| Victor_Pasyk | Дата: Четвер, 08.08.2013, 23:24:32 | Повідомлення # 1 |
 Активіст
Група: Адміністратор
Повідомлень: 226
Статус: Offline
| Лекція №1
Тема. Поняття про обчислювальну систему. Двійкова система числення
Література
1. Зарецька І.Т. та ін. Інформатика: Підручник для 10-11 класів загально освіт. навч. У 2-х част. – К.: Форум, 2004. – 392с.: іл. Ч.1. С.5-9, 12-14, 24-25.
2. Дибкова Л.М. Інформатика та комп’ютерна техніка: Посібник для студентів вищих навчальних закладів. – К.: ”Академвидав”, 2002. – 320с. С. 9-12.
3. В.В. Браткевич та ін. Інформатика: Комп’ютерна техніка. Комп’ютерні технології: Підручник для студентів вищих навчальних закладів/ За ред. О.І.Пушкаря. – К.: Видавничий центр „Академія”, 2002. – 704с. С. 9-12.
4. Клименко О.Ф., Головко Н.Р., Шарапов О.Д. Інформатика та комп’ютерна техніка: Навч.-метод. посібник/ За заг. ред. О.Д. Шарапова. – К.: КНЕУ, 2002. – 534с. С. 3-7.
5. Глинський Я.М. Інформатика: Навч. посібник для учнів 8-11 кл. середн. шк.: У 2-х кн. – Кн. 2. Інформаційні технології. – Львів: «Деол», 2001. С. 3-19.
План
1. Короткі історичні відомості про розвиток обчислювальної техніки, покоління комп’ютерів.
2. Поняття інформації. Види і властивості інформації.
3. Кодування інформації. Одиниці вимірювання інформації.
4. Двійкова система числення.
1. Короткі історичні відомості про розвиток обчислювальної техніки, покоління комп’ютерів.
Жоден технічний пристрій не удосконалювався так швидко, як комп’ютери. Кожні 10-12 відбувалися суттєві зміни у їхніх конструкціях ат способах виробництва. Нові моделі швидко витісняли застарілі. Можливості та сфери їхнього застосування щораз розширювалися, а на відміну від інших пристроїв, наприклад телевізорів чи автомобілів собівартість і ціна постійно знижувались.
Перший комп'ютер під назвою ENІAC був створений на замовлення міністерства оборони США в 1945 р. групою інженерів під керівництвом Джона Маушлі і Джона Преспера Еккерта.
Маса ENIAC була 30т. Вона містила 18 тисяч радіоламп, через велику кількість випромінюваного тепла вимагала потужних кондиціонерів, швидкодія — 5 тисяч операцій за секунду. Програму роботи набирали вручну перемикачами і кабелями на спеціальному полі. Комп'ютер працював ненадійно, кожної години виходив з ладу. Але на ньому були виконані найскладніші на той час розрахунки.
Американський математик Джон фон Нейман запропонував записувати програму в електронну пам'ять комп'ютера для її виконання. Досить з архіву занести програму в пам'ять — і комп'ютер готовий до роботи. Оскільки електронна пам'ять працює швидше, виконання програми із пам'яті різко збільшило швидкодію комп'ютера.
Джон фон Нейман запропонував також використовувати двійкову систему числення для виконання обчислень і запису команд програми. Це значно спростило будову пристроїв і дозволило звести будь-яку арифметичну або логічну дію до виконання додавання двійкових чисел у відповідних кодах.
Перший комп'ютер із програмою в пам’яті одержав назву EDSAC. Він був створений в Кембріджському університеті (Англія) в 1949 р. З того часу в усіх комп'ютерах інформація, що обробляється, і необхідні для цього програми знаходяться в оперативній пам'яті.
