Апаратне забезпечення

Шум

Текстове повідомлення може містити корисну й некорисну інформацію для конкретної людини.

Ту частину повідомлення, яке не несе корисної інформації, називають шумом.

Прикладом шуму є повідомлення, написане, наприклад, китайськими ієрогліфами або вимовлене японською мовою, якщо ми не знаємо цих мов. Не підвищують рівня нашої обізнаності (а отже, несуть шум) повідомлення про результат футбольного матчу, який ми вже знаємо. Інформація може перетворюватися на шум. З іншого боку, і шум може перетворюватися на інформацію.

Кодування повідомлень

Для інформації важлива форма її подання. Мова спілкування – далеко не єдина форма подання інформації. Коли потрібно оперувати з числами і величинами, використовують різні символьні позначення, наприклад: v – швидкість, m – маса, t – час тощо. В обчислювальній техніці інформацію найчастіше подають у двійковій системі, тобто за допомогою двох чисел 0 і 1.

У процесі передачі інформація може спотворюватися або втрачатися в результаті дії зовнішніх факторів, наприклад дії електромагнітних полів.

Кодування – це процес заміни знаків одного набору знаками іншого набору зі збереженням змісту тієї інформації, яка подається за допомогою цих знаків. Якщо кодування здійснюється за допомогою двох елементів (наприклад, «+» і «-» чи «0» і «1»), то таке кодування називається двійковим. Двійкове кодування інформації для подання її в пам'яті обчислювальних машин здійснюється за допомогою цифр 0 і 1 двійкової системи числення.

Код – це правило для перетворення одного набору знаків в інший набір знаків.

Кодування текстової інформації. Сукупність усіх символів, за допомогою яких здійснюється спілкування з комп'ютером, утворює кодову таблицю. Однією з найбільш відомих кодових таблиць є таблиця ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Вона містить 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 обчислювальних машин подається у вигляді послідовності числових кодів тих символів, з яких вона складається.

Кодування графічної інформації. Графічна інформація, яку можуть опрацьовувати обчислювальні машини, є дискретною. Графічні зображення на екранах моніторів формуються шляхом підсвічення всіх точок екрана певним кольором. Елементом графічного зображення є точка – піксель (Picture Element). У практиці використовують таблиці, які містять 16, 256, 65536, понад 4 млн. і більшу кількість кольорів.

Поширеним підходом до кодування графічних зображень є занесення в пам'ять обчислювальних машин кодів кольорів точок, з яких вони складаються, причому в такій послідовності, в якій ці точки знаходяться на екрані (у кожному рядку зліва направо).

Кодування числової інформації. Двійкові коди цілих чисел будуються шляхом переведення їх у двійкову систему числення. Для запам'ятовування цілих чисел виділяється певна кількість байт, які називаються машинними словами. Крайній лівий біт машинного слова виділяється для кодування знака числа. Решта бітів займає двійкове подання числа без знака, яке за потреби доповнюється незначущими нулями до потрібної довжини.

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 рівняннями, до, складу яких входять такі визначальні числові величини, як частота коливань, амплітуда, фаза зміщення. А це є числа, які кодуються за загальноприйнятими правилами.

Кодування керувальної інформації. Керувальна інформація призначена для сприйняття її деяким виконавцем. Якщо виконавцем є технічний пристрій, то він володіє певною системою команд, які можна подавати на його вхід. Для комп'ютерів ці команди утворюють мову машинних команд. Керувальна інформація в такому випадку записується у вигляді відповідних програм.

Одиниці вимірювання інформації

Об’єм інформації характеризується її довжиною і вимірюється кількістю знаків у повідомленні.

Основною одиницею інформації в обчислювальній техніці є біт.

Біт – це найменша порція інформації, яку одержують у виборі між двома подіями. Подія, що має два можливих варіанти, може бути записана за допомогою двох цифр: 0 і 1. Число, що набуває двох значень, називається двійковим числом, або англійською мовою Binary Digit (скорочено bit – біт). Байт кратний біту і є послідовністю з восьми двійкових знаків, 0 і 1, наприклад, 10110100 або 00101110. Більші одиниці вимірювання інформації кратні байту.

Одиниці вимірювання інформації:

1 Біт – 0 або 1;

1 Байт = 2³ = 8 бітів; Зокрема, 1 буква дорівнює 1 байту

1 Кбайт (кілобайт) = 2¹⁰ байти = 1024 байти;

1 Мбайт (мегабайт) = 2¹⁰ кілобайти = 1024 Кбайти;

1 Гбайт (гігабайт) = 2¹⁰ мегабайти = 1024 Мбайти;

1 Тбайт (терабайт) = 2¹⁰ гігабайти = 1024 Гбайти;

1 Пбайт (петабайт) = 2¹⁰ терабайти = 1024 Тбайти.

Інформаційні процеси

Інформаційні процеси – це процеси пошуку та накопичення, опрацювання та використання, представлення, зберігання та захисту інформації.

Схема передачі інформації:

Персональним комп'ютером називають процесор разом із запам'ятовувальними пристроями та пристроями введення/виведення інформації, які в сукупності призначені для виконання певних функцій.

Тема 2: Інформаційні системи та технології. Поняття про інформаційну культуру та інформатичну компетентність. Об’єкти та їх властивості.

Поняття про інформаційні системи та технології

Інформаційна система (англ. information system) – сукупність організаційних і технічних засобів для збереження та обробки інформації з метою забезпечення інформаційних потреб користувачів. Інформаційні системи діють у нашій країні під назвою «автоматизовані системи» (АС).

Найдавнішими й найпоширенішими ІС слід вважати бібліотеки.

Класифікація інформаційних систем (ІС)

Залежно від ступеня (рівня) автоматизації виділяють:

– Ручні ІС – характеризуються тим, що всі операції, пов'язані з обробкою інформації, виконуються людиною.

– Автоматизовані ІС – частина функції (підсистем) керування або опрацювання даних здійснюється автоматично, а частина – людиною.

– Автоматичні ІС – усі функції керування й опрацювання даних здійснюються технічними засобами без участі людини (наприклад, автоматичне керування технологічними процесами).

За сферою застосування можна виділити такі класи інформаційних систем:

• наукові дослідження;

• автоматизоване проектування;

• організаційне керування;

• керування технологічними процесами.

Поняття про апаратне та програмне забезпечення інформаційної системи

а) Апаратна частина (hardware) – це всі частини та пристрої, призначені для кодування, обробки, зберігання й передачі інформації в цифровій формі, з яких складається комп’ютер.

б) Програмне забезпечення (ПЗ, software) – це сукупність програм, які керують діями комп’ютера при використанні його для розв’язування задач. Для розв’язання конкретної проблеми комп’ютер повинен виконати певні дії (команди) – програму. Виконання програмного забезпечення комп'ютером полягає в маніпулюванні інформацією та керуванні апаратними компонентами комп'ютера.

Інформаційні технології – цілеспрямована організована сукупність інформаційних процесів із використанням засобів комп'ютерної техніки.

Інформаційна культура. Інформатична компетентність

Основою інформаційної культури можуть стати знання про інформаційне середовище, закони його функціонування, вміння орієнтуватися в інформаційних потоках.

Інформаційна культура – розуміння сутності інформаційних технологій та основ функціонування, володіння знаннями й навичками у використанні сучасних інформаційних технологій для розв'язання пізнавально-освітніх, ділових, виробничих та інших проблем. Володіння цими знаннями стає обов'язковим атрибутом будь-якої професійної діяльності.

Оволодіння інформаційною культурою – це шлях універсалізації якостей людини, що сприяє реальному розумінню людиною самої себе, свого місця і своєї ролі в суспільстві.

Інформатичиа компетентність – це інтегративне утворення особистості, яке інтегрує знання про основні методи інформатики та інформаційні технології, уміння використовувати наявні знання для розв'язування прикладних задач, навички використання комп’ютера й технологій зв'язку, здатності подавати повідомлення і дані в зрозумілій для всіх формі і виявляється у прагненні, здатності й готовності до ефективного застосування сучасних засобів інформаційних та комп'ютерних технологій для вирішення завдань у професійній діяльності і повсякденному житті, усвідомлюючи при цьому значущість предмета й результату діяльності.

Тема 3: Історія розвитку обчислювальної техніки. Типова архітектура персонального комп’ютера.

Історія розвитку обчислювальної техніки

Одним з перших пристроїв (V-IV ст. до н. с.), що полегшували обчислення, можна вважати рахівницю - це переносний пристрій, що складається з дерев'яних кружечків, нанизаних на дерев'яний або металічний стержень.

З розвитком науки виникає необхідність створення більш досконалих обчислювальних пристроїв.

У 1642-1643 р. французький математик Блез Паскаль створив першу в світі “сумуючу” машину, яка могла додавати і віднімати.

В 1671 р. німецький математик Готфрід Лейбніц сконструював машину, яка виконувала всі чотири арифметичні дії. Арифмометри отримали досить широке застосування в XIX столітті.

1830 р. англійський математик Чарльз Беббідж винайшов першу програмовану обчислювальну машину, яку назвали " аналітичною машиною Беббіджа''. Програми записувались на перфокартах. Однак Беббідж не зміг реалізувати свою ідею на практиці, оскільки вона була досить дорогою і випереджувала час. Першу програму до аналітичної машини Беббіджа написала Ада Лавлейс, дочка Джоржа Байрона.

Перша рахувальна машина була розроблена 1930 р. американським вченим В. Бушем - диференціальний аналізатор. Вона працювала на електриці, а інформація зберігалась за допомогою електронних карт. Такі машини були громіздкі і важили до 200 тонн.

Наприкінці 30-х років XX століття німецький інженер Конрад Цузе