Информационные системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема 1. Развитие информационных технологий

Известно, что все процессы жизни человеческого общества отражаются посредством информации. Сама по себе информация может быть отнесена к категории абстрактных понятий, но ряд таких особенностей, как возможность записи, стирания, передачи приближают ее к материальным объектам.

Информацию можно охарактеризовать с различных точек зрения, рассматривать ее как товар, ресурс, процесс познания, явление культуры и даже орудие политики.

Информация необходима в самых различных видах деятельности:

административных,

научно-исследовательских;

в сфере обучения и образования;

в предпринимательстве и т.д.

Информация может фиксироваться на самых различных носителях (бумаге, микрофильмах, видеокассетах, магнитных лентах, оптических дисках и т.д.). Форма представления или восприятия информации определяет способ их конечного использования и предполагает один из следующих вариантов:

текстовая информация;

аудиоинформация;

видеоинформация.

Информация различна по своему содержанию и может использоваться самым различным образом. Например, в предпринимательстве информация используется как стратегически важный товар - информационная продукция или услуга.

Существует достаточно много определений информации.

Информация - это совокупность символов, несущих определенную смысловую нагрузку и позволяющих расширить знания об интересующем объекте.

Для изменения свойств информации применяются информационные технологии.

Технология в переводе с греческого языка обозначает искусство, мастерство, умение.

Информационные технологии - это совокупность методов и средств целенаправленного изменения каких-либо свойств информации.

Информационные технологии - это сочетание процедур, реализующих функции хранения, обработки, передачи данных с использованием выбранного комплекса технических средств.

Комплекс технических средств может включать самые различные наборы: от ручки и карандаша до ПЭВМ, лазерных принтеров, ризографов, т.д.

Важно отметить, что информационные технологии - понятие системное и включает различные факторы: технику, математическое, программное, прикладное, информационное, методическое, эргономическое, экологическое обеспечение и человеческий фактор.

Рассмотрим этапы развития информационных технологий, которые можно представить следующим образом:

Ручной этап.

Механический этап.

Электромеханический.

Электронный.

Ручной период автоматизации вычислений длился до второй половины 17-го века и базировался на использовании частей тела - пальцев рук и ног. Хотя необходимо заметить, что пальцевой счет в том или ином виде применяется у всех народов и в наши дни.

Основу информационных технологий в то время составляли: перо, чернильница, бухгалтерская книга. Коммуникации осуществлялись депешами и их продуктивность была очень низкой.

Развитие механики в 17 веке стало предпосылкой создания вычислительный устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений. Такие устройства строились на механических элементах и обеспечивали автоматический перенос старшего разряда. Первая механическая машина была описана в 1663 году Шиккардом, предназначалась для выполнения четырех арифметических операций над 6-ти разрядными числами. Машина Шиккарда состояла из трех независимых устройств: суммирующего, множительного и записи чисел.

Особое место среди разработок механического этапа развития информационных технологий занимают работы англичанина Бэбиджа. Его считают родоначальником и идеологом современной вычислительной техники.

В этот период были изобретены паровой двигатель, пишущая машинка, диктофон, телефон. Таким образом, наблюдается повышение продуктивности работы.

Электромеханический этап развития информационных технологий явился наименее продолжительным и охватывает всего около 60 лет - от первого табулятора Г.Холлерита (1887г.) до первой ЭВМ (1945 г.).

Предпосылками создания проектов данного этапа явилась как необходимость проведения массовых расчетов (экономики, статистики, планирования и т.д.), так и развитие прикладной электроники (электропривод и электромеханические реле).

Первый счетно-аналитический комплекс был создан в США Холлеритом в 1887 году и состоял из ручного перфоратора, сортировочной машины и табулятора. Используя идеи Жаккарда и Бэбиджа, Холлерит в качестве информационного носителя использовал перфокарты, все остальные компоненты комплекса носили оригинальный характер. Первое испытание комплекса было произведено в 1887 году в Балтиморе при составлении таблиц смертности населения.

Пионером создания универсальной вычислительной машины ч программным управлением и хранением информации в запоминающем устройстве стал Конрад Цузе.

Основные успехи электромеханического этапа развития информационных технологий:

существенно возросли производительность и надежность, на что повлияла не только быстрая элементная база, но и сокращение ручного труда.

На данном этапе происходит индустриализация обработки информации;

Была создана универсальная вычислительная машина с программным управлением,

Многие наработки данного этапа легли в основу современного этапа развития вычислительной техники - электронного.

2. Виды и техническая основа современных информационных технологий.

Возможна следующая классификация информационных технологий:

По функциям обеспечения управленческой деятельности:

Технологии подготовки текстовых документов на основе текстовых процессоров.

Технологии подготовки иллюстраций и презентаций на основе графических процессоров.

Технологии подготовки табличных документов на основе использования табличных процессоров.

Технологии разработки программ на основе алгоритмических, объектно-ориентированных и логических языков программирования.

Технологии систем управления базами данных (СУБД).

Технологии поддержки управленческих решений на основе систем искусственного интеллекта.

Гипертекстовые технологии и технологии мультимедиа.

По типу использования пользовательского интерфейса:

Командный.

Графический интерфейс пользователя

Интерфейс пользовательских систем.

По способу реализации в информационных системах: традиционные и новые.

По способу построения сети: локальные, многоуровневые, распределенные.

По обслуживаемым предметных областям: бухгалтерский учет, банковская деятельность, налоговая деятельность, страховая деятельность и др.

В составе комплекса технических средств обеспечения информационных технологий выделяют средства компьютерной техники, средства коммуникационной техники и средства организационной техники.

Средства компьютерной техники составляют базис всего комплекса технических средств информационных технологий и предназначены, прежде всего, для обработки и преобразования различных видов информации, используемой в управленческой деятельности.

Средства коммуникационной техники обеспечивают одну из основных функций управленческой деятельности - передачу информации в рамках системы управления и обмен данными с внешней средой. Предполагают использование разнообразных методов и технологий, в т.ч. с применением компьютерной техники.