Основоположником обчислювальної техніки в СРСР і на Україні був академік Сергій Олексійович Лебедєв. Під його керівництвом в Електро-технічному інституті в Києві у 1951 році був створений перший в СРСР комп'ютер з назвою МЭСМ (малая электронно-счётная машина). Пізніше, уже в Московському інституті точної механіки і обчислювальної техніки С.О.Лебедєв керував створенням найшвидкодіючої (1 мільйон операцій за секунду) у світі на той час великої електронно-обчислювальної машини БЭСМ-6 (1952 рік).
Одна з таких машин відпрацювала 25 років в академічному містечку Новосибірська, за що була занесена у книгу рекордів Гіннеса.
В розвитку комп'ютерів визначають чотири покоління в залежності від використаної при їх виробництві елементної бази. Елементна база – це радіоелектронні елементи з яких будуються модулі комп’ютера.
Комп'ютери 1-го покоління (50-ті роки минулого століття) мали елементною базою радіолампи. Такі комп'ютери вимагали для свого розміщення великі приміщення з кондиціонерами для охолодження. Комп'ютери були дуже об'ємні, нена¬дійні, мали низьку швидкодію.
Програми для них розроблялись в машинних кодах. Програми з одних комп'ютерів не підходили для інших. Введення даних і програм проводи¬лось за допомогою набірних полів із штекерами та перфокарт, інформа¬ція зберігалася на широких магнітних стрічках і на магнітних барабанах.
Комп'ютери 2-го покоління (60-ті роки) з кращими характеристиками з'явились у 1955 р. з появою транзисторів. Габарити комп'ютера зменшились і для його розміщення достатньо було машинної зали.
За пультам такого комп'ютера працював один оператор, з'явились нові накопичувана на магнітній стрічці, електрифікована друкарська машинка для керування роботою, введення даних і програм здійснювалось з перфокарт і перфострічок, з'явились мови програмування "для людини ": Фортран, Кобол, Бейсик.
В комп'ютерах з-го покоління (70-ті роки) замість транзисторів застосовуються інтегральні схеми, у яких на одній кремнієвій пластині розміщуються десятки, сотні і тисячі елементів. Розміри комп'ютера зменшились до роз¬мірів кількох шаф, швидкодія збільшилась до мільйонів операцій за секунду.
На комп'ютері змогли одночасно працювати кілька операторів, застосовувались віддалені термінали у вигляді дисплеїв (моніторів), з'яви¬лись комп'ютерні мережі, впроваджені перші гнучкі магнітні диски. Про¬грами і технічні засоби стандартизуються, що дало можливість копіювати і поширювати програми.
Мікропроцесор — це пристрій невеликих розмірів (не більше сірни¬кової коробки), що є набором електронних схем, які вмістились на крихіт¬ному кристалі кремнію.
Мікропроцесор дав можливість створити комп'ютер 4-го покоління (80-ті роки і до сьогодні). Серед них найбільш популярні невеликі зі розмірами персональні комп'ютери. Персональні комп'ютери з'явились в США в 1976 році (фірма Аpple) і в 1981 році (фірма IBM).
Не дивлячись на невеликі розміри і вартість, ці комп'ютери за своїми можливостям перевершують комп'ютери попередніх поколінь і здатні задовольнити більшість потреб підприємств і окремих осіб.
Персональні комп'ютери можуть працювати у всесвітній мережі Інтернет і забезпечувати користувача науковою, довідковою, навчаль¬ною, культурною і розважальною інформацією. Спілкування з персональ¬ним комп’ютером стало простим і природним завдяки застосуванню засобів мультимедіа. Мультимедиа — це поєднання кількох видів інформації (текстової, графічної, музичної, відео) або сукупність пристроїв для відтворення такого комплексу інформації.
Комп'ютери 5-го покоління згідно прогнозів будуть викорис¬товувати елементну базу оптичної електроніки, біоелектроніки, моле¬кулярної електроніки, біоніки і досягнень нейроінженерії.
