Предмет информатики основные понятия
Понятие информатика Термин информатика возник во Франции (60-е гг) для названия области человеческой деятельности связанной с автоматизированной обработкой информации с помощью ЭВМ информатика информация автоматика + = ОПР.: Информатика - единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с процессами передачи и обработки ИНФОРМАЦИИ (главным образом с помощью компьютеров и телекоммуникационных средств связи).
Понятие информация ОПР.: Информация - сведения об объектах и явлениях окружающего нас мира. Объект - часть окружающего нас мира, рассматриваемая как единое целое. Примечание. На самом деле, понятие информации более широкое и в дальнейшем мы будем рассматривать его более подробно.
Структура ИНФОРМАТИКИ информатика = Технических средств (hardware) Программных средств (software) Алгоритмических средств (brainware) Информатику можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей
Измерение информации общие понятия; объем данных; единицы измерения объема данных
Можно ли измерить информацию? Вопрос о том, как измерить количество информации является достаточно сложным и будет рассматриваться отдельно. Сейчас, под измерением информации будем понимать объем данных, т.е. то количество символов, которое необходимо для передачи сообщения. Измерение объема информации происходит через подсчет количества символов, необходимых для ее передачи.
PR: мама Под термином текст будем понимать совокупность букв, чисел и спец символов (мама мыла раму, x=(y+z)/(a-b), ) Единицы измерения объема данных текст может быть преобразован в десятичный числовой код текст может быть преобразован в десятичный числовой код информация может быть представлена в виде текста информация может быть представлена в виде текста
Единицы измерения объема данных Десятичный код можно перевести в двоичный. текст может быть преобразован в десятичный числовой код текст может быть преобразован в десятичный числовой код информация может быть представлена в виде текста информация может быть представлена в виде текста Pr. (10) (2) За единицу измерения объема информации принят 1 разряд двоичного кода. ОПР.: Бит - наименьшая единица измерения объема информации = 1 разряд двоичного кода (0 или 1) ОПР.: Более крупной единицей измерения является байт. 1 байт=8 бит.
Единицы измерения объема данных Для простоты вычислений Название Соотношение с другими единицами Килобит 1 Кбит= 2 10 бит=1024 бит 1000 бит Мегабит 1Мбит= 2 20 бит=1024Кбит бит Гигабит 1Гбит= 2 30 бит= 1024Мбит бит Килобайт 1Кбайт=1024 байт 1000 байт Мегабайт 1Мбайт=1024Кбайт байт Гигабайт 1Гбайт= 1024Мбайт байт
ЭТАПЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ НА КОМПЬЮТЕРЕ
Понятие компьютер ОПР.: КОМПЬЮТЕР – это универсальное (многофункциональное) электронное автоматическое устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации. компьютер - это устройство универсальное электронное автоматическое для накопление обработка передача работы с информацией Компьютер - современный инструмент обработки информации.
ВВОД ДАННЫХ Этапы обработки информации на компьютере Пользователь ХРАНЕНИЕ ДАННЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ДАННЫХ ВЫВОД ДАННЫХ Ввод данных Хранение данных Преобразование данных Вывод данных КОМПЬЮТЕР – моделирует процесс обработки информации человеком (этапы обработки информации человеком совпадают с этапами обработки информации компьютером).
Аппаратное обеспечение компьютера Для выполнения этапов обработки информации компьютер использует различные устройства, которые составляют его аппаратное обеспечение. Аппаратное обеспечение персонального компьютера устройства (оборудование), которые используются для обработки информации
устройства ввода …… Устройства обработки и преобразования информации устройства вывода Аппаратное обеспечение компьютера
Выходная информация (в форме компьютера) Входная информация (в форме доступной для компьютерной обработки ) Аппаратное обеспечение компьютера Пользователь Постановка задачи устройства ввода Входная информация (в виде понятном человеку) Устройства обработки и преобразования информации устройства вывода Выходная информация (в форме понятной для человека)
Структурная схема ПК Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.
Ч У-ва ВВОДА Звуки, буквы, цифры, рисунки Устройства ввода - устройства преобразования информации, понятной человеку, в форму, доступную для обработки в компьютере.
