ИНФОРМАТИКА КАК ЕДИНСТВО НАУКИ И ТЕХНОЛОГИИ

Информатика - это комплексная, техническая наука, которая систематизирует приемы создания, сохранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ними.

Появление информатики обусловлено возникновением и распространением новой технологии сбора, обработки и передачи информации, связанной с фиксацией данных на машинных носителях.

Информатика – отнюдь не только «чистая наука». У нее имеется научное ядро, но важная особенность информатики – широчайшие приложения, охватывающие почти все виды человеческой деятельности: производство, управление, науку, образование, проектные разработки, торговлю. Финансовую сферу, медицину, криминалистику, охрану окружающей среды и др. И, может быть, главное для них – совершенствование социального управления на основе новых информационных технологиях.

Как наука, информатика изучает общие закономерности свойственные информационным процессам. Когда разрабатываются новые носители информации, каналы связи, приемы кодировки, визуального отображения информации и многое другое, конкретная природа этой информации почти не имеет значения.

Для разработки системы управления базами данных (СУБД) важны общие принципы организации и эффективность поиска данных, а не то, какие конкретно данные будут затем заложены в базу многочисленными пользователями. Эти общие закономерности есть предмет информатики как науки.

Объектомприложений информатики являются самые различные науки и области практической деятельности, для которых она стала непрерывным источником самых современных технологий, называемых часто «новые информационные технологии» (НИТ). Многообразные информационные технологии, функционирующие в разных видах человеческой деятельности (управлении производственным процессом, проектировании, финансовых операциях, образовании и т.п.), имея общие черты, в то же время существенно различаются между собой.

Предмет информатики как науки составляют:

· аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

· программное обеспечение средств вычислительной техники;

· средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

· средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Средства взаимодействия в информатике принято называть интерфейсом. Поэтому средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения иногда называют также программно-аппаратным интерфейсом, а средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами - интерфейсом пользователя.

Основной задачей информатики как науки - это систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники. Цель систематизации состоит в том, чтобы выделять, внедрять и развивать передовые, более эффективные технологии автоматизации этапов работы с данными, а также методически обеспечивать новые технологические исследования.

СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОЙ ИНФОРМАТИКИ

Рассмотрим «ядра» современной информатики. Каждая из частей может рассматриваться как относительно самостоятельная научная дисциплина; взаимоотношение между ними примерно такие же, как между алгеброй, геометрией и математическим анализом в классической математике – все они хоть и самостоятельные дисциплины, но, несомненно, части одной науки.

Теоретическая информатика – часть информатики, включающая ряд математических разделов. Она опирается на математическую логику и включает такие разделы как теория алгоритмов и автоматов, теория информации и теория кодирования, теория формальных языков и грамматик, исследование операций и другие. Этот раздел информатики использует математические методы для общего изучения процессов обработки информации.

Вычислительная техника – раздел, в котором разрабатываются общие принципы построения вычислительных систем. Речь идет не о технических деталях и электронных схемах, а о принципиальных решениях на уровне так называемой архитектуры вычислительных систем, определяющей состав, назначение, функциональные возможности и принципы взаимодействия устройств.

Программирование – деятельность, связанная с разработкой систем программного обеспечения. Основные разделы современного программирования: создание системного программного обеспечения и создание прикладного программного обеспечения. Среди системного – разработка новых языков программирования и компиляторов к ним, разработка интерфейсных систем. Среди прикладного программного обеспечения общего назначения самые популярные – системы обработки текстов, электронные таблицы, системы управления базами данных. В каждой области предметных приложений информатики существуют множество специализированных прикладных программ более узкого назначения.

Информационные системы – раздел информатики, связанный с решением вопросов по анализу потоков информации в различных сложных системах, их оптимизации, структурировании, принципах хранения и поиска информации. Информационно-справочные системы, информационно-поисковые системы, гигантские современные глобальные системы хранения и поиска информации (включая Internet) в последнее десятилетие привлекают внимание все большего круга пользователей.

Искусственный интеллект – область информатики, в которой решаются сложнейшие проблемы, находящиеся на пересечении с психологией, физиологией, лингвистикой и другими науками. Исследования по искусственному интеллекту, несмотря на полувековую историю, все еще не привели к решению ряда принципиальных проблем. Основные направления работы этой области: моделирование рассуждений, компьютерная лингвистика. Машинный перевод, создание экспертных систем, распознавание образов и другие.

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИНФОРМАТИКИ

Информатика - практическая наука. Ее достижения должны проходить проверку на практике и приниматься в тех случаях, если они отвечают критерию повышения эффективности. В составе основной задачи сегодня можно выделить такие основные направления информатики для практического применения:

· архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);

· интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);

· программирование (приемы, методы и средства разработки комплексных задач);
преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);

· защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных);

· автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);

· стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, между форматами представления данных, относящихся к разным типам вычислительных систем).

На всех этапах технического обеспечения информационных процессов для информатики ключевым вопросом есть эффективность. Для аппаратных средств под эффективностью понимают соотношение производительности оснащение к его стоимости. Для программного обеспечения под эффективностью принято понимать производительность работающих с ним пользователей. В программировании под эффективностью понимают объем программного кода, созданного программистами за единицу времени. В информатике все жестко ориентировано на эффективность. Вопрос как осуществить ту или другую операцию, для информатики важный, но не основной. Основным является вопрос, как совершить данную операцию эффективно.

В рамках информатики, как технической науки можно сформулировать понятия информации, информационной системы и информационной технологии.

ИНФОРМАЦИЯ, ЕЕ ВИДЫ И СВОЙСТВА

Понятие информация является одним из фундаментальных в современной науке информатике. Информацию наряду с веществом и энергией рассматривают в качестве сущности мира, в котором мы живем. Однако если задаться целью формально определить понятие «информация», то сделать это будет чрезвычайно сложно (это как неопределяемые понятия в математике). Понятие информация в науке носит философский характер и является предметом для постоянных научных дискуссий.

Известно, что термин информация происходит от латинского informatio, что означает разъяснение, осведомление, изложение.

С позиции материалистической философии информация есть отражение реального мира с помощью сведений (сообщений). Сообщение — это форма представления информации в виде речи, текста, изображения, цифровых данных, графиков, таблиц и т.п.

