Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1 лекция. Введение.
Электронная вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер (англ. computer – вычислитель) – это комплекс технических средств, где основные функциональные элементы (логические, запоминающие и др.) выполнены на электронных элементах. Этот комплекс предназначен для обработки информации. Под обработкой понимается: преобразование (т.е. выполнение некоторых вычислительных операций), а также ввод, вывод и хранение информации.
Подобные устройства нашли применение практически во всех областях деятельности человечества. Изначально использовались большие сложные вычислительные машины, затем более широкое распространение получили персональные компьютеры.
Персональный компьютер (ПК) (англ. personal computer, PC) – это массово применяемая ЭВМ, имеющая небольшие габаритные размеры и невысокую стоимость.
Электронная вычислительная машина подразумевает использование электронных компонентов в качестве её функциональных узлов, однако компьютер может быть устроен и на других принципах — он может быть механическим, биологическим, оптическим, квантовым и т. п. работая за счёт перемещения механических частей, движения электронов, фотонов или эффектов других физических явлений. Кроме того, по типу функционирования вычислительная машина может быть цифровой (ЦВМ) и аналоговой (АВМ).
С другой стороны, термин «компьютер» предполагает возможность изменения выполняемой программы (перепрограммирования).Многие электронные вычислительные машины могут выполнять строго определенную последовательность операций, содержат устройства ввода и вывода или состоят из похожих на используемые в электронном компьютере конструктивных элементов (например, регистры), но не предполагают возможность перепрограммирования.
Представление данных в ЭВМ.
За основу представления данных в ЭВМ, как правило, принята двоичная система счисления. Как и десятичная система счисления, двоичная система (в которой используются лишь цифры 0 или 1) является позиционной системой счисления, т.е. в ней значение каждой цифры числа зависит от положения (позиции) этой цифры в записи числа. Каждой позиции присваивается определенный вес.
В компьютерной технике широкое распространение получили также следующие позиционные системы счисления: восьмеричная, шестнадцатеричная и двоично-десятичная система.
(В двух словах – 16- ная система – это простое решение сложной проблемы – точное представление данных в ЭВМ, 16 –ная система счисления – это краткая нотация двоичной системы).
Типы данных
Основными типами данных в вычислительной технике являются: бит, байт и слово. Компьютеры работают в основном с байтами, которые являются основной операционной единицей компьютерных данных. Машинноеслово(слово) технический термин, означающий 16 бит или 2 байта одновременно. Двойное слово – 4 байта, расширенное слово – 8 байт.
Старший бит (15) Бит Младший бит (0)
1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1
Байт Байт
С Л О В О
Для представления данных существует три основных формата:
Если надо закодировать целое число со знаком, то старший бит регистра (ячейки памяти) используется для хранения знака (0 при положительном знаке числа и 1 при отрицательном) – формат с фиксированной запятой.
Знак числа 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1
Цифры числа
Исходные возможности компьютера позволяют ему работать только с целыми числами, к тому же не самыми большими. Даже в случае 2х байтового слова, мы можем записать максимальное число 65536, учитывая необходимость отображения, как положительных чисел, так и отрицательных получаем только половину всех числовых значений. Способы представления чисел и программное обеспечение позволяют значительно расширить возможности компьютера. Для кодирования действительных чисел используют 80-разрядное кодирование. При этом число предварительно преобразуется в нормализованную форму:
3,1415926 = 0,31415926 * 101
500 000 = 0,5 * 106
123 456 789 = 0,1 * 1010
Первая часть числа называется мантиссой - М, а вторая – порядкомq
Для того чтобы оперировать дробными числами или числами очень большой длины, используется понятие плавающей запятой. Плавающая запятая действует по принципу экспоненциального формата – числа вида -+M*q+p
15 14 13 8 7 0
Знак числа (мантиссы)
Знак порядка Модуль Модуль
мантиссы порядка
Необходимо отметить что, вычисления с целыми числами выполняются очень быстро, в то время как вычисления с плавающей запятой в сотни раз медленнее.
Для реализации скоростных вычислений с плавающей запятой применяются числовые сопроцессоры (FPU–floatingpointunit). Данные в нем хранятся в 80-ти разрядных регистрах.
В двоично-кодированном десятичном формате каждая десятичная цифра представляется в виде 4-х битного двоичного эквивалента. Существует две основные разновидности этого формата: упакованный и неупакованный. В упакованном BCD-формате цепочка десятичных цифр хранится в виде последовательности 4-х битовых групп. В неупакованном формате каждая десятичная цифра находится в младшей тетраде байта, а содержимое старшей тетрады определяется используемой ЭВМ конкретной системой кодирования, и в данном случае несущественно.
Аналогичным образом (в виде двоичных чисел) кодируются команды – инструкции на выполнение каких-либо операций со словами данных. Например, трехадресная команда в двухбайтовом формате будет выглядеть следующим образом:
15 12 11 8 7 4 3 0
Код операции Адрес 1-го Адрес 2-го Адрес
операнда операнда результата
Кроме этого, данные бывают в виде строк – непрерывная последовательность бит или байт, символьные данные, поддерживаемые кодом ASCIIи данные типа указатель. Более подробно мы с ними познакомимся после изучения архитектуры компьютера.