Средства организационной техники предназначены для механизации и автоматизации управленческой деятельности во всех ее проявлениях.

Программные средства современных информационных технологий в целом подразделяются на системные и прикладные.

Системные программные средства предназначены для обеспечения деятельности компьютерных систем как таковых.

В их составе выделяют:

операционные программы;

командно-файловые процессоры (оболочки).

Прикладные программные средства классифицируются следующим образом:

системы подготовки текстовых, табличных и др. документов;

системы подготовки презентаций;

системы обработки финансово-экономической информации;

системы управления базами данных;

личные информационные системы;

системы управления проектами;

экспертные системы и системы поддержки принятия решений;

системы интеллектуального проектирования и совершенствования управления;

прочие системы.

Современное состояние информационных технологий можно охарактеризовать следующим образом:

Наличие множества промышленно функционирующих баз данных большого объема, содержащих информацию практически обо всех областях жизни общества.

Создание технологий, обеспечивающих интерактивных доступ массового пользователя к информационных ресурсам. Технической основой указанной тенденции явились государственные и частные системы связи и передачи данных общего назначения, а также специализированные, объединенные в национальные, региональные и глобальные, информационно-вычислительные сети.

Включение в информационные системы элементы интеллектуализации интерфейса пользователя, экспертных систем, систем машинного перевода, автоиндексирования и других технологических средств.

Благодаря новым информационным технологиям реализуется и повышается экономическая эффективность внутренних информационных потоков и коммуникаций. Совершенствуется взаимодействие с партнерами и потребителями во всем мире, в связи с чем ускоряется и повышается качество принятия решений.

Тема 2. Общая характеристика вычислительной техники

1. Этапы развития ВТ

Основные этапы развития вычислительной техники представлены в таблице.

Этап	Период развития
Ручной	не установлен
Механический	с середины 17-го века
Электромеханический	с 90-х годов 19-го века
Электронный	с 40-х годов 20-го века

Рассмотрим основные моменты каждого этапа.

Более трех тысяч лет назад в Средиземноморье было распространено простейшее приспособление для счета: доска, разделенная на полосы, где перемещались камешки или кости. Такая счетная дощечка называлась абак и использовалась для ручного счета. В Древнем Риме абак назывался calculi или abaculi и изготавливался из бронзы, камня, слоновой кости и цветного стекла. Слово calculus означает «галька», «голыш». От этого слова произошло латинское слово calculatore (вычислять), а затем -- русское слово «калькуляция». Абак позволял лишь запоминать результат, а все арифметические действия должен был выполнять человек.

Первая механическая машина была построена немецким ученым Вильгельмом Шиккардом (предположительно в 1623 г.). Машина была реализована в единственном экземпляре и предназначалась для выполнения арифметических операций. Из-за недостаточной известности машины Шиккарда более 300 лет считалось, что первую суммирующую машину сконструировал Блез Паскаль.

Блез Паскаль (французский математик, физик, религиозный философ и писатель) в 1642 году изобрел механическую счетную машину, выполнявшую сложение, а в 1674 году Готфрид Лейбниц расширил возможности машины Паскаля, добавив операции умножения, деления и извлечения квадратного корня. Специально для своей машины Лейбниц применил систему счисления, использующую вместо привычных для человека десяти цифр две: 1 и 0: Двоичная система счислений широко используется в современных ЭВМ.

Ни одна из этих машин не была автоматической, и требовали непрерывного вмешательства человека. В 1834 году Чарлз Бэббидж (Babbage Charles) первым разработал подробный проект автоматической вычислительной машины. Он так и не построил свою машину, гак как в то время невозможно было достичь требуемой точности изготовления ее узлов.

Ч. Бэбидж выделял в своей машине следующие составные части:

«склад» для хранения чисел (по современной терминологии -- память);

«мельницу» для производства арифметических действий (арифметическое устройство);

устройство, управляющее последовательностью выполнения операций (устройство управления);

устройства ввода и вывода данных.

В качестве источника энергии для приведения в действие механизмов машины Ч. Бэббидж рассматривал паровой двигатель.

Бэббидж предложил управлять своей машиной с помощью перфорированных карт, содержащих коды команд, подобно тому, как использовались перфокарты в ткацких станках Жаккара. На этих картах было представлено то, что сегодня мы назвали бы программой.

Ч. Бэббидж довольно подробно рассматривал вопросы, связанные, как мы сейчас говорим, с программированием. В частности, им была разработана весьма важная для программирования идея «условной передачи управлениям. Идеи Бэббиджа заложили фундамент, на котором со временем были построены ЭВМ.

Первые программы для вычислительной машины Бэббиджа создавала Ада Лавлейс (Ada Lovelace) -- дочь известного поэта Джорджа Байрона, в честь которой в последствии был назван один из языков программирования. Выражаясь современным языком, Лавлейс составила программу вычисления чисел Бернулли. Ада Лавлейс разработала основные принципы программирования, которые остаются актуальными до настоящего момента времени. Ряд терминов, введенных Адой Лавлейс, используются и сейчас, например, «цикл», «рабочие ячейки».

Теоретические основы современных цифровых вычислительных машин заложил английский математик Джордж Буль (IS15-1864 г.г.). Он разработал алгебру логики, ввел в обиход логические операторы И, ИЛИ и НЕ. Заметим, что его дочь Э.Войнич -- автор известного произведения «Овод».

В 1888 году Германом Холлеритом (Herman Hollerith) была сконструирована первая электромеханическая машина для сортировки и подсчета перфокарт. Эта машина, названная табулятором, содержала реле, счетчики, сортировочный ящик. Изобретение Холлерита было использовано при подведении итогов переписи населения в США.

Успех вычислительных машин с перфокартами был феноменален. То, чем за десять лет до этого занимались 500 сотрудников в течение семи лет, Холлерит сделал с 43 помощниками на 43 вычислительных машинах за 4 недели.