В широком смысле информация — это общенаучное понятие, включающее в себя обмен сведениями между людьми, обмен сигналами между живой и неживой природой, людьми и устройствами.

В простейшем бытовом понимании с термином «информация» обычно ассоциируют некоторые сведения, данные, знания и т.п. Информация передается в виде сообщений,определяющих форму и представление передаваемой информации. Примерами сообщений являются музыкальные произведения, телепередачи, команды регулировщика на перекрестке, текст, напечатанный на принтере и т.д. При этом предполагается, сто имеются «источник информации» и «получатель информации».

Сообщение от источника к получателю передается посредством какой-нибудь среды, являющейся в таком случае «каналом связи». Так при передаче речевого сообщения в качестве канала связи можно рассматривать воздух, в котором распространяются звуковые волны, а в случае передачи письменного сообщения каналом связи можно считать лист бумаги, на котором написан текст.

Наряду с информацией в информатике часто употребляется понятие данные. Покажем, в чем их отличие.

Данные имеют материальную природу — их можно создать или уничтожить, размножить и переместить. Данные можно сравнивать между собой по содержанию и различать тождественные и нетождественные данные. Однако даже тождественные данные, воспроизведенные в разном контексте, дают нетождественную информацию. Таким образом, данные — это зарегистрированные сигналы. Данные материальны, как материален мир, окружающий нас, и объективны, как объективны все материальные объекты.

Данные могут рассматриваться как признаки или записанные наблюдения, которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся. В том случае, если появляется возможность использовать эти данные для уменьшения неопределенности о чем-либо, данные превращаются в информацию. Поэтому можно утверждать, что информацией являются используемые данные.

Существует два подхода к определению понятия «информации».

1. Субъективный подход.

Человеку свойственно субъективное восприятие информации через некоторый набор ее свойств: важность, достоверность, своевременность, доступность и т.д. С этой позиции информация – это знания, сведения, которыми обладает человек, которые он получает из окружающего мира.

В этом смысле одно и то же сообщение, передаваемое от источника к получателю, может передавать информацию в разной степени.

2. Кибернетический подход.

Данный подход получил развитие в кибернетике. Именно этот подход позволяет создавать машины, работающие с информацией. С этой точки зрения, информация – это содержание последовательностей символов (сигналов) из некоторого алфавита. В этом случае все виды информационных процессов (хранение, обработка, передача информации) сводиться к действиям над сигналами, что и происходит в технических информационных системах.

Информация может быть внешней и внутренней. Если информация – содержимое нашей памяти, то она считается внутренней или оперативной информацией, которой обладает человек.

Если информация хранится в записях на бумаге, магнитных носителях, в книге, то такую информацию называют внешней.

Информация - это совокупность сведений (данных), которая воспринимается из окружающей среды (входная информация), выдается в окружающую среду (исходная информация) или сохраняется внутри определенной системы.

Информация существует в виде документов, чертежей, рисунков, текстов, звуковых и световых сигналов, электрических и нервных импульсов и т.п.

Виды информации:

Принято различать: текстовую (текст в книге), числовую(экономический отчет), графическую информацию(иллюстрация в учебнике) и звуковую (речь человека).

Помимо этого существуют другие классификации видов информации:

1. По способу передачи и восприятия. Информацию, передаваемую видимыми образами и символами, называют визуальной, звуками – аудиальной, ощущениями – тактильной, запахом и вкусом – оргоно-лептической, а выдаваемую или воспринимаемую ЭВМ – машинной.

2. По признаку область возникновения. Элементарная (отражающая процессы и явления неодушевленной природы), биологическая (процессы живой природы) и социальная (человеческого общества).

3. По признаку формы представления информации: непрерывная и дискретная.

Важнейшие свойства информации:

1. Объективность— это соответствие объективной реальности. Объективность информации редко бывает абсолютной. Это связано с тем, что хотя данные по своей материальной природе всегда объективны, информационные методы, как правило, субъективны.

2. Полнота информацииопределяется количеством информации, собранной об объекте или явлении. Говорят, что информация может считаться полной, если ее достаточно для принятия какого-либо решения.

3. Достоверность информациииногда путают с объективностью. На самом деле это другое свойство. Достоверность информации — это характеристика ее неискаженности. Искаженность может быть преднамеренной и непреднамеренной (естественной). В первом случае говорят о ложной информации (такие случаи мы рассматривать не будем), а во втором случае говорят об информации, имеющей неполную достоверность.

Существует множество причин для искажения информации. Прежде всего, искажения связаны с несовершенством используемых информационных методов. Нельзя абсолютно достоверно измерить массу тела, его размеры, скорость — всегда существует какая-то погрешность измерения. Вторая причина неполной достоверности тоже связана с информационными методами и заключается в наличии информационных шумов — регистрации паразитных данных. Так, например, ни одна звукозапись не может достоверно передать звучание музыкального инструмента или голос певца. Всегда есть какие-то шумы при записи и воспроизведении данных.

4. Адекватность информациичасто путают как с объективностью, так и с достоверностью. Это особое свойство отражает соответствие информационного объекта целям и задачам его использования (а не объективной реальности). В частности, от моделей требуется не достоверность, не объективность, а именно адекватность.

5. Актуальность информации. Свойство актуальности информации выражает степень ее соответствия текущему моменту времени. Информация может стареть. Это явление особенно важно учитывать при управлении. Сведения, еще вчера бывшие объективными, сегодня могут не отражать объективную реальность. В информатике поддержание актуальности информации обеспечивается регулярностью обслуживания информационных связей, поставляющих данные, информационными методами потребителя информации.

6. Доступность информации.Под доступностью информации понимается как доступность данных, так и доступность информационных методов для их воспроизведения. Доступностью информации можно управлять. Существуют условия, которые не повышают, а понижают доступность информации. Для этого можно понижать доступность данных, вводя организационные или технические ограничения на доступ к ним. Например, шифрование данных позволяет ограничить доступ к ним для тех, кто не владеет необходимым методом дешифрования.