Такі комп'ютери будуть мати нетрадщійну архітектуру, природну форму спілкування з користувачем (наприклад, голосом), елементи штуч¬ного інтелекту (наприклад, здатність до самонавчання).
2. Поняття інформації. Види і властивості інформації.
У процесі науково-практичної діяльності людство виділило такі узагальнені абстрактні поняття, як речовина (матерія), енергія та інформація.
Термін «інформація» походить від латинського informatio, що означає пояснення, ви¬клад, тлумачення. Поняття «інформація» багатозначне, належить до первісних понять інформа¬тики. Строгого означення йому не дають, але характеризують його, перераховуючи властивості інформації.
Властивості інформації:
1) Об'єктивність. Інформація — відображення зовнішнього світу, а він існує незалеж¬но від нашої свідомості, знань, думок та суджень про нього.
2) Достовірність. Інформація є достовірною, якщо вона відображає істинний стан справ. На основі достовірної інформації можуть прийматися правильні рішення.
3) Повнота. Інформацію можна назвати повною, якщо її достатньо для розуміння ситу¬ації та прийняття рішення.
4) Актуальність інформації — важливість, істотність для даного часу.
5) Корисність. Ступінь корисності інформації залежить від потреб конкретних людей і від тих задач, які за допомогою отриманої інформації можна розв'язати.
Таким чином, інформація — це набір відомостей про об'єкти, явища і процеси навколи-шнього світу. Інформація — це відомості, знання, які ми отримуємо із зовнішнього світу або які передаються від одного об'єкта до іншого (наприклад, від одного комп'ютера до іншого).
Характерні риси інформації:
1) Інформація — це нематеріальна субстанція, але передається вона за допомогою мате-ріальних носіїв — знаків і сигналів — або за допомогою фізичних процесів, які змінюються з перебігом часу;
2) Інформація залежить не тільки від самих знаків та сигналів, але від їх взаємного роз-ташування;
3) Якщо з однієї точки простору інформація передається в іншу, то в початковій точці вона не зникає;
4) Інформація є зрозумілою лише для того, хто здатний її розпізнати.
У широкому розумінні інформація — це відображення реального (матеріального світу) у вигляді знаків та сигналів.
Будь-якого виду інформація передається за допомогою конкретних повідомлень. Пові-домлення, як і інформація, належать до основних, неозначуваних понять інформатики. Вони не означаться через інші поняття. Повідомлення формуються як послідовності знаків, сигналів або за допомогою фізичних процесів, що є функціями часу, тобто мають матеріально-енергетичну основу.
Відповідність між повідомленням і інформацією не є взаємно однозначною. Одну й ту саму інформацію можна передати за допомогою різних повідомлень, наприклад, різними мова¬ми чи доданням несуттєвого повідомлення, що не несе ніякої додаткової інформації. З іншого боку, одне й те саме повідомлення може сприйматися по-різному, тобто може передавати при цьому різну інформацію. Наприклад, різні люди, читаючи одну й ту саму статтю, отримують рі¬зну інформацію залежно від рівня сприйняття, підготовленості тощо.
Таким чином, інформація залежить від того, як інтерпретується (трактується) повідом¬лення, за допомогою якого вона передається.
Види інформації:
За способом сприймання: зорова, слухова, дотикова, смакова, нюхова.
За формою подання:
текстова— інформація, яка міститься в усій друкованій літературі або відображаєть¬ся технічними пристроями у вигляді текстів;
графічна — картини, малюнки, графіки, діаграми, схеми тощо (сюди слід віднести і відеоінформацію);
звукова інформація — усне мовлення, музичні мелодії, шумові ефекти;
чисельна — набори числових даних;
керуюча — вказівки, команди, накази, які передаються певним виконавцям. Вико-навцями команд можуть бути живі істоти та технічні пристрої такі, як роботи, станки з число¬вим програмним керуванням, комп'ютери.
За суспільним значенням: особиста, суспільна.