В 1896 году Герман Холлерит основал фирму Computing Tabulation Company. Спустя несколько лет это предприятие переименовали в известнейшую теперь фирму International Business Machine Corporation (IBM).

Немецкий инженер Конрад Цузе (Konrad Zuse) был первым, кто успешно осуществил идею создания автоматической электромеханической вычислительной машины на основе двоичной системы счисления. В 1936 году он начал конструировать вычислительный аппарат, работающий в двоичной системе счисления, который впоследствии был назван Zuse 1 (Z1).

В 1941 году Цузе сумел построить действующую модель Zuse 3, которая состояла из 600 реле счетного устройства и 2000 реле устройства памяти.

Еще одна полностью автоматическая вычислительная машина, изобретенная профессором Гарвардского университета Говардом Апкеном (Aiken Howard 1900-73 г.г.), при участии группы инженеров фирмы IBM, была построена в 1944 г. Она была названа ASCC (другое название Mark 1) и была электромеханической (построена на реле), состоящей приблизительно из 750 тысяч компонентов. На умножение она тратила около 4 секунд.

До знакомства с работами Цузе научная общественность считала машину ASCC первой электромеханической машиной.

В 1937 г. в США Дж. Атанасов начал работы по созданию электронной вычислительной машины. Им были созданы и запатентованы первые электронные схемы отдельных узлов ЭВМ. Совместно с К. Берри к 1942 г. была построена электронная машина ABC (Atanasoff-Berry Computer).

В 1943 году в Англии была разработана специализированная ЭВМ Colossus, предназначенная для дешифрации секретных сообщений.

Электронная вычислительная машина, разработанная Эккертом и Маучли (John W. Mauchly and J. Presper Eckert, Jr.) в США в 1946 г., была названа ENIAC. При создании этой машины Эккерт и Маучли заимствовали основные идеи у Дж. Атанасова. ENIAC была примерно в 1000 раз быстрее, чем ASCC. Она состояла из 18 тысяч электронных ламп, 1,5 тысяч реле, имела вес более 30 тонн, потребляла мощность более 150 кВт.

Фотография позволяет наглядно оценить прогресс вычислительной техники. Несколько человек находятся внутри ENIAC. Современные ЭВМ уже можно разместить внутри человека.

Первоначально ENIAC программировалась путем соединения проводами соответствующих гнезд на коммутационной панели, что делало составление программы очень медленным и утомительным занятием. Американский математик и физик венгерского происхождения Джон фон Нейман (1903-1957 г.г.) предложил хранить программу -- последовательность команд управления ЭВМ -- в памяти ЭВМ, что позволяло оперировать с программой так же, как с данными. Последующие ЭВМ строились с большим объемом памяти с учетом того, что там будет храниться программа.

В докладе фон Неймана, посвященном описанию ЭВМ, выделено пять базовых элементов компьютера:

арифметико-логическое устройство (АЛУ);

устройство управления (УУ);

запоминающее устройство (ЗУ);

* система ввода информации;

* система вывода информации.

Описанную структуру ЭВМ принято называть архитектурой фон Неймана.

2. Поколения ЭВМ

Развитие ЭВМ прошло несколько этапов, связанных поколениями ЭВМ. Каждое поколение ЭВМ отличается элементной базой, архитектурой, областью применения, интерфейсами, программными средствами решения задач.

1-е поколение (середина 40-х - середина 50-х-годо) элементная база - электронные лампы, резисторы, конденсаторы; архитектура - простейшая; применение - научные расчеты; способы общения - непосредственное ручное управление устройствами ЭВМ, программирование на языке машины.

1945-1950 гг. Выдающийся ученый Дж. фон Нейман (США) разработал концепции и конструкцию ЭВМ EDVAC. Основные положения концепции фон Неймана используются до настоящего времени.

1946 г. Американские инженеры Д.Эккерт и Д.Моучли в Пенсильванском университете построили первую действующую ЭВМ ENtAC.

1947-1950 гг. Группа инженеров под руководством акад. С. А.Лебедева разрабатывает и вводит в эксплуатацию первую в СССР малую электронную счетную машину (МЭСМ).

1948 г. Группа американских физиков сконструировала транзистор - основной элемент ЭВМ 2-го поколения.

1949 г. В Англии под руководством М.Уилкса создана первая ЭВМ с хранимой программой EDSAK.

Начало 50-х годов. В нескольких странах начинается серийный выпуск ЭВМ 1-го поколения, основной элементной базой которых были электронные лампы. ОЗУ строились на ртутных линиях задержки, ЭЛТ и позднее на ферритовых кольцах.

В СССР после МЭСМ выпускаются: в Москве большая электронная счетная машина БЭСМ-1, БЭСМ-2 (С.А.Лебедев) а самая быстродействующая в Европе ЭВМ того времени М-10 (Л.Лебедев и Ю.А.Базилевский), в Пензе -«Урал» (В.И.Рамеев), в Минске-«Минск-1, «Минск-14» (В.В.Пржисловський), в Киеве - «Киев» (В.М.Глушков), в Ереване - «Роздан» (Ф.Т.Саркисян).

Внедрение первых ЭВМ не могло проходить без опережающего развития численных методов решения задач и основ программирования. Эту работу в СССР возглавили академики А.А.Марков, А.Н.Колмогоров, И.В.Курчатов, М.А.Лаврентьева, А.А. Дородницын, М.В.Келдыш.

1942-1953 гг. Советские ученые А.А.Ляпунов и М.Р.Шура-Пура предложили операторный метод программирования.

1943-1955 гг. Группа математиков под руководством Д.Бейкуса (США) разработала алгоритмический язык Фортран.

2-е поколение (середина 50-х-середина 60-х годов): полупроводниковые транзисторы и диоды, резисторы, конденсаторы; более сложная архитектура; решение научных, технических и народнохозяйственных задач; применение операционных систем; создание вычислительных комплексов; коллективного пользования; развитие алгоритмических языков.