ДИСКРЕТНОСТЬ И НЕПРЕРЫВНОСТЬ ИНФОРМАЦИИ

Чтобы сообщение было передано от источника к получателю, необходима некоторая материальная субстанция - носитель информации. Сообщение, передаваемое с помощью носителя, назовем сигналом. В общем случае сигнал - это изменяющийся во времени физический процесс. Такой процесс может содержать различные характеристики (например, при передаче электрических сигналов могут изменяться напряжение и сила тока). Та из характеристик, которая используется для представления сообщений, называется параметром сигнала. В случае, когда параметр сигнала принимает последовательное во времени конечное число значений (при этом все они могут быть пронумерованы), сигнал называется дискретным,а сообщение, передаваемое с помощью таких сигналов дискретным сообщением.Информация, передаваемая источником, в этом случае также называется дискретной. Если же источник вырабатывает непрерывное сообщение (соответственно параметр сигнала - непрерывная функция от времени), соответствующая информация называется непрерывной.Пример дискретного сообщения - процесс чтения книги, информация в которой представлена текстом, т.е. дискретной последовательностью отдельных значков (букв). Примером непрерывного сообщения служит человеческая речь, передаваемая модулированной звуковой волной; параметром сигнала в этом случае является давление, создаваемое этой волной в точке нахождения приемника - человеческого уха.

Непрерывное сообщение может быть представлено непрерывной функцией, заданной на некотором отрезке. Непрерывное сообщение можно преобразовать в дискретное (такая процедура называется дискретизацией).Для этого из бесконечного множества значений этой функции (параметра сигнала) выбирается их определенное число, которое приближенно может характеризовать остальные значения. Один из способов такого выбора состоит в следующем. Область определения функции разбивается точками на отрезки равной длины и на каждом из этих отрезков значение функции принимается постоянным и равным, например, среднему значению на этом отрезке; полученная на этом этапе функция называется в математике ступенчатой. Следующий шаг - проецирование значений «ступенек» на ось значений функции (ось ординат). Полученная таким образом последовательность значений функции у₁, у₂, ... у₃ является дис­кретным представлением непрерывной функции, точность которого можно неограниченно улучшать путем уменьшения длин отрезков разбиения области значений аргумента (см. рис. 4).

Таким образом, любое сообщение может быть представлено как дискретное, иначе говоря, последовательностью знаков некоторого алфавита.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Под информационными процессами следует понимать процессы передачи, накопления (хранения), обработки (в том числе и кодирования) информации в общении людей, в живых организмах, технических устройствах и жизни общества.

Информационные процессы в природе: Передача информации в природе информация передается за счет взаимодействия объекта (то, на что действует процесс) и субъекта (то, что действует на процесс) информационного процесса.

Примером хранения информации в природе может служить ген, несущий в себе информацию о некоторых свойствах и задатках развития живого организма.

Информационные процессы в технике: Передача информации в технике происходит за счет сигналов передаваемых, как правило, через посредника. Например, телефонная связь. Голос человека подается на специальное устройство, там перерабатывается в кодированный сигнал, который перемещается на другой конец линии связи, после чего с помощью другого устройства превращается опять в человеческий голос.

Примерами хранения информации в технике может служить компьютерная дискета, жесткий диск компьютера, видео, аудио кассета и т.п.

Для обработки информации в технике используют элементарные логические схемы, которые составляют процессор компьютера. Также примером обработки информации может служить таймер, отключающий в определенное время аппаратуру.

Информационные процессы в обществе, как раз и определяют информационную деятельность человека, непосредственно связанную с ними. Например, такая информационная деятельность как общение есть ничто иное, как процесс передачи информации. Обучение связано как с передачей, так и с хранением информации. Принятие решений зависит от обработки информации.

Естественно, что в связи с тем, что человечество находится в процессе развития, информационные процессы тоже претерпевали некоторые изменения с течением времени. Историческое развитие информационной деятельности человека можно представить следующим образом:

Информационными процессами называются любые действия, выполняемые с информацией. Существует три основных типа информационных процессов: хранение, передача, обработка информации.

Во время информационного процесса данные преобразовываются из одного вида в другого с помощью методов. Обработка данных включает в себя множество разных операций. Основными операциями есть:

· сбор данных - накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решения;

· формализация данных - приведение данных, которые поступают из разных источников к единой форме;

· фильтрация данных - устранение лишних данных, которые не нужны для принятия решений;

· сортировка данных - приведение в порядок данных за заданным признаком с целью удобства использования;

· архивация данных - сохранение данных в удобной и доступной форме;

· защита данных - комплекс мер, направленных на предотвращение потерь, воспроизведения и модификации данных;

· транспортирование данных - прием и передача данных между отдаленными пользователями информационного процесса. Источник данных принято называть сервером, а потребителя - клиентом;

· преобразование данных - преобразование данных с одной формы в другую, или с одной структуры в другую, или изменение типа носителя.

ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА

В информатике понятие "система" чаще используют относительно набора технических средств и программ. Системой называют также аппаратную часть компьютера. Дополнение понятия "система" словом "информационная" отображает цель ее создания и функционирования.

Информационная система - взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемая для сохранения, обработки и выдачи информации с целью решения конкретной задачи.

Современное понимание информационной системы предусматривает использование компьютера как основного технического средства обработки информации. Компьютеры, оснащенные специализированными программными средствами, являются технической базой и инструментом информационной системы.

В работе информационной системы можно выделить следующие этапы:

1. Зарождение данных - формирование первичных сообщений, которые фиксируют результаты определенных операций, свойства объектов и субъектов управления, параметры процессов, содержание нормативных и юридических актов и т.п.

2. Накопление и систематизация данных - организация такого их размещения, которое обеспечивало бы быстрый поиск и отбор нужных сведений, методическое обновление данных, защита их от искажений, потери, деформирование целостности и др.

3. Обработка данных - процессы, вследствие которых на основании прежде накопленных данных формируются новые виды данных: обобщающие, аналитические, рекомендательные, прогнозные. Производные данные тоже можно обрабатывать, получая более обобщенные сведения.

4. Отображение данных - представление их в форме, пригодной для восприятия человеком. Прежде всего - это вывод на печать, то есть создание документов на так называемых твердых (бумажных) носителях. Широко используют построение графических иллюстративных материалов (графиков, диаграмм) и формирование звуковых сигналов.