Ч У-ва ВВОДА ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТР-ВА ОЗУВЗУ Системная ШИНА Оперативная память, или Оперативное Запоминающее устройство (ОЗУ), предназначена для хранения информации, изменяющейся в ходе выполнения процессором операций по ее обработке. КРАТКОВРЕМЕННОЕ ХРАНЕНИЕ ИНФОМАЦИИ !!! После выключения ПК вся СТИРАЕТСЯ информация из ОЗУ СТИРАЕТСЯ !!!
Ч У-ва ВВОДА ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТР-ВА ОЗУВЗУ Системная ШИНА CPUCPU CPU-Центральное устройство ПК, CPU - Центральное устройство ПК,обеспечивающее: 1. Управление работой всех устройств ПК; 2. Преобразование информации (операндов); 3. Выполнение находящихся в ОЗУ команд программ, работающих на ПК.
Ч У-ва ВВОДА ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТР-ВА ОЗУВЗУ Системная ШИНА CPU У-ва ВЫВОДА
Ч У-ва ВВОДА ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТР-ВА ОЗУВЗУ Системная ШИНА CPU У-ва ВЫВОДА ПЗУ Постоянная память, или Постоянное Запоминающее Устройство (ПЗУ) - память только для чтения – память только для чтения. !!! ПЗУ содержит программы начальной загрузки и тестирования узлов компьютера !!!
Структурная схема ПК Пользователь устройства ввода устройства вывода системный блок системная шина ЦПУ основная память постоянная оперативная Внешняя память
УСТРОЙСТВА ВВОДА ОПР.:Устройства ввода - устройства преобразования информации, понятной человеку, в форму, доступную для обработки в компьютере. Примечание. Многообразие устройств ввода определяется видами информации, которые необходимо ввести для обработки в компьютер. Современные устройства ввода умеют преобразовывать входную информацию различной природы: символьную, графическую, звуковую информацию и видеоизображение. Примеры устройств ввода Клавиатура, Мышь, Трекбол, Джойстик, Граф. планшет, Световое перо, Микрофон, Сканер.
УСТРОЙСТВА ВЫВОДА ОПР.: Устройства вывода - устройства преобразования выходной информации из формы, доступной для обработки в компьютере к виду, понятному человеку. Прим. Компьютер с помощью устройств вывода выдает результаты, хранимые в памяти после обработки входной информации. Примеры устройств вывода Монитор, Принтер, Плоттер, Колонки и динамик.
ПЕРЕФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА Устройства ввода, вывода, передачи информации (модем …) принято называть периферийными, так как они, как правило, реализуются в виде отдельных устройств и соединены с компьютером специальными соединительными проводами или кабелем.
Структурная схема ПК Пользователь устройства ввода устройства вывода системный блок системная шина ЦПУ основная память постоянная оперативная Внешняя память ГТИ
Запоминающие устройства ПК
Регистровая КЭШ-память Постоянная Оперативная Основная память Внешняя память Виды запоминающих устройств
Регистровая Кэш-память Регистровая Кэш-память – буферная быстродействующая память, автоматически используемая ПК для ускорения операций с информацией, хранящейся в более медленно действующих ЗУ. Например, может быть использована для ускорения операций с ОП регистровая КЭШ-память внутри МП (КЭШ-память 1-го уровня) или вне МП на материнской плате (КЭШ-память 2-го уровня) системный блок системная шина ЦПУ основная память постоянная оперативная Внешняя память КЭШ- память 2 КЭШ- память 1 Кэш-память не доступна для пользователя ГТИ
ОСНОВНАЯ ПАМЯТЬ Основная память содержит оперативное (RAM – Random Access Memory) и постоянное (ROM – Read-Only Memory) запоминающие устройства.
ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ Оперативная память, или Оперативное Запоминающее устройство (ОЗУ), предназначена для хранения информации, изменяющейся в ходе выполнения процессором операций по ее обработке. Оперативную память можно представить как совокупность ячеек памяти. В каждую ячейку можно записать машинное слово. Машинное слово – фиксированная упорядоченная последовательность битов, рассматриваемая аппаратной частью компьютера как единое целое. В оперативной памяти в виде машинных слов хранятся как данные, так и программы.