1954-1957 гг. В США создастся первая ЭВМ на транзистор NCR 304.

Конец 50-х годов. В Массачусетсском технологическом институте разработан алгоритмический язык ЛИСП, работ по проблемам искусственного интеллекта прикладном плане - для экспертных систем).

Начало 60-х годов. Серийное производство в СССР ЭВМ 2-г поколения на транзисторах: М-220, БЭСМ-3, БЭСГ 4, «Урал-11», «Урал-14», «Урал-16», «Минск-22», «Минск-32», «Раздан-2», «Раздан-3», «Днепр-1», «Днепр-3» и др.

1961 г. Фирма Intel (США) выпустила в продажу первые интегральные схемы (ИС).

1966 г. В СССР введена в эксплуатацию самая быстродействующая в мире (для того времени) большая ЭВГ БЭСМ-6 (С.А.Лсбсдсв). Большое быстродействие БЭСМ-6 обусловили впервые примененные мультипрограммный режим работы и конвейерная процедура обработки данных, которые используются практически во всех современных ЭВМ.

3-е поколение (середина 60-х -- середина 70-х годов) интегральные микросхемы; архитектура связана с многопроцессорными, многомашинными и многоканальными комплексами; решение широкого круга задач автоматизации управления, конструирования и планирования; эффективные операционные системы, прикладные программы и языки программирования; появление первых компьютерных сетей.

1965 г. В США начат выпуск ЭВМ 3-го поколения серии 360 на интегральных схемах.

1966 г. Для обработки коммерческой информации разработан алгоритмический язык КОБОЛ (США).

1986 г. Фирма DEC (США) разработала мини-ЭВМ семейства PDP с широким диапазоном применения: научные исследования, управление технологическими процессами, обработка экспериментальных данных в реальном масштабе времени, автоматизация инженерных, экономических и управленческих работ и др.

Начало 70-х годов. В СССР совместно со специалистами НРБ, ВНР, ЧССР, ГДР разработаны и производят в необходимом количестве ЭВМ 3-го поколения единой системы (ЕС ЭВМ). Эти ЭВМ, совместимые с IBM 360, послужили основой для организации вычислительных центров коллективного пользования и автоматизированных систем управления в крупных организациях и на предприятиях.

1971 г. Фирма Intel (США) выпустила микропроцессор, изготовленный на основе технологии ИС.

1971 г. Управление перспективных исследований Министерства обороны США объявило о вводе в действие первой части глобальной информационно-вычислительной сети ARPANET. В 1982 г. ARPANET была объединена с другими сетями и это сообщество сетей получило название Internet.

70-е - начало 80-х годов. В США, Англии и СССР вступают в действие суперЭВМ: ILLIAC-IV, STATAN-100, Сгау-1 (2, 3, MX), Cyber-205, DAP, Phenix, Connection machine, «Эльбрус».

1973-1976 гг. Специалисты СССР, НРБ, ВНР, ПНР, ЧССР, ГДР, Монголии и Кубы разработали серию мини-ЭВМ, совместимых с PDP (США).

4-е поколение (середина 70-х годов - 2000 г.): большие интегрированные схемы; сложная архитектура; решение разных задач во всех областях деятельности человека; многозадачные и многопользовательские операционные системы; «личного типа манипуляторы; устройства речевого ввода и вывода; средства мультимедиа; эффективные прикладные программы и языки, поддерживающие искусственный интеллект; развитие инфраструктуры компьютерных сетей.

1977 г. В США молодые предприниматели С.Джобсон и С.Возняк организовали фирму по изготовлению недорогих ПК, предназначенных для широкого круг пользователей. Эти ПК, названные APPLE («Яблоко»), послужили основой для широкого распространения ПК во всем мире.

1979-1980 гг. Специалисты Японии разработали и начали пуск первых электронных словарей-переводчиков.

1981 г. Группа ведущих специалистов нескольких электронных фирм Японии объявила о создании в 90-е годы ЭВМ 5-го поколения («Японский вызов миру»).

1982 г. Фирма IBM (США), занимавшая ведущее положение выпуске больших ЭВМ, приступила к производству ПК IBM PC. Многие фирмы мира начали выпускав IBM - совместные ПК.

Середина 80-х годов. Группы ученых под руководством К.Саган (США) и В.В. Александрова (СССР) разработали математические модели последствий «ядерной зимы» и «ядерной ночи». Эти выводы сыграли огромную роль в формировании политики стран-держателей атомного оружия.

1988 г. В СССР начат массовый выпуск школьных ПК («Корвет», УКНЦ, «Немига» и др.) и бытовых ПК (БК 0010, «Партнер», «Вектор», «Байт» и др.).

В настоящее время большое количество электронных фирм мира производят разнообразные классы ЭВМ от бытовых до суперЭВМ в стационарном и портативном исполнении. Парк ЭВМ сейчас в мире примерно составляет: ПЭВМ 2,5 * 108шт.; мини-ЭВМ-106 шт.; манфреймы - 2 * 104 шт. суперЭВМ - 100 шт.

5-е поколение (начало XXI века). Сейчас трудно предсказать, как будут выглядеть ЭВМ го поколения, однако можно указать общие тенденции развития компьютерных технологий и их влияние на общество. Создание семейства ЭВМ с принципиально новыми возможностями, которые обеспечат:

* эффективное использование всех имеющихся ресурсов страны: материальных, энергетических, людских информационных;

улучшение дел в областях с низкой производительностью труда;

включение страны в международное сотрудничество;

усовершенствование использования интеллектуального потенциала общества;

повышение конкурентоспособности товаров на международном рынке;

увеличение производительности жизни населения;

* способствование высокому уровню образования.

В элементной базе ЭВМ предполагается:

достижение предельной плотности упаковки элементов в СБИС на кремниевой основе;

производство СБИС на основе арсенида галлия;

использование криогенной технологии на базе эффекта Джозефсона.