Представление о системе
Система – это совокупность элементов (объектов), которые находятся между собой в определенных отношениях и связях и которые образуют определенную целостность, единство какого-либо явления или предмета исследования (system – соединенная из частей; греч.). Основой этого направления явились труды Л. фон Бертоланфи в области биологии (1937 год).
Объект – это первичное, неопределяемое, строго научное понятие.
Любая система однозначно определяется своей структурой (structure – строение; лат.), т.е. основными объектами, связями и отношениями между ними. В зависимости от наличия составляющих объектов системы, их структурных связей и отношений говорят о сложных и простых системах. Понятия сложность – простота относительны также, как и понятия система – элемент. Сложность является интегральной (суммарной) оценкой системы.
Конструктивный объект – это объект, который используется при конструировании (создании) нового объекта.
Субъект – это объект, обладающий интеллектом. Система, образованная их объектов и субъектов, называется интеллектуальной (она обладает интеллектом). Эти системы организуются с участием человека. Системы, которые организуются независимо от человека, называются самоорганизованными.
Техническую систему, наделенную свойством интеллекта, называют искусственной интеллектуальной системой. Организованные (устойчивые) системы взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой для достижения конкретных целей с помощью программ и функций.
Функция – это внешнее проявление действия какого-либо объекта в системе отношений (function – исполнение, совершение, действие; лат.). Материя всегда существует в виде какой-либо конкретной материальной системы (самоорганизованной или несамоорганизованной). Внутренние связи между объектами одной системы всегда сильнее (устойчивее), чем внешние связи между различными системами и их объектами.
Процесс – это закономерное и последовательное изменение некоторого свойсва объекта (явления) и переход его в другое свойство (явление).
Определение информационной системы
Объекты, между которыми установлены связи и отношения, способствующие возникновению процессов передачи, накопления, хранения и переработки информации (факты, данные, сведения, знания), называются информационными объектами, а процессы, связывающие их,информационными процессами.
Информационная система – это совокупность информационных объектов. С помощью информационной системы реализуются все или частично функции связи, управления, саморегулирования и воспроизводства любой материальной системы. Эти функции необходимы для сохранения определенных связей и отношений между объектами (элементами) системы и внешней средой, т.е для обеспечения целостности системы.
Информационная система с технической точки зрения – это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.
Этапы развития информационных систем
1. Информационные системы обработки документов на электромеханических бухгалтерских машинах (1950–1960 годы): бумажный поток расчетных документов.
2. Управленческие информационные системы (1960–1970 годы): помощь в подготовке отчетов.
3. Информационные системы поддержки принятия решений (1970–1980 годы): управленческий контроль.
4. Стратегические информационные системы (с 1980 года по настоящее время): информация – стратегический ресурс.
Классификация информационных систем
Функциональный признак:
стратегические, оперативные, управленческие.
Производственный признак:
планирования, управления запасами, маркетинга, контроля.
Степень автоматизации:
ручные, автоматизированные, автоматические.
Параметры системы
Функциональная сложность – количество шагов (счетных, логических), требуемых для реализации конкретно заданной функции.
Структурная сложность – метрическая величина, определяющая количество элементов и количество связей системы.
Надежность – метрическая величина, которая определяет способность системы сохранять заданные свойства поведения при наличии внутренних и внешних воздействий.
Эффективность – метрическая величина, определяющая способность системы хорошо выполнять заданную работу.
Управляемость – метрическая величина, определяющая минимально допустимый интервал времени, необходимый для завершения работы системы по получению ожидаемого результата.
Классификация ЭВМ.
Компьютер – комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса: аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ).Критерием деления вычислительных машин на эти три класса являются форма представления информации, с которой они работают.
Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5 %). На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики. Наиболее широкое распространение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами.
По этапам создания и используемой элементной базе ЭВМ условно делятся на поколения:
Каждое следующее поколение ЭВМ имеет по сравнению с предыдущими существенно лучшие характеристики. Так, производительность ЭВМ и емкость всех запоминающих устройств увеличивается, как правило, больше чем на порядок.
По назначению ЭВМ можно разделить на три группы: универсальные (общего назначения), проблемно-ориентированные и специализированные.
Универсальные ЭВМ предназначены для решения самых различных инженерно-технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах.
Характерными чертами универсальных ЭВМ является:
Проблемно-ориентированные ЭВМ служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами.К проблемно-ориентированным ЭВМ можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы.
Специализированные ЭВМ используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы. К специализированным ЭВМ можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адептеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.К таким компьютерам также относятся, например, бортовые компьютеры автомобилей, судов, самолетов, космических аппаратов. Бортовые компьютеры управляют средствами ориентации и навигации, осуществляют контроль за состоянием бортовых систем, выполняют некоторые функции автоматического управления и связи, а также большинство функций оптимизации параметров работы объекта (например, оптимизацию расхода топлива объекта в зависимости от конкретных условий движения). Специализированные мини-ЭВМ, ориентированные на работу с графикой, называют графическими станциями. Специализированные компьютеры, объединяющие компьютеры предприятия в одну сеть, называют файловыми серверами. Компьютеры, обеспечивающие передачу информации между различными участниками всемирной компьютерной сети, называют сетевыми серверами. Во многих случаях с задачами специализированных компьютерных систем могут справляться и обычные универсальные компьютеры, но считается, что использование специализированных систем все-таки эффективнее. Критерием оценки эффективности выступает отношение производительности оборудования к величине его стоимости.