цели, а суть каждого действия расшифровывается в соответствующем вспомогательном алгоритме.

Решение новых задач мы всегда пытаемся свести к решению уже известных, а решение сложных задач - к решению более простых подзадач. Соответственно в алгоритмах решения сложных задач для решения подзадач могут выделяться вспомогательные алгоритм, которые служат для их решения. Каждый такой вспомогательный алгоритм описывает способ решения некоторой вспомогательной задачи или даже общий способ решения некоторого класса вспомогательных подзадач.

Алгоритмы, целиком, используемые в составе других алгоритмов, будем называть вспомогательными алгоритмами.

Подпрограмма

Подпрограмма - часть программы, оформленная в виде, допускающем многократное обращение к ней из разных точек программы.

Стандартная подпрограмма (процедура) - подпрограмма, включенная в библиотеку программ ЭВМ, доступ к которой обеспечивается средствами языка программирования.

Обращение к подпрограмме - переход к выполнению подпрограммы с заданием информации, необходимой для ее выполнения и возврата.

Слово «подпрограмма» означает вспомогательные алгоритмы, записанные на языке понятном ЭВМ. При построении новых алгоритмов могут использоваться алгоритмы, составленные раньше. Алгоритмы, целиком, используемые в составе других алгоритмов, будем называть вспомогательными алгоритмами.

Подпрограммы в языках программирования служат для реализации вспомогательных алгоритмов.

Таблицы (размерность, типы, заполнение).

Таблица - совокупность величин, при которой доступ к любой из них обеспечивается заданием имени массива и соответствующего для этого величины значения индекса (указателя), определяющего положения величины в массиве. Иногда массив называют таблицей.

Таблицы могут быть одномерными и многомерными (двух-, трехмерными и т. д.). Примером одномерных массивов может быть список фамилий учеников класса, многомерных - таблица умножения, классный журнал, аттестат зрелости.

Таблица - это упорядоченный набор величин, обозначаемых одним именем; доступ к элементу массива осуществляется по его номеру.

Например, нам требуется обработать ряд значений величины а: 3, 7, 9, 2, 10 - при вычислении корня линейного уравнения ах = 5. При подстановке каждого конкретного значения из ряда получим, очевидно, различные линейные уравнения. Этот ряд значений и есть таблица.

Чтобы находить определенный элемент из таблицы, существуют индексы, т. е. положение каждого элемента, а a массиве определяется его индексом. В этом и заключается упорядоченность. Индексы принято указывать в скобках после имени массива. Например, в нашем случае А(2) означает второй элемент таблицы А, т. е. А[2] = 7.

Таблица А, которую мы рассмотрели, требует одного индекса для указания любого элемента. Такая таблица называется линейной.

Существуют таблицы, элементы которых расположены в виде прямоугольной таблицы, или матрицы. В такой таблице каждый элемент определяется не одним индексом, а двумя - номером строки и номером столбца, на пересечении которых он расположен. Например, запись А[1,2] означает элемент массива с именем А, расположенный на пересечении первой строки и второго столбца. Такие таблицы, требующие двух индексов для нахождения элементов, называются прямоугольными.

Представление об операционной системе

Операционная система - совокупность программных и технических средств, предназначенная для обеспечения определенного уровня эффективности вычислительной системы за счет автоматизированного управления ее работой и предоставляемого пользователям определенного набора услуг. Операционная система обеспечивает управление аппаратными ресурсами вычислительной системы и взаимодействие программных процессов с аппаратурой, другими процессами и пользователем. Обычно операционная система выполняет следующие действия: управление памятью, управление вводом/выводом, управление файловой системой, управление взаимодействием процессов; защиту, учет использования ресурсов, обработку команд операционной системы и др. Например, операционная система Единой системы ЭВМ включает управляющие программы и обрабатывающие программы.

Операционная система служит для управления ресурсами компьютера и обеспечения взаимодействия всех программ на компьютере с человеком. Компоненты операционной системы делятся на два класса: системные и прикладные. К прикладным компонентам относятся текстовые редакторы, компиляторы, сборщики, отладчики, интегрированные системы программирования, пакеты графического вывода, коммуникационные программы и т. д.

К системным компонентам относятся ядро системы, обеспечивающее взаимодействие всех компонентов, загрузчик программ, подсистемы, обеспечивающие диалог с человеком - оконная система и интерпретатор команд и, наконец, файловая система. Именно системные компоненты ОС определяют основные свойства операционной системы.

Операционные системы делятся на однопользовательские и многопользовательские, однозадачные и многозадачные, с текстовым или с графическим интерфейсом.