Архитектуры ЭВМ совершенствуются по следующим направлениям:

создание системы ЭВМ различной мощности, сбалансированных по архитектуре, что позволит пользователю быстро, просто и эффективно использовать огромный потенциал такой системы для обработки различной информации;

разработка однопроцессорных ПЭВМ с командным управлением, на новой быстродействующей элементной базе; эти направление развивают те фирмы, которые хотят сохранить программную совместимость новых ПК с существующими;

разработка ЭВМ на нескольких быстрых процессорах с командным управлением, часть которых является универсальными, а другая часть - конвейерными или параллельными с небольшим числом процессорных элементов;

разработка высокопроизводительных многопроцессорных ЭВМ с конвейерной, параллельной или матричной обработкой информации.

Кроме известных способов обработки информации, ЭВМ ориентированы на распознавание образов и обработку структурированных знаний и принятие интеллектуальных решений.

Совершенствование интеллектуальных интерфейсов:

технических и программных средств ввода / вывода различных видов информации;

общение на проблемно-ориентированном естественном разговорном языке;

* использование текстовых документов, как печатный так и рукописных, и изображений;

всемерное развитие известных и новых алгоритмических языков программирования;

применение языков искусственного интеллекта: Лисп Пролог, PS, FRL, VALID, OCCAM и др.

Реализация программ создания ЭВМ 5-го поколения позволит в ряде стран построить так называемое информационное общество.

3. Классификация компьютеров

Современные средства компьютерной техники могут быть классифицированы следующим образом:

Персональные компьютеры;

Корпоративные компьютеры;

Суперкомпьютеры.

Персональные компьютеры представляют собой вычислительные системы, все ресурсы которых полностью направлены на обеспечение деятельности одного работника.

Наиболее известными являются компьютеры семейства IBM PC и Macintosh. Это два различных направления развития ПК, несовместимых между собой по аппаратному и программному обеспечению. Так уж сложилось, что компьютеры семейства Macintosh очень удобны в работе, располагают широкими графическими возможностями и получили большое распространение в среде профессиональных художников, дизайнеров, в издательском деле и в сфере образования.

В семействе IBM - совместимых ПК также можно выделить несколько разновидностей компьютеров, которые значительно отличаются друг от друга по своим характеристикам и внешнему виду, и, тем не менее, все они - персональные компьютеры. Это, прежде всего, настольные (desktop) и переносные (laptop) ПК, которые, несмотря на существенные внешние отличия, располагают приблизительно одинаковыми характеристиками и возможностями.

Переносные ПК - дорогие изделия, зато они компактны и транспортабельны. Существенно отличаются от настольных и переносных - карманные компьютеры - так называемые органайзеры, или «переносные секретари». Эти ПК-блокноты не имеют ни периферийных устройств, ни клавиатуры, выбор команд осуществляется прямо на миниатюрном экране с помощью указки - стило.

Корпоративные компьютеры (иногда называемые мини-ЭВМ или main fram) представляют собой вычислительные системы, обеспечивающие совместную деятельность многих работников в рамках одной организации, одного проекта, одной сферы информационной деятельности при использовании одних и тех же информационно-вычислительных ресурсов. Это многопользовательские системы, имеющие центральный блок с большой вычислительной мощностью и значительными информационными ресурсами, к которому присоединяется большое число рабочих мест с минимальной оснащенностью (видеотерминал, клавиатура, устройство позиционирования типа «мыши» и, возможно, устройство печати). В принципе в качестве рабочих мест, соединенных с центральным блоком корпоративного компьютера, могут быть использованы и персональные компьютеры. Область применения корпоративных компьютеров - реализация информационных технологий обеспечения управленческой деятельности в крупных финансовых и производственных организациях, правительственные учреждения, создание информационных систем, обслуживающих большое число пользователей в рамках одной функции (биржевые и банковские системы, бронирование и продажа билетов и т.п.).

Особенности корпоративных компьютеров:

исключительная надежность;

высокое быстродействие;

большая пропускная способность ввода-вывода.

Стоимость таких компьютеров - миллионы долларов. Спрос - высокий.

Преимущества - централизованное хранение и обработка данных обходятся дешевле, чем обслуживание распределенных систем обработки данных, состоящих из сотен и тысяч ПК.

Суперкомпьютеры представляют собой вычислительные системы с предельными характеристиками вычислительной мощности и информационных ресурсов. Они используются в военной и космической областях деятельности, в фундаментальных научных исследованиях, глобальном прогнозировании погоды, военной промышленности, геологии и т.д. Например, прогнозирование погоды или моделирование ядерного взрыва.

Стоимость - десятки миллионов долларов.

Назначение - решение тех задач, для которых производительности ПК недостаточно;

Обеспечение централизованного хранения и обработки данных.

Особенности: возможность подключения десятков и сотен терминалов или ПК для работы пользователей; наличие специальных аппаратных средств для трехмерного моделирования и анимации, поэтому именно на них создается большое количество кинофильмов.

Данная классификация достаточно условна, поскольку интенсивное развитие технологий производства электронных компонентов, значительный прогресс в совершенствовании компьютеров и их наиболее важных составляющих элементов приводят к размыванию границ между указанными классами средств вычислительной техники.

Кроме того, приведенная классификация учитывает только автономное использование вычислительной техники. В настоящее время преобладает тенденция их объединения в вычислительные сети, что позволяет интегрировать информационно-вычислительные ресурсы для наиболее эффективной реализации информационных технологий.

4. Совместимость компьютеров

ПВМ РС - совместимые компьютеры - это около 90% всех современных компьютеров.

Совместимость - это:

- программная совместимость - все программы для IBM PC будут работать на всех IBM PC - совместимых компьютерах.

- аппаратная совместимость - большинство устройств (кроме пяти или десятилетней давности) для компьютеров УВМ РС и более новых версий УВМ РС ХТ, УВМ РС АТ и других пригодны для УВМ РС - совместимых компьютеров.