Сообщения, которые формируются на первом этапе, могут быть обычным бумажным документом, сообщением в "машинном виде" или тем и другим одновременно. В современных информационных системах сообщения массового характера большей частью имеют "машинный вид". Аппаратура, которая используется при этом, имеет название средства регистрации первичной информации.

Потребности второго и третьего этапов удовлетворяются в современных информационных системах в основном средствами вычислительной техники. Средства, которые обеспечивают доступность информации для человека, то есть средства отображения данных, являются компонентами вычислительной техники.

Подавляющее большинство информационных систем работает в режиме диалога с пользователем. Типичные программные компоненты информационных систем включают: диалоговую подсистему ввода-вывода, подсистему, которая реализует логику диалога, подсистему прикладной логики обработки данных, подсистему логики управления данными. Для сетевых информационных систем важным элементом является коммуникационный сервис, обеспечивающий взаимодействие узлов сети при общем решении задачи. Значительная часть функциональных возможностей информационных систем закладывается в системном программном обеспечении: операционных системах, системных библиотеках и конструкциях инструментальных средств разработки. Кроме программной составной информационных систем важную роль играет информационная составная, которая задает структуру, атрибутику и типы данных, а также тесно связана с логикой управления данными.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В широком смысле слово технология - это способ освоения человеком материального мира с помощью социально организованной деятельности, которая включает три компоненты: информационную (научные принципы и обоснование), материальную (орудие работы) и социальную (специалисты, имеющие профессиональные навыки). Эта триада составляет сущность современного понимания понятия технологии.

Понятие информационной технологии появилось с возникновением информационного общества, основой социальной динамики в котором являются не традиционные материальные, а информационные ресурсы: знания, наука, организационные факторы, интеллектуальные способности, инициатива, творчество и т.д. К сожалению, это понятие настолько общее и всеохватывающее, что до сих пор специалисты не пришли к четкой, формализованной формулировке. Наиболее удачным определением понятия информационной технологии дано академиком Глушковым В.М., который трактовал ее как человеко-машинную технологию сбора, обработки и передачи информации, которая грунтуется на использовании вычислительной техники. Эта технология быстро развивается, охватывая все виды общественной деятельности: производство, управление, науку, образование, финансово-банковские операции, медицину, быт и др.

ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ

Основные единицы измерения количества информации

За единицу количества информации принимается такое количество информации, которая содержит сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в два раза. Такая единица названа бит.

Следующей по величине единицей измерения количества информации является байт, причем 1 байт = 2³ бит = 8 бит. Кратные байту единицы измерения количества информации вводятся следующим образом:

1 Кбайт = 2¹⁰ байт = 1024 байт;

1 Мбайт = 2¹⁰ Кбайт = 1024 Кбайта;

1 Гбайт = 2¹⁰ Мбайт = 1024 Мбайта

1 Терабайт (1Т) =2¹⁰ Гбайт = 1024 Гбайта,

1 Петабайт (1П) =2¹⁰ Тбайт = 1024 Тбайта,

1 Эксабайт (1Э) =2¹⁰ Пбайт = 1024 Пбайта

СОДЕРЖАТЕЛЬНЫЙ ПОДХОД К ИЗМЕРЕНИЮ ИНФОРМАЦИИ

С позиции содержательного подхода просматривается следующая цепочка понятий; информация — сообщение — информативность сообщения — единица измерения информации — информационный объем сообщения.

Исходная посылка: информация — это знания людей. Сообщение — это информаци­онный поток, который в процессе передачи информации поступает к принимающему его субъекту. Сообщение — это и речь, которую мы слушаем (радиосообщение, объяснение учителя), и воспринимаемые нами зрительные образы (фильм по телевизору, сигнал светофора), и текст книги, которую мы читаем и т.д. Информативным назовем сообщение, которое пополняет знания человека, т.е. несет для него информацию. Для разных людей одно и то же сообщение, с точки зрения его информативности, может быть разным. Если сведения «старые», т.е. человек это уже знает, или содержание сообщения непонятно человеку, то для него это сообщение неинформативно. Информативно то сообщение, которое содержит новые и понятные сведения.

Введение понятия «информативность сообщения» является пер­вым подходом к изучению вопроса об измерении информации в рамках содержательной концепции. Если сообщение неинформативно для человека, то количество информации в нем, с точки зрения этого человека, равно нулю. Количество информации в информативном сообщении больше нуля.

Для определения количества информации нужно ввести единицу измерения информации. В рамках содержательного подхода такая единица должна быть мерой пополнения знаний субъекта; иначе можно еще сказать так: мерой уменьшения степени его незнания. «Сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в 2 раза, несет 1 бит информации».

Речь идет об очень частном случае: о сообщении, которое содержит сведения о том, что произошло одно из конечного множества (N) возможных равновероятностных событий, уменьшающее неопределенность. События равновероятны, если ни одно из них не имеет преимущества перед другими.

Наряду с равновероятностными событиями мы имеем дело с «достоверными событиями» — события, которые обязательно происходят, и «невозможными событиями». От этих понятий можно оттолкнуться, чтобы ввести интуитивное представление о мере вероятности. Достаточно сообщить, что вероятность достоверного события равна 1, а невозможного — 0. Это крайние значения. Значит, во всех других «промежуточных» случаях значение вероятности лежит между нулем и единицей. В частности, вероятность каждого из двух равновероятных событий равна 0,5.

КИБЕРНЕТИЧЕСКИЙ (АЛФАВИТНЫЙ) ПОДХОД К ИЗМЕРЕНИЮ ИНФОРМАЦИИ

В алфавитном подходе к измерению информации речь идет об измерении количества информации в тексте (символьном сообщении), составленном из символов некоторого алфавита. К содержанию текста такая мера информации отношения не имеет. Поэтому такой подход можно назвать объективным, т.е. не зависящим от воспринимающего его субъекта.

Алфавитный подход — это единственный способ измерения информации, который может применяться по отношению к информации, циркулирующей в информационной технике, в компьютерах.

Опорным в этой теме является понятие алфавита. Алфавит — это конечное множество символов, используемых для представления информации. Число символов в алфавите называется мощностью алфавита (термин взят из математической теории множеств). В основном содержании базового курса алфавитный подход рассматривается лишь с позиции равновероятного приближения. Это значит, что допускается предположение о том, что вероятности появления всех символов алфавита в любой позиции в тексте одинаковы. Разумеется, это не соответствует реальности и является упрощающим предположением.