Операционная система MS DOS является однопользовательской однозадачной ОС с текстовым командным интерфейсом. В такой операционной системе в каждый момент работает один пользователь, он может одновременно запустить одну (максимум две программы) и общается с ОС, набирая текстовые команды.

Операционная система Windows-95 является однопользовательской многозадачной ОС с многооконным графическим интерфейсом.

Примером многопользовательской многозадачной ОС может служить ОС UNIX. Эта операционная система во многом определяет свойства мировой компьютерной сети Интернет, поскольку подавляющее большинство компьютеров, составляющих основу Интернет, работает под управлением этой операционной системой.

Информатизация общества. Что могут современные персональные ЭВМ

На сегодняшний день в мире работают сотни миллионов персональных компьютеров. Ученые, экономисты, политики считают, что к началу третьего тысячелетия:

- количество компьютеров в мире сравняется с числом жителей в развитых странах;

- большинство этих компьютеров будет включено в мировые информационные сети;

- вся накопленная человечеством к концу ХХ в. информация будет переведена в двоичную (компьютерную) форму, а вся вновь производимая человечеством информация будет готовиться при помощи (или при участии) компьютеров; вся информация будет бессрочно храниться в компьютерных сетях;

- полноценный член общества ХХI в. Должен будет каждодневно взаимодействовать с локальными, региональными или мировыми сетями с помощью ЭВМ.

Уже сегодня серийный персональный компьютер способен хранить и эффективно обрабатывать текстовую информацию в объеме, заведомо превосходящем то, что один человек в состоянии написать, наговорить, прочесть или бегло просмотреть за целую жизнь. Качество изображения, выводимого на экран компьютера или на принтер, также начинает достигать максимально возможного. В ближайшие годы то же станет верно и для движущихся изображений.

Современные технологии пока еще не позволяют хранить на персональном компьютере (или получать по сети) изображения в объемах, сравнимых с тем, что человек способен увидеть за всю свою жизнь, но нет сомнений, что такие технологии появятся в ближайшие годы.

Системы управления базами данных (СУБД). Назначение и основные функции

База данных - совокупность сведений, хранимых в запоминающих устройствах ЭВМ, выступающая в качестве исходных данных при решении различных задач. Главная цель создания баз данных состоит в обобществлении функций обновления, ведения и пополнения хранимой информации, а также справочной функции. База данных является одним из структурных основных компонентов автоматизированных систем управления (АСУ), систем автоматизации проектирования (САПР), обучающих систем (АОС) и др. Основное характерное свойство базы данных - ее независимость от рабочих программ, с которыми она взаимодействует. Эта независимость проявляется в возможности изменения содержания, объема и организации хранимой информации без последующей модификации рабочих программ, пользующихся данной информацией. Для обеспечения независимости базы данных необходимо хранить описание накопленной информации вместе с самой информацией, обеспечить возможность коллективного доступа к любой части хранимых сведений, а также строить рабочие программы таким образом, чтобы при их выполнении могла осуществляться настройка в соответствии с текущим состоянием базы данных, который может включать одну или несколько таких баз, а также СУБД - систему управления базами данных. База данных, размещенная и работающая на ЭВМ, называется локальной, а на нескольких связанных между собой ЭВМ - распределенной базой данных.

Система управления базами данных (СУБД) - совокупность программного обеспечения, необходимого для ведения и применения базы данных. СУБД пользуются тремя видами описаний данных: описание логической структуры данных, сделанное прикладным программистом; логическое описание базы данных, выполненное разработчиками этой базы (системными аналитиками и программистами); описание физической структуры базы данных, также выполняемое системными аналитиками и программистами. Программы, осуществляющие управление базой данных, обеспечивают в общем, случае два интерфейса. Прежде всего, это интерфейс между логической и физической структурами базы данных. Программы, обеспечивающие данный интерфейс, осуществляют преобразование логических имен данных в физические адреса, интерпретируют операторы языка манипулирования данными и осуществляют фактический обмен информацией между базой данных и рабочей памятью прикладных программ. Последние две операции выполняются программным обеспечением базы данных совместно с операционной системой ЭВМ, на которой реализована эта база. Второй - интерфейс между логической структурой данных, описанной в прикладной программе, и логической структурой самой базы. Для описания данных в прикладной программе используются средства языка описания данных.

Локальные и глобальные компьютерные сети. Мировая сеть Интернет. Российская сеть Релком. Адреса в сети Интернет. Электронная почта

Сети можно разделить на классы по их величине. Небольшие сети в пределах одного здания, объединяющие до сотни компьютеров, называются локальными. Сеть одного или нескольких учреждений в пределах города, объединяющая несколько локальных сетей, расположенных в разных зданиях, называется городской. Есть региональные и национальные сети. Наконец, всемирные сети объединяют сотни тысяч компьютеров во всех странах мира. Наиболее известная всемирная сеть называется Интернет.