Преимущества УВМ РС - совместимых компьютеров:

1) полная совместимость вызвала появление сотен тысяч программ для всех сфер человеческой деятельности;

2) открытость рынка УВМ РС - совместимых компьютеров вызвала острую конкуренцию среди производителей компьютеров и их комплектующих, что обеспечило высокую надежность, относительно низкую цену и максимально быстрые внедрения технических новинок;

3) модульная конструкция и интеграция компонентов УВМ РС - совместимых компьютеров обеспечивающих компактность, высокую надежность, простоту ремонта, возможность легкой модернизации и увеличения мощности компьютера (более мощный процессор или более емкий НЖМД).

Широкие возможности УВМ РС - совместимых компьютеров позволяет использовать их в различных отраслях и для решения разнообразных задач.

Тема 3. Общая характеристика персональных компьютеров

1. Архитектура персонального компьютера (ПК)

Архитектура ПК - системное понятие, включающее описание на некотором уровне ресурсов ПК, доступных пользователю: аппаратных и программных средств, пользовательских интерфейсов. Ресурсы ПК можно объединить в ряд систем (рис.1): система ввода информации, система обработки, система регистрации информации, видеосистема, система хранения информации, система резирвирования, система мультимедиа, система коммуникаций.

Система Система Система

Ввода обработки регистрации

информации информации

Системная шина

Система Видеосис- Система Система Система

хранения тема резерви- мультиме- коммуника-

информации рования диа ций

Аппаратные средства ЭВМ - совокупность электронных, электрических и механических устройств, составляющих техничесую основу ЭВМ: процесор, память, устройство ввода/вывода, система электропитания, разъемы и др.

Рассмотрим подробнее каждую из систем, составляющих архитектуру ПК.

Система ввода информации в ПК - комплекс технических и программных средств для ввода информации и ручного управления средствами компьютера.

Состав системы: ручные и автоматические устройства ввода, адаптеры, драйверы управления устройствами ввода.

Функции системы: ручной или автоматический ввод символьной, графической, тактильной, аудио - и видеоинформации, кодирование и ввод в память различных видов информации, ручное управление обработкой, отображением, регистрацией и резервированием информации.

Адаптер - устройство ПК, предназначенное для согласования и управления подключенных к нему ПУ. Адаптер работает под управлением специальной программы, называемой драйвером. Примеры адаптеров: адаптер дисплея, адаптер НГМД, адаптер принтера и др.

Порт - часть электрической схемы адаптера, используемая непосредственно для ввода / вывода информации.

Драйвер - специальная программа управления, обеспечивающая взаимодействие ОС с периферийным устройством ПК(например, драйвер клавиатуры, мши, дисплея, принтера и др.).

Система регистрации информации в ПК- комплекс технических и программных средств нанесения информации на широко распространенные носители.

Состав системы: принтеры, графопостроители, микрофильмирующие устройства, адаптеры и драйверы.

Функции системы: регистрация символьной и графической информации на бумаге, картоне, пленке или позитивной фотопленке, совмещение на одном носителе символьной и графической информации, печать символьной информации различным шрифтом и раз мером, получение нескольких копий документа.

Система хранения информации в ПК на магнитных носителях - комплекс технических и программных средств для длительного хранения информации на энергонезависимых магнитных носителях.

Состав системы: накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) и жестких магнитных дисках (НЖМД), адаптеры и драйверы.

Функции системы: запись данных и программ на носители, возможность изменения и удаления информации, длительное хранение информации, обмен информацией с ОЗУ, обмен информацией между НГМД и НЖМД.

Видеосистема ПК - комплекс технических и программных средств для отображения на экране дисплея вводимой, обрабатываемой, итоговой и справочной информации. Состав системы: дисплей, видеоадаптер, видеопамять, драйвер управления дисплеем. Функции системы: отображение символьной и графической информации на экранах дисплеев различных типов; преобразование даннях из дволичного кода в напряжения, управляющие отображением; работа в растровом или векторном, буквенно-цифровом или графическом, цветном или монохронном режимах.

Видеоадаптер (адаптер дисплея) - устройство согласования работы микропроцессора с дисплеем и управления работой дисплея.

Видеопамять - область ОЗУ, предназначенная для хранения даннях, определяющих характер изображения на экране дисплея.

Система резервирования информации в ПК - комплекс технических и программных средств нанесения информации на широко распространенные носитеи.

Состав системы: принтеры, графопостроители, микрофильмирующие устройства, адаптеры и драйверы.

Функции системы: регистрация символьной и графической информации на бумаге, картоне, пленке или позитивной фотопленке, совмещение на одном носителе символьной и графической информации, печать символьной информации различным шрифтом и раз мером, получение нескольких копий документа.

Сжатие информации - процесс преобразования информации на машинном носителе с целью уменьшения места, занимаемого информацией на носителе, однако без потери информации. сжатие информации увеличивает рабочий объем ВЗУ в 1,5-2,5 раза и повышает эффективность передачи данных в сетях. сжимают файлы специальные программы-архиваторы и раерхиваторы. В IBM - совместимых ПК широко используются программы PKZIP / PKUNZIP, ARJ, WINZIP, WINRAR.

Мультимедиа - совокупность технических и программных средств, дающих возможность пользователю одновременно использовать символьную, графическую, звуковую, анимационную и видеоинформацию. Все виды информации записываются на один носитель, в настоящее время обычно на CD ROM.

Система мультимедиа ПК - комплекс технических и программных средств для работы с мультимедийными средствами.

Состав системы: микрофон, накопитель на оптических дисках, аудиоадаптер, видеоадаптер, дисплей, видеобластер, операционная система Windows, специальные мультимедийные прикладные программы.

Функции системы: прием, кодирование, запоминание, обработка и воспроизведение речи, музыки, анимационных и видеоизображений, создание видеоклипов, подготовка презентаций, игры с трехмерными изображениями и стереофоническим звуком.

Видеобластер - устройство для согласования работы ПК с телевизионными каналами, видеомагнитофонами и видеокамерами.