Адресуемость – каждая ячейка памяти имеет свой номер, который и является ее адресом. Произвольный доступ – это возможность обращения к ячейке памяти. Дискретность структуры – представление ОЗУ как совокупности ячеек памяти. объем памяти. Энергозависимость ОЗУ, обусловлена его физической структурой. Физически для построения ОЗУ используют микросхемы динамической и статической памяти, для которых сохранение бита информации означает сохранение электрического заряда. Энерго- зависимость Дискретность структуры Произвольный доступ Адресуемость Свойства ОЗУ !!! После выключения компьютера информация из оперативной памяти стирается !!!
ПОСТОЯННАЯ ПАМЯТЬ Постоянная память, или Постоянное Запоминающее Устройство (ПЗУ) – память только для чтения ПЗУ строится на основе установленных, на материнской плате модулей (кассет) и используется для хранения неизменяемых загрузочных программ ОС, программ тестирования устройств, некоторых драйверов базовой системы ввода/вывода (BIOS) и др. Из ПЗУ можно только считывать информацию, запись в ПЗУ осуществляется вне ПК в лабораторных условиях. Модули ПЗУ имеют емкость, как правило, не превышающую нескольких сот килобайт. ПЗУ – энергонезависимое ЗУ..
Сохранение информации после выключения компьютера Энерго НЕзависимость Возможность перепрограммирования только в лабораторных условиях Свойства ПЗУ
ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ Внешняя память позволяет сохранить информацию после выключения компьютера.
Оптические Смешанные Сменные Магнитные Несменные Бобинные Кассетные Ленточные Дисковые Внешние ЗУ стриммеры Накопители на гибких магнитных дисках - ДИСКЕТЫ Накопители на жестких магнитных дисках - HDD СDСDСDСD ZIP
МИКРОПРОЦЕССОР (CPU) Микропроцессор – функционально законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких БИС (СБИС) Микропроцессор (Central Processing Unit (СPU)) – ЦЕНТРАЛЬНОЕ устройство компьютера
Управление работой всех устройств компьютера Постоянная Оперативная Преобразование информации (операндов) = Обработка информации Внешняя память Назначение процессора
L1-КЭШ L2-КЭШ Устройство Управления (УУ) Блокцелочисленныхопераций Математический сопроцессор (FPU) Арифметико- Логическое устройство (АЛУ) Микропроцес- сорная память (МПП) Интерфейсное устройство Структура процессора Выполнение процессором команды предусматривает: арифметические действия;арифметические действия; логические операции;логические операции; передачу управления;передачу управления; перемещение данных из одного места памяти в другоеперемещение данных из одного места памяти в другое
ЭТАПЫ ОБРАБОТКИ КОМАНДЫ
ВНУТРИМАШИННЫЙ СИСТЕМНЫЙ ИНТЕРФЕЙС Для обеспечения работы компьютера, необходимо обеспечить взаимодействие между всеми его блоками
Многосвязный внутримашинный системный интерфейс Односвязный внутримашинный системный интерфейс Варианты организации внутримашинного системного интерфейса Каждый блок ПК связан с прочими блоками своими локальными проводами (RETRO) Все блоки ПК связаны друг с другом через системную шину (NOW)
СИСТЕМНАЯ ШИНА Системная шина – основная интерфейсная система современного ПК, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина – это набор электронных линий, связывающих центральный процессор, основную память и периферийные устройства воедино относительно передачи данных, служебных сигналов и адресации памяти.
Провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания Содержит провода и схемы сопряжения для передачи инструкций во все блоки компьютера Содержит провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства Содержит провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда Кодовая шина адреса (КША) Кодовая шина данных (КШД) Кодовая шина инструкций (КШИ) Шина питания Структура системной шины
CPU ОП CPU ВУ ВУ ОП НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
Разрядность шины Разрядность шины – количество бит информации, передаваемое по шине параллельно Разрядность ША характеризует максимально допустимый объем адресуемой памяти Разрядность ШД определяет размер передаваемого машинного слова Производительность системной шины определяется ее пропускной способностью. Пропускная способность системной шины = f (разрядности)
Понятие адаптер Присоединение внешних устройств к системной шине производится посредством контроллеров, часто называемых адаптерами (видеоадаптер, адаптер НЖМД, адаптер НГМД, адаптер принтера и т.д.).
Материнская плата (Motherboard) Дочерние платы (платы расширений) содержит все устройства, необходимые для работы компьютера СИСТЕМНАЯ ПЛАТА Конструктивно составные части системного блока и системная шина расположены на системной плате Виды системных плат Одноплатная All-In-One Шиноориентированная