В рассматриваемом приближении количество информации, которое несет в тексте каждый символ, вычисляется из уравнения Хартли: 2ⁱ = N, где N — мощность алфавита. Величину i можно назвать информационным весом символа. Отсюда следует, что количество информации во всем тексте (I), состоящем из К символов, равно произведению информационного веса символа на К: I =i * К.Эту величину можно назвать информационным объемом текста. Такой подход к измерению информации еще называют объемным подходом.

Следует отметить, что при алфавитном подходе при измерении информации минимальная мощность алфавита, пригодного для передачи информации, равна 2, т.к. в противном случае информационный вес символ будет равен 0 и все передаваемое сообщение тоже.

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ В ПАМЯТИ КОМПЬЮТЕРА

Для того чтобы использовать компьютер для обработки данных, необходимо располагать некоторым способом представления данных. Способ представления данных будет зависеть от того, для кого эти данные предназначены: для человека (внешнее представление) или для компьютера (внутреннее представление).

Во внутреннем представлении данные могут быть описаны в аналоговой (непрерывной) или цифровой (дискретной) формах. Любые виды данных, обрабатываемых на ПК, могут быть сведены к совокупности простейших форм: набор символов (текст), звук (мелодия), изображение (фотографии, рисунки, схемы), вещественные и целые числа (числовая информация).

Каждый такой вид данных должен быть некоторым универсальным образом представлен в виде набора целых чисел. Правила такого представления разрабатываются научными институтами и оформляются в виде стандартов.

Во внешнем представлении все данные хранятся в виде файлов. Во многих случаях требуется ещё более высокий уровень организации данных на внешнем уровне, тогда данные группируются в базы данных (см. рис. 1).

Задачи по обработке данных предполагают также способы описания процесса самой обработки. Процедуры обработки данных также представляются на внешнем и внутреннем уровне. На внутреннем уровне каждая такая процедура представляет собой последовательность логических операций с целыми числами, и называется программой. Сами логические операции кодируются с помощью средств машинного языка.

На внешнем уровне процедуры представляются в виде алгоритма. Конкретный вид алгоритма зависит от используемого алгоритмического языка (см. рис. 2.).

Таким образом, решение любых задач с помощью ПК в конечном счёте сводится к двум взаимосвязанным проблемам: цифровому представлению данных и алгоритмическому представлению способов обработки данных.

Компьютер является электрическим прибором. Она управляется с помощью электрических сигналов. Поэтому любые данные должны быть некоторым универсальным образом представлены в таком виде, чтобы их можно было легко перевести на «электрический» язык. Таким свойством обладают двоичная форма целых чисел. Для записи числа в двоичной форме используются только два символа 0 и 1. Эти символы легко поставить в соответствие некоторому фиксированному значению напряжения в электрических схемах ЭВМ (см. рис. 3).

Чтобы обрабатывать данные, необходимо иметь некоторый универсальный способ представления операций с целыми числами, чтобы эти операции были легко представимы на «электрическом» языке. Оказывается, что этому условию удовлетворяют три операции с двоичными числами. Это операции логического сложения «ИЛИ», логического умножения «И» и отрицания «НЕ».

Таблица 1. Операции с двоичными числами

Таким образом, все данные, с которыми работают ЭВМ, представлены в виде двоичных чисел, а все действия с данными сводятся к комбинации трёх логических операций.

Пример

Рассмотрим сложение чисел 4+3. В двоичной форме эти числа будут иметь вид соответственно 0100 и 0011. Выполняя операцию логического сложения с каждым разрядом обоих чисел, получим число 0111, что является двоичным представлением числа 7.

Память компьютера можно представить себе как огромное количество физических элементов (триггеров), каждый их которых может находиться в двух состояниях. Если одно состояние принять за 0, а другое за 1, то в виде комбинации нулей и единиц можно записывать числа, текст и рисунки. Наименьшая единица информации может принимать два значения – 0 или 1, она называется бит. Оперируют, как правило, большими единицами - байт, килобайт, Мбайт, Гигабайт.

Количество информации, соответствующее двоичному числу, называют битом [bit]. Число, которое представлено N битами называется N-битным или N-разрядным.

В дальнейшем оказалось удобным оперировать последовательностями нулей и единиц, объединённых в группы фиксированного размера.

Наибольшее значение имеет последовательность из восьми двоичных чисел - 8-разрядное число. Количество информации, соответствующее такому числу, называется байтом [byte]. Кроме того, используются группы, называемые словом [word]. Размер слова зависит от характеристик конкретной ЭВМ, но, как правило, в большинстве современных ЭВМ размер слова равен 2 байтам.

Рассмотрим подробнее как записываются переменные различных типов в памяти. Адресуемая единица памяти - байт, состоит из 8 разрядов (бит) в которых записывается число в двоичном коде, например:

00010101 = 2⁴ + 2² + 2⁰ = 16 + 4 + 1 = 21.

В один байт может быть записан код от 0 до 255.

Двоичная арифметика имеет очень простые правила:

0 + 1 = 1 0 * 1 = 0

1 + 1 = 10 1 * 1 = 1

Размер выделенной памяти (в байтах) под переменные различных типов и диапазон их изменения приведен в следующей таблице:

Рассмотрим подробнее как записываются в памяти машины данные различных типов:

Символ

Символ – это буква, цифра, специальный знак или специальный символ (коды от 0 до 31). Кодируются символы в соответствие с кодовой таблицей, причём первые 128 кодов – стандартные, вторая половина кодовой таблицы предназначена для записи национальных алфавитов.