За способом циркулювання і обміном інформації:
соціальна (обмін інформацією між людиною і людиною);
технічна (обмін інформацією між людиною та автоматом, автоматом і автоматом);
біологічна (інформація в тваринному і рослинному світі);
генетична (передача інформації від клітини до клітини).
Операції, які можна виконувати з інформацією називаються інформаційними процесами. Інформаційні процеси можна умовно розкласти на три складові: зберігання, передачу, обробку.
3. Кодування інформації. Одиниці вимірювання інформації.
Інформація кожного виду подається в пам'яті обчислювальних машин за допомогою чи-слових кодів, які на фізичному рівні машин зберігаються у двійковому поданні.
Кодування — це процес заміни знаків одного набору знаками іншого набору при збере-женні змісту тієї інформації, яка за допомогою цих знаків подається.
Якщо кодування здійсню¬ється за допомогою двох елементів (наприклад, + і –, 0 і 1), то таке кодування називається двій¬ковим.
Двійкове кодування інформації для подання її в пам'яті обчислювальних машин здійснюється за допомогою цифр 0 і 1 двійкової системи числення. Подання інформації за до-помогою двійкових кодів конструктивно і технічно виявилося зручним тому, що двом знакам, які для цього використовуються, можуть відповідати два різні фізичні стани: намагнічена або розмагнічена елементарна ділянка на поверхні магнітного диска, тече через провідник струм чи ні, зафіксовано світловий промінь чи ні тощо.
Будь-яка інформація в комп’ютері передається за допомогою двійкових чисел. Найменшою кількістю інформації є одне з двох можливих значень – 0 або 1. Така кількість інформації називається біт.
Біт – це кількість інформації, що необхідна для однозначного визначення однієї з двох рівноймовірних подій.
Комбінація з 8 біт = 1 байт – машинне слово. (1байт=8біт)
Для вимірювання великих об’ємів інформації використовують кіло-, мега-, гігабайти.
1 КБ(кілобайт) = 210 байт = 1024 байт
1 МБ(мегабайт) = 210 КБ = 1024 КБ
1 ГБ(гігабайт) = 210 МБ = 1024 МБ
Кодування текстової інформації. Сукупність усіх символів, за допомогою яких здійс-нюється спілкування з комп'ютером, утворює кодову таблицю. Однією з найбільш відомих ко-дових таблиць є таблиця ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Вона міс¬тить 256 символів. Символи в кодових таблицях нумеруються числами, і ці номери називаються кодами символів.
Тексти слід розглядати як послідовності символів, і текстова інформація в пам'яті обчислюва¬льних машин подається у вигляді послідовності числових кодів тих символів, з яких вона складається.
Кодування графічної інформації. Графічна інформація, яку можуть опрацьовувати об-числювальні машини, є дискретною. Графічні зображення на екранах моніторів формуються шляхом підсвічення усіх точок екрану в певні кольори. Елементом графічного зображення є то¬чка, або піксель (Picture Element). У практиці використовують таблиці, які містять 16, 256, 65536, понад 4 млн. і більшу кількість кольорів.
Поширеним підходом для кодування графічних зображень є занесення в пам'ять обчис-лювальних машин кодів кольорів тих точок, з яких воно складається, причому в такій послідо-вності, в якій ці точки підсвічуються на екрані (в кожному рядочку зліва направо, рядочки під-свічуються зверху вниз). На основі цього завжди можна підрахувати, який об'єм пам'яті потрібний для збереження графічного зображення. Часто графічна інформація під час кодуван¬ня за допомогою певних алгоритмів стискується.
Кодування чисельної інформації. Двійкові коди цілих чисел будуються шляхом пере-ведення їх у двійкову систему числення.
Для запам'ятовування цілих чисел виділяється певна кількість байт (часто 2), які нази-ваються машинними словами і в які будуть заноситися їх двійкові коди. Крайній лівий біт ма-шинного слова виділяється для кодування знаку числа. Решта бітів займає двійкове подання числа без знаку, яке при потребі доповнюється незначущими нулями до потрібної довжини.