Интернет - самая крупная из существующих на сегодняшний день в мире всемирная компьютерная сеть. Она объединяет несколько миллионов компьютеров во всех развитых странах мира. Название Internet отражает тот факт, что эта сеть представляет собой множество разнородных сетей, объединенных в одну общую интерсеть. Эта всемирная сеть децентрализована: в Интернете нет ни центральной дирекции, ни штаб-квартиры. В России крупнейшей сетью, входящей в Интернет, является сеть Релком (от англ. Reliable Communications).

В настоящее время всемирные сети доступны любому человеку, имеющему компьютер и модем и готовому платить месячную абонентскую плату одной из компаний, продающих “доступ к сети”.

Адреса компьютеров в Интернет состоят из четырех байтов, которые обычно изображаются в виде четырех десятичных чисел, разделенных точками, например, 129.144.50.56.

Такие адреса, однако неудобны для людей, поэтому существует параллельная система символических адресов. Правила построения такого адреса разберем на примере:

mech.math.msu.ru

ru - Россия (англ. Russia),

msu.ru - МГУ в России (англ. Moscow State University)

math.msu.ru - математический факультет в МГУ в России,

mech.math.msu.ru - компьютер mech на математическом факультете в МГУ в России.

На одном компьютере могут быть зарегистрированы десятки и сотни пользователей. Компьютерный адрес такого пользователя состоит из имени пользователя и адреса компьютера. Например, если пользователь Иванов имеет компьютерное имя ivanov, то его адрес будет:

ivanov@mech.math,msu.ru

(значок “@” читается по английски “at”).

Зная адрес Иванова в Интернете, можно с любого компьютера в Интернет послать Иванову электронное письмо. Такое письмо будет путешествовать по Интернет от одного компьютера к другому, пока не попадет в Россию, в МГУ, на математический факультет, на компьютер mech, к пользователю ivanov. Доставка короткого письма займет от одного до нескольких секунд, а маршрут может включать несколько десятков компьютеров.

Говорят, что процессор и память обслуживаются шиной. Шина может обслуживать и другие компоненты ЭВМ. Эти компоненты подсоединяются не к процессору или к памяти, а к шине. Каждому устройству отводится несколько уникальных адресов, и все устройства на шине общаются с процессором (и между собой) с помощью стандартных команд чтения и записи по адресам, отведенным устройствам.

Компьютеры и охрана здоровья и окружающей среды

Сегодня в мире произведены сотни миллионов компьютеров, с компьютерами ежедневно работают сотни миллионов людей. Производство и эксплуатация громадного количества компьютеров не безвредны для здоровья нашей планеты. Регулярная работа за компьютером не всегда безвредна для здоровья человека.

В последние годы появились подходы, уменьшающие или сводящие на нет такие вредные влияния.

1. Компьютеры и здоровье. Государственные стандарты России выделяют несколько опасных и вредных факторов для пользователей вычислительной техники:

- повышенный уровень шума на рабочем месте,

- повышенная или пониженная ионизация воздуха,

- повышенный уровень электромагнитных излучений и напряженности электрического и магнитных полей,

- повышенный уровень ультрафиолетовой и инфракрасной радиации,

- повышенная пульсация светового потока.

Самый шумный элемент настольного компьютера - вентилятор охлаждения системного блока. Исправный вентилятор не создает опасных для здоровья шумов.

Остальные опасные факторы на 99% создаются дисплеем. Как минимум, дисплей должен удовлетворять российскому стандарту.

Часть вредных факторов, создаваемых дисплеем, может быть нейтрализована применением защитного экрана.

2. Компьютеры и охрана окружающей среды. Как и любое производство, производство компьютеров (и последующая их эксплуатация) связано с процессами, которые могут отрицательно воздействовать на окружающую среду. В последние годы во всем мире появились многочисленные нормативные акты и проекты стандартов, призванные уменьшить такие отрицательные воздействия.

Производитель компьютера в наши дни обычно рекламирует свой товар как удовлетворяющий нескольким экологическим требованиям. Например:

- малое потребление электроэнергии,

- экологически чистое производство,

- неиспользование фреона (разрушающего озоновый слой Земли),

- изготовление тары, документации и упаковки из материалов вторичной обработки, и т. д.

Часто производитель называет такой компьютер “зеленым”, хотя единого “зеленого” компьютера пока нет.

Покупатель, если он озабочен сохранением собственного здоровья и здоровья планеты, а a процессе покупки интересуется не только функциональным, но и экологическими характеристиками покупаемого компьютера.

Размещено на Allbest.ru