Для ПК используется несколько стандартных систем кодирования символьной (алфавитно-цифровой) информации:

а) основной семи битный код ASCII [American Standard Code for Information Interchange] введён в США в 1963г. В 1977 году в несколько модифицированном виде он был принят в качестве всемирного стандарта Международной организации стандартов [International Standards Organization - ISO] под названием ISO-646. Согласно этому стандарту каждому символу поставлено в соответствие число от 0 до 255. Символы от 0 до 127 – латинские буквы, цифры и знаки препинания – составляют постоянную часть таблицы. Остальные символы используются для представления национальных алфавитов. Конкретный состав этих символов определяется кодовой страницей. В русской версии ОС Windows95 используется кодовая страница 866. В ОС Linux для представления русских букв более употребительна кодировка КОИ-8. с числом символов N=128 и расширенный восьми битный код ASCII с числом символов N=256. В основном стандарте кодируются управляющие символы (младшие 32 кода, в шестнадцатеричной системе от 00 до 1F), спецсимволы, знаки препинания, цифры и латинский алфавит (коды от 20 до 7F). Этот стандарт является международным и широко используется в РС платформы фирмы IBM с MS DOS.

В расширенном стандарте (коды от 80 до FF) кодируются символы псевдографики, спецсимволы и национальный (русский) алфавит;

Недостатки такого способа кодировки национального алфавита очевидны. Во-первых, невозможно одновременное представление русских и, например, французских букв. Во-вторых, такая кодировка совершенно непригодна для представления китайских или японских иероглифов. В 1991 году была создана некоммерческая организация Unicode, в которую входят представители ряда фирм (Borland, IBM, Lotus, Microsoft, Novell, Sun, WordPerfect и др.), и которая занимается развитием и внедрением нового стандарта. Кодировка Unicode использует 16 разрядов и может содержать 65536 символов. Это символы большинства народов мира, элементы иероглифов, спецсимволы, 5000 мест для частного использования, резерв из 30000 мест.

Пример

ASCII-код символа A = 65₁₀ = 41₁₆ = 01000111₂;

ASCII-код символа G = 71₁₀ = 47₁₆ = 01000111₂;

ASCII-код символа Z = 90₁₀ = 5A₁₆ = 01011010₂.

ASCII-код символа C = 67₁₀ = 43₁₆ = 01100111₂

Unicode-код символа C = 67₁₀ = 0000000001100111₂.

б) восьми битный международный код EBCDIC с числом символов N=256 (в советской литературе его называют ДКОИ - двоичный код для обработки информации).

Одни и те же символы для разных систем кодирования имеют различные коды. Так, например, цифра "1" в системе ASCII имеет код 31, а в системе EBCDIC код F1, буква "я" в системе ASCII имеет код EF, а в системе EBCDIC код A0.

Большое разнообразие систем кодирования русского алфавита наблюдается в сети Internet. Это связано с тем, что в этой сети присутствуют компьютеры различных платформ. В настоящее время в Internet применяются три основные кодировки русского языка: CP-1251 (Windows-кодировка); KOI-8 (основная кодировка в UNIX-системах); ISO-8859-5 (кодировка всемирной организации по стандартизации).

Разнообразие кодировок русского языка создает некоторые проблемы при использовании электронной почты. В настоящий момент создана универсальная кодировка алфавитов UNICODE, где каждый символ кодируется двумя байтами. А это позволяет закодировать 65536 различных символов (помимо латинских, кириллических и других европейских алфавитов в UNICODE включен полный набор иероглифов восточных языков, а также математические, химические и другие символы).

Целое число

Его размер 16 бит совпадает с размером машинного слова. Например, константа 1 в двоичном представлении имеет вид: 0000 0000 0000 0001.

Рассмотрим как образуются отрицательные числа. В процессоре они образуются инверсией числа с добавлением 1, т.е.

-1 = 1111 1111 1111 1110 + 0000 0000 0000 0001 = 1111 1111 1111 1111.

Такой способ образования отрицательных чисел позволяет свести операцию вычитания к сложению с отрицательным числом.

Пример: 1 - 1 = 1 + (-1) = 0.

000 0000 0000 0001 + 1111 1111 1111 1111 = 0000 0000 0000 0000

Длинное целое

В современных процессорах операции осуществляются над 64 разрядными числами, поэтому часто для записи целых чисел используются длинные целые числа, отличие которых состоит лишь в вдвое большем количестве разрядов (64 бита).

Число с плавающей запятой

Занимает 4-х байтовую область памяти, которая делится на 3 поля:

Число представляется в виде: 0.m*2^p, где мантисса лежит в диапазоне от 0.5 до 1, а порядок записывается с дополнением +127.

Длинное число с плавающей запятой

Занимает 8-и байтовую область, которая также делится на 3 поля.

Здесь порядок также записывается с дополнением +1023.

(Для типов с плавающей точкой мантисса нормализована и старший бит в её представлении отсутствует, поскольку всегда равен 1 и принимается таким по умолчанию.)

В современных программных средствах, как правило, используется для вычислений именно формат длинного числа с плавающей запятой. В этом случае числа записываются с точностью 15–16 значащих цифр.

Поскольку размер памяти, отводимый под мантиссу и порядок, ограничен, то вещественные числа представляются с некоторой погрешностью (точность десятичных цифр) и имеют ограниченный диапазон изменения. Чем больше размер памяти для плавающего числа, тем точнее можно представить вещественное число. Поэтому для пользователя основными характеристиками арифметики плавающего числа являются длина числа (размер), измеряемая в битах, и точность представления числа. По точности представления вещественных чисел различают плавающие числа одинарной и двойной точности [single and double precision].

Пример

Рассмотрим принцип цифрового представления вещественного числа 15,375. Пусть под мантиссу отведено 5 десятичных разрядов, а под порядок – 2 разряда. Представим число в нормализованной форме: 15,375 » 1,9219*2³. Так как в нормализованной форме первая цифра всегда равна единице, то её можно не хранить. Тогда число будет представлено в виде целого числа 9219003 с относительной погрешностью не более 10^-4, то есть число верных десятичных чисел равно 4. В памяти ЭВМ это число будет храниться в двоичной форме, причём можно легко подсчитать, что для хранения такого числа потребуется 27 бит. Максимальное число, которое можно представить таким образом - 9999999=1,99999*10⁹⁹, а минимальное, не равное нулю - 0000100=0,00001. Если предусмотреть один бит для хранения знака порядка, то минимально представляемое число будет равно 00001-99, то есть 0,00001*10^-99.

При попытке выйти за допустимый диапазон компьютер выдаст сообщение о переполнении (underflow или overflow).

Рассмотрим более подробно кодирование звука и видео.