Дійсні числа можуть бути подані у формі з фіксованою або плаваючою крапками. При кодуванні дійсних чисел з фіксованою крапкою один розряд (крайній лівий) виділяється для запам'ятовування знаку числа, а решта розрядів поділені на дві частини: в одну з них заносить¬ся код цілої частини, а в іншу — код дробової.
Перед кодуванням дійсні числа у формі з плаваючою крапкою зводять до стандартного нормалізованого виду: m•10р, де m — мантиса числа (0≤m≤l), p — порядок числа. Машинне слово такого числа містить два знакові біти: один — для знаку мантиси, а другий — для знаку порядку. Решта бітів поділяється на дві частини, в одну частину поміщається код порядку, а в іншу — код мантиси. Кількість бітів, які виділяються для мантиси та порядку, залежить від ти¬пу обчислювальної машини та програмних засобів, які на ній використовуються.
Кодування звукової інформації. За своєю фізичною природою звук, який сприймається органами слуху людини, — це звукові хвилі, які розповсюджуються у пружному середовищі. Математично такі хвилі описуються рівностями, до складу яких входять такі визначальні чис¬лові величини, як частота коливань, амплітуда, фаза зміщення. А це с числа, які кодуються за загальноприйнятими правилами.
Кодування керуючої інформації. Керуюча інформація призначена для сприйняття її деяким виконавцем. Якщо виконавцем є технічний пристрій, то він володіє певною системою команд, які можна подавати на його вхід. Якщо виконавцем команд є мікропроцесорна техніка (калькулятори, комп'ютери тощо), то систему команд таких виконавців утворюють команди їх процесорів. Для комп'ютерів ці команди утворюють мову машинних команд. Керуюча інфор¬мація а такому випадку записується у вигляді відповідних програм.
Систему команд кожного виконавця можна подати у вигляді таблиці, де кожній команді відповідає свій номер, що називається кодом команди. Під час кодування керуючої інформації записується послідовність кодів тих команд, з яких вона складається.
Контрольні запитання
1. Що таке інформатика? Яка головна функція інформатики?
2. Що розуміється під терміном "Інформація"?
3. Коли і як відбуваються інформаційні процеси?
4. Які об'єкти беруть участь в інформаційному процесі?
5. Що таке "інформаційні технології" та "інформаційні ресурси"?
6. Які форми використовують для подання інформації?
7. Які характеристики інформації у символьній, текстовій і графічній формах?
8. У яких двох видах може бути інформація? Які характеристики цих видів?
9. Чому віддають перевагу інформації в дискретному виді?
10. Коли інформація стає шумом і як відбувається їх взаємоперетворення?
11. Якими одиницями вимірюють об'єм інформації?
12. Як і для чого і яким чином кодується інформація в комп'ютері?
13. Як побудована кодова таблиця символів ASCII?
14. Які властивості повинна мати інформація?
15. Яка структура інформаційного процесу?
16. Чим незручна традиційна форма зберігання інформації?
17. Яким чином в комп'ютері записується інформація?
18. Які переваги сучасної форми зберігання інформації?
19. Які технічні характеристики мав перший комп'ютер?
20. Що запропонував Джон фон Нейман? Які це викрило можливості?
21. Які технічні характеристики мали комп'ютери 1-го покоління?
22. Які технічні характеристики мали комп'ютери 2-го покоління?
23. Які технічні характеристики мали комп'ютери 3-го покоління?
24. Які можливості надають персональні комп'ютери?
25. Які прогнози технічних характеристик комп'ютерів 5-го покоління?
26. Як допомагають комп'ютери у плануванні і керуванні виробництвом?
27. Чим корисні комп'ютери при виробництві кіно- і мультфільмів?
28. Які основні галузі застосування комп'ютерів?
|
| |
| |