Система коммуникации ПК - комплекс технических и программных средств для обеспечения работы пользователя в компьютерных сетях.

Состав системы: сетевой адаптер, последовательный сетевой интерфейс, модем для работы с телефонными каналами связи, радиостанция для работы с радиоканалом связи, операционная система с сетевыми средствами или специальная сетевая программа.

Функции системы: согласование ПК с каналами связи, обмен сообщениями с абонентами сетей, использование сетевых баз данных, участие в сетевых конференциях.

Модем - устройство преобразования цифрового сигнала в аналоговый (модуляция) и обратно (демодуляция) для передачи их по аналоговой линии связи, например телефонной. Используется для подключения ПК к коммуникационным системам.

Системная шина (системный интерфейс)- средство объединения всех аппаратных и программных средств ПК в единичную вычислительную систему, обеспечивает механическое подключение, электрическое и логическое взаимодействие аппаратных средств. Включает шины адресов, данных, сигналов управления и электропитания.

Шина - группа линий передачи данных в ПК, объединенных общим функциональным признаком, например: шина адресов, шина данных и др.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

1) между микропроцессором и основной памятью;

2) между микропроцессором и портами введения-выведения внешних устройств;

3) между основной памятью и портами введения-выведения внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки, а точнее их порты введения-выведения, через соответствующие унифицированные розьеми (стыки) подключаются к шине однообразно: или непосредственно через контролеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему - контролер шины, что формирует основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется АЗСП-кодов.

2.Структура ПК

Структура компьютера - это некоторая модель, определяющая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Системный блок- блок напольного или настольного ПК, включающий электронные модули процессора и внутренней памяти, дисковые магнитные накопители, стримеры, адаптеры ПУ, системную шину, блок питания и вентиляции.

Иерархия памяти ЭВМ - совокупность связанных между собой ЗУ, где одни устройства имеют большое быстродействие, но сравнительно небольшую емкость, другие - большую емкость, но сравнительно небольшое быстродействие. Иерархия памяти ПК показана на рис.6

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

4) между микропроцессором и основной памятью;

5) между микропроцессором и портами введения-выведения внешних устройств;

6) между основной памятью и портами введения-выведения внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки, а точнее их порты введения-выведения, через соответствующие унифицированные розьеми (стыки) подключаются к шине однообразно: или непосредственно через контролеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему - контролер шины, что формирует основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется АЗСП-кодов.

Шина адресов -- часть системной шины для передачи адресов операндов, команд и записи результатов операции в ПК.

Шина данных -- часть системной шины для передачи операндов и результатов выполнения операции в ПК.

Шина управления -- часть системной шины для передачи управляющих сигналов от УУ микропроцессора к другим устройствам ПК.

Центральный процессор -- процессор вычислительной системы, который выполняет основные операции по обработке информации и управляет работой других (вспомогательных) процессоров.

Сопроцессор -- специализированный процессор, выполняющий только определенные функции и повышающий быстродействие ПК.

Графический сопроцессор -- устанавливаемый в ПК дополнительно к центральному универсальному процессору специализированный процессор для повышения скорости обработки графической информации.

Интерфейс -- совокупность технических, программных и методических (протоколов, правил, соглашений) средств для сопряжения в вычислительной системе пользователей с устройствами и программами, а также устройств с другими устройствами и программами.

Интерфейс графический -- вид диалогового взаимодействия пользователя с ПК, при котором используются различные графические изображения (значки, пиктограммы, иконки, рисунки) объектов на экране (Например: ОС Windows).

Интерфейс командный -- вид диалогового взаимодействия пользователя с ПК, при котором используются различные команды, набираемые на клавиатуре и отображаемые на экране. Например: ОС MS DOS).

Конфигурация ПК -- совокупность аппаратных средств и соединений между ними в ПК. Основы конфигурации ПК содержатся в рекламных объявлениях. Например: рекламное объявление: 486DX2,-66/VLB/256/4/HDD 600/ FDD 1,2/1,44/SVGA 512, 0.28, green означает: микропроцессор фирмы Intel I 80486DX2 с тактовой частотой 66 МГц; локальная шина типа VLB; КЭШ -- память емкостью 256 Кбайт; ОЗУ емкостью 4 Мбайт; накопитель на жестком диске емкостью 600 Мбайт; накопители на гибких магнитных дисках емкостью 1,2 Мбайт (5,25") и 1,44 Мбайт (3,5"); видеопамять емкостью 512 Кбайт; дисплей с размером точки 0,28 мм и пониженным излучением.

Материнская плата - плата системного блока ПК, на которой расположены микропроцессор, сопроцессоры, оперативная память, системная и локальная шины, а также разъемы для подключения адаптеров.

Процессор (Пр) - устройство ЭВМ, выполняющее арифметические и логические операции над входными даннями в соответствии с программой обработки и управляющее другими техническими средствами ЭВМ. основные составляющие Пр: арифметико-логическое устройство (Алу), устройство управления (УУ), регистры (Рг).

Микропроцессор (МПр) - процессор ПК, элементной базой которого являются ИМС. Состав и основные связи МПр показаны на рис. 12.

УУ (устройство управления) -- составная часть процессора, задающая последовательность действий АЛУ и управляющая работой УВв и УВыв.

АЛУ (арифметическо-логическое устройство) -- составная часть процессора, выполняющая арифметические, логические и другие операции над данными, представленными в двоичном коде.

Рг (регистр) -- быстродействующее ЗУ на электронных переключающих элементах, входящее в состав процессора и адаптеров и предназначенное для временного хранения адресов операндов и команд, самих операндов и команд, результатов операций и др. Емкость регистра равна машинному слову или части его.

Операнд - элемент данных, участвующий в выполнении операций процессором.

Внутр. ЗУ (внутреннее ЗУ) -- совокупность быстродействующих ЗУ: ОЗУ, ПЗУ и в ряде моделей КЭШ.

ОЗУ (оперативное ЗУ) -- энергозависимое устройство типа RWM с произвольной выборкой, предназначенное для записи, хранения и выдачи информации, непосредственно участвующей в операциях, выполняемых процессором. Емкость ОЗУ персональных компьютеров достигает 32 Мбайт.

ПЗУ (постоянное ЗУ) -- энергонезависимое устройство, в которое информация записывается на заводе-изготовителе или пользователем в начале эксплуатации ЭВМ и после этого не изменяется.

КЭШ -- сверхоперативное буферное ЗУ, располагающееся между процессором и ОЗУ и предназначенное для увеличения производительности ПК на 15--20 %. Это достигается временным хранением в КЭШ часто используемых команд и данных.

3. Функциональные характеристики ПК

Основными характеристиками ПК являются:

1. Быстродействие, производительность, тактовая частота.

Быстродействие ЭВМ - число операций, производимых процессором в секунду (оп/с). Так как время выполнения различных операций разное, то применяются специальные «смеси» операций, формируемые на основе статистических исследований.

Единицами измерения быстродействия служат:

МИПС (MIP - Mega Instruction Per Second) - миллион операций над числами фиксированной запятой (точкой);

МФЛОПС (MFLOP - Mega Floting Operations Per Second) - миллион операций над числами с плавающей запятой (точкой);

КОПС (КОР - Kilo Operations Per Second) для низкопроизводителей ЭВМ - тысяча некоторых усредненных операций над числами в секунду;

ГФЛОПС (GFLOPS - Giga Floting Operations Per Second) - миллиард операций за секунду над числами с плавающей запятой (точкой).

Оценка производительности ЭВМ всегда приблизительная, потому что при этом ориентируются на некоторые усредненные или, напротив, на конкретные виды операций. Реально при решении разных задач используются и разные наборы операций. Поэтому для характеристики ПК вместо производительности обычно указывают тактовую частоту, что более объективно определяет быстродействие машины, так каждая операция требует для своего выполнения вполне определенного количества тактов. Зная тактовую частоту, можно достаточно точно определить время выполнения любой машинной операции.

Тактовая частота - частота следования управляющих сигналов (тактов), вырабатываемых процессором и задающих скорость выполнения операции. Характеризует предельную производительность ЭВМ.

2. Разрядность машины и кодовых шин интерфейса.

Разрядность - это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым может одновременно выполняться машинная операция, в том числе и операция передачи информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ПК. Для ПК приблезительно 8, 16, 32, 64 бита.

3. Типы системного и локального интерфейсов.

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

4. Объем оперативной памяти.

Объем оперативной памяти измеряется чаще всего в мегабайтах (Мбайт), реже в килобайтах (Кбайт). 1Мбайт - 1024 Кбайта = 1024^2байт.

Много современных прикладных программ при оперативной памяти объемом менее 8 Мбайт просто не работают или работают, но очень медленно.

Стоит иметь в виду, что увеличение объема основной памяти в 2 раза, кроме всего другого, дает повышение эффективной производительности ЭВМ при решении сложных задач приблизительно в 7 несколько раз.

5. Объем информации на твердых магнитных дисках (винчестерах). Винчестера измеряется обычно в мегабайтах или гигабайтах (1 Гбайт = 1024 Мбайта).

6. Тип и объем информации на гибких магнитных дисках.

Сейчас применяются в основном накоплении на гибких магнитным дисках, дискеты, диаметром 3,5 и 5,25 дюйма (1 дюйм = 25,4 мм). Первые имеют стандартный объем 1,44 Мбайта, вторые -- 1,2 Мбайта.

7. Виды и объем Кэш-памяти.

Кэш-память - это буферная, недоступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией, сохраняемой в более медленно действующих запаминающих устройствах. Например, для ускорения операций с основной памятью организуется реестровая ИОНЕ - память внутри микропроцессора (КЗШ - память первого уровня) или вне микропроцессора на материнской плате (Кэш-память второго уровня); для ускорения операций с дисковой памятью организуется Кэш-память на ячейках электронной памяти. Стоит иметь в виду, что наличие Кэш-памяти емкостью 256 Кбайт увеличивает производительность ПК приблизительно на 20%.

Тип видеомонитора (дисплея) и видеоадаптера.

Тип принтера

10. Наличие математического сопроцессора.

Математический сопроцессор позволяет в десятки раз ускорить выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой, и над двоично-кодируемыми десятичными числами.

Имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы.

Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ

Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ означает возможность использования на компьютере соответственно тех же технических элементов и программного обеспечения, что и на других типах машин.

13. Возможность работы в вычислительной сети.

14. Возможность работы в многозадачном режиме.

Многозадачный режим позволяет выполнять вычисление одновременно по нескольким программам (многопрограммный режим) или для нескольких пользователей (многопользовательский режим). Соединение во времени работы нескольких устройств машины, возможное в таком режиме, позволяет значительно увеличить эффективность ЭВМ.

15. Надежность.

Надежность - это способность системы выполнять полностью и правильно все заданные ей функции. Надежность ПК измеряется обычно средним временем нароботку на отказ.

Стоимость.

Габариты и масса.

Тема: 4 Устройства ввода и вывода информации

1. Устройства ввода информации

1.1 Устройства ввода знаковых данных

Специальные клавиатуры

Клавиатура является основным устройством ввода данных. Специальные клавиатуры предназначены для повышения эффективности процесса ввода данных. Это достигается путём изменения формы клавиатуры, раскладки её клавиш или метода подключения к системному блоку,

Клавиатуры, имеющие специальную форму, рассчитанную с учётом требований эргономики, называют эргономичными клавиатурами. Их целесообразно применять на рабочих местах, предназначенных для ввода большого количества знаковой информации. Эргономичные клавиатуры не только повышают производительность наборщика и снижают общее утомление в течение рабочего дня, но и снижают вероятность и степень развития ряда заболеваний, например туннельного синдрома костей рук и остеохондроза верхних отделов позвоночника.