КОДИРОВАНИЕ ЗВУКА И ВИДЕО

Приемы работы со звуковой информацией пришли в компьютерную технику позже всего. С начала 90-х годов персональные компьютеры получили возможность работать со звуковой информацией. Каждый компьютер, имеющий звуковую плату, микрофон и колонки, может записывать, сохранять и воспроизводить звуковую информацию.

Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Программное обеспечение компьютера в настоящее время позволяет непрерывный звуковой сигнал преобразовывать в последовательность электрических импульсов, которые можно представить в двоичной форме.

Звук можно описать в виде совокупности синусоидальных волн определённых частоты и амплитуды. Частота волны определяет высоту звукового тона, амплитуда – громкость звука. Частота измеряется в герцах (Гц [Hz]). Диапазон слышимости для человека составляет от 20 Гц до 17000 Гц (или 17 кГц).

Задача цифрового представления звука, таким образом, сводится к задаче описания синусоидальной кривой. Принцип такого представления изображён на рис. 4.

Каждой дискретной выборке присваивается целое число – значение амплитуды. Количество выборок в секунду называется частотой выборки [sampling rate]. Количество возможных значений амплитуды называется точностью выборки[sampling size]. Таким образом, звуковая волна представляется в виде ступенчатой кривой. Ширина ступеньки тем меньше, чем больше частота выборки, а высота ступеньки тем меньше, чем больше точность выборки.

Пример

Возможности наиболее распространённой современной аппаратуры предусматривают работу с частотой выборки до 44,1 кГц, что позволяет правильно описывать звук частотой до 22,05 кГц. Точность выборки имеет всего два значения 8 бит и 16 бит. То есть для представления амплитуды 8-битного звука используется 2⁸ = 256 уровней амплитуды.

Процесс преобразования звуковых волн в двоичный код в памяти компьютера:

Процесс воспроизведения звуковой информации, сохраненной в памяти ЭВМ:

Аудиоадаптер (звуковая плата) – специальное устройство, подключаемое к компьютеру, предназначенное для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и для обратного преобразования (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.

В процессе записи звука аудиоадаптер с определенным периодом измеряет амплитуду электрического тока и заносит в регистр двоичный код полученной величины. Затем полученный код из регистра переписывается в оперативную память компьютера. Качество компьютерного звука определяется характеристиками аудиоадаптера: частотой дискретизации и разрядностью.

Частота дискретизации – это количество измерений входного сигнала за 1 секунду. Частота измеряется в герцах (Гц). Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц. 1000 измерений за 1 секунду – 1 килогерц (кГц). Характерные частоты дискретизации аудиоадаптеров: 11 кГц, 22 кГц, 44,1 кГц и др.

Разрядность регистра – число бит в регистре аудиоадаптера. Разрядность определяет точность измерения входного сигнала. Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрического сигнала в число и обратно. Если разрядность равна 8 (16) , то при измерении входного сигнала может быть получено 2⁸= 256 (2¹⁶=65536) различных значений. Очевидно, 16-разрядный аудиоадаптер точнее кодирует и воспроизводит звук, чем 8-разрядный.

Звуковой файл - файл, хранящий звуковую информацию в числовой двоичной форме.

Имеется два метода кодирования звуковой информации: аналитический и на основе табличного синтеза.

Аналитический метод кодирования, применимый к любым звуковым сигналам основан на аналогово-цифровом преобразовании. Исходный аналоговый сигнал представляют как последовательность цифровых сигналов, записанных в двоичном коде. Разрядность преобразования определяет объем данных, соответствующих отдельному цифровому сигналу. При воспроизведении звука выполняют обратное цифро-аналоговое преобразование.

Этот метод кодирования звука содержит погрешность, так что воспроизводимый сигнал несколько отличается от сигнала. Различия особенно заметны при записи и последующем воспроизведении высококачественной оркестровой музыки.

Метод кодирования на основе табличного синтеза применим только к музыкальным произведениям. В заранее подготовленных таблицах хранятся образцы (сэмплы) звуков различных музыкальных инструментов. Числовые коды определяют инструмент, йоту и продолжительность звучания.

При кодировании видеосигнала требуется записать последовательность изображений (кадров) и звук (звуковая дорожка). Формат видеозаписи позволяет включить оба потока данных в одну цифровую последовательность. Для уменьшения общего объема данных используются разные приемы, например запись, только различий (предположительно небольших) между двумя смежными кадрами.

КОДИРОВАНИЕ КОМАНД

Наряду с данными в оперативной памяти компьютера помещается программа управления его работой, команды которой кодируются последовательностью из нулей и единиц. Команды управления работой компьютера принято называть машинными командами.

Машинная команда должна содержать в себе следующую информацию:

1. какую операцию выполнить;

2. где находятся операнды;

3. куда поместить результат операции;

4. какую команду выполнять следующей.

Для каждого процессора машинная команда имеет стандартный формат и строго фиксированную длину. Команда состоит из кода операции и адресной части. Код операции определяет действие, которое должен выполнить процессор; адресная часть содержит адреса величин, над которыми должна быть произведена эта операция. В зависимости от структуры адресной части команды, процессоры могут быть многоадресными.

Рассмотрим пример трехадресной команды:

Длина кода операции обычно зависит от числа операций, входящих в систему команд компьютера. Код операции длиной p бит позволяет хранить коды до 2^p различных команд. Можно сформулировать простое правило определения оптимальной длины кода операции:

,

где Р - количество команд в системе команд машинного языка.

Задания:

1. Информация в обыденном (житейском) смысле

а) набор знаков;

б) сообщения, передаваемые в форме знаков, сигналов;

в) сведения, полностью снимающие или уменьшающие имеющуюся до их получения неопределенность;

г) сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальными устройствами;

д) сведения, обладающие новизной.

2. Информация, не зависящая от мнения или суждения, является

а) достоверной;

б) актуальной;

в) объективной;

г) полезной;

д) доступной.

3. Примером текстовой информации может служить

а) иллюстрация в книге по информатике;

б) реплика актера в спектакле;

в) музыкальная заставка;

г) фотография;

д) таблица умножения.

4. Количество символов (разрядов) в сообщении

а) объем данных;

б) количество информации;

в) коэффициент содержательности;

г) тезаурус.

5. Один Кбайт равен

а) 1000 байт;

б) 1024 байт;

в) 2¹⁰ байт;

г) 2⁸ байт.

Лекция № 2. АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮТЕРА

План:

1. Введение.

2. Принципы построения:

a. магистрально-модульный принцип,

b. принцип открытой архитектуры,

c. принципы Джона фон Неймана.

3. Внутренние устройства компьютера.

4. Периферийные устройства компьютера:

a. устройства вывода,

b. устройства ввода.

Архитектура – это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных функциональных узлов. На этом уровне не требуется знание схемных решений современной радиотехники и микроэлектроники.

Уровень архитектуры достаточно глубок, он включат вопросы управления работой компьютера (программирования) на языке машинных команд (ассемблера).

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРА

Магистрально-модульный принцип построения

Электронно-вычислительная машина - это универсальное электронное устройство, предназначенное для работы с информацией.

Строго говоря, ЭВМ включает в себя две части: аппаратную часть (HARDWARE) и программную часть (SOFTWARE). Аппаратная часть - это все оборудование, которое входит в состав компьютера, а программная часть (программное обеспечение) - это те программы, которые в компьютере работают. Следует отметить, что сам по себе компьютер без программы работать не будет.

Под конфигурацией компьютера понимают его состав. Аппаратная конфигурация - это устройства, которые входят в состав компьютера, а программная конфигурация - это те программы, которые вы на своем компьютере установили.

Работа компьютера имитирует (моделирует) информационную деятельность человека. Существуют три основных вида информационной деятельности человека:

-прием (ввод) информации;

-запоминание информации (хранение информации);

-процесс мышления (обработка информации);

-передача (вывод) информации.

Компьютер в своем составе имеет устройства, выполняющие эти функции человека:

-устройства ввода;

-устройство памяти;

-процессор (устройство обработки информации);

-устройства вывода.

Эти четыре части обязательно присутствуют в любом компьютере. Чаще всего устройством ввода служит клавиатура, а устройством вывода – монитор. Но разным людям нужны разные аппаратные конфигурации. Писателю и бухгалтеру обязательно нужен принтер, художнику нужен сканер. Для того чтобы компьютер мог работать с музыкой, звуком и речью, нужен CD ROM. Для подключения к телефонной сети нужен модем. Существует и множество других устройств, которые можно подключать к компьютеру.

Это устройства называют модулями.

Модуль – это функционально и конструктивно законченное устройство или блок ЭВМ.

Между модулями необходим обмен информацией, который осуществляется через магистраль.

Магистраль - это общая линия кабелей (шин), к которой параллельно подсоединяются модули. Подсоединяя через магистраль разные наборы модулей, мы получаем разную конфигурацию ЭВМ.

Такой магистрально-модульный принцип построения ЭВМ сейчас получил широкое распространение, т.к. обладает разными достоинствами:

1. Процессор управляет всеми устройствами с помощью одних и тех же команд;

2. Можно подключать к магистрали новые внешние устройства;

3. Можно легко заменять вышедшие из строя или устаревшие модули на новые.

4. Из готовых модулей можно составлять ЭВМ разной мощности и назначения.

Такой принцип построения ЭВМ часто называют принципом открытой архитектуры. Для того чтобы части компьютера подходили друг к другу, регламентируются и стандартизируются входные и выходные параметры каждого из модулей, а также условия их сопряжения друг с другом.

У компьютера бывают внешние устройства и внутренние. Внешние устройства еще часто называют периферийными устройствами или просто периферией. К периферии относятся, как правило, устройства для приема и выдачи информации. К внутренним относятся те устройства, которые находятся внутри системного блока. В основном они занимаются обработкой и хранением информации.

Процессор осуществляет обработку информации и управляет работой других блоков. Обращение процессора к внешнему устройству похоже на вызов абонента по телефону. Все устройства пронумерованы. Когда нужно обратиться к внешнему устройству, в магистраль посылается его номер. Как и телефон, устройство может быть занято или свободно. Приняв сигнал «свободно», процессор посылает этому устройству необходимую информацию. Каждое внешнее устройство снабжено приемником сигналов – контроллером(илиадаптером). Контроллер играет роль телефонного аппарата. Оно принимает сигнал от процессора и дешифрует его, согласовывает работу каждого устройства с центральным процессором.

Принципы Джона фон Неймана

Большинство современных ЭВМ строится на базе принципов, сформулированных американским ученым Джоном фон Нейманом еще в 1945 году в его предложениях по машине EDVAC. Эта ЭВМ была одной из первых машин с хранимой программой, т.е. программой, хранящейся в памяти машины, а не считываемой с перфокарты или другого подобного устройства. Перечислим основные принципы Джона фон Неймана:

1. Принцип программного управления. Работа ЭВМ осуществляется под управлением программы.

2. Принцип хранимой программы. Программа хранится в памяти ЭВМ, как и остальные данные с которыми работает машина.

3. Принцип двоичного кодирования. Вся информация в компьютере кодируется в двоичном коде.

4. ЭВМ должна состоять из:

· арифметико-логического устройства, предназначенного для выполнения арифметических и логических операций;

· устройства управления, которое управляет всей работой машины;

· запоминающего устройства;

· устройства ввода-вывода информации.

Арифметико-логическое устройство и устройство управления обычно объединяются в одно, называемое центральным процессором.

ВНУТРЕННИЕ УСТРОЙСТВА КОМПЬЮТЕРА

Процессор (центральный)

Центральный процессор –функциональная часть компьютера, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Это наиболее сложный компонент ЭВМ, как с точки зрения электроники, так и с точки зрения функциональных возможностей. Микропроцессор, как правило, выполнен на одной сверхбольшой интегральной схеме (СБИС).

В состав центрального процессора входят арифметико-логическое устройство, устройство управления, внутренняя регистровая память (регистры), КЭШ-память и некоторые другие устройства.

1. АЛУ - арифметико-логическое устройство, предназначенное для выполнения арифметических и логических операций (то есть является собственно вычислителем ЭВМ). Операции выполняются с помощью электронных схем, каждая из которых состоит из нескольких тысяч элементов. Микросхемы имеют высокую плотность и быстродействие. На современном технологическом уровне все АЛУ можно разместить на одном кристалле полупроводникового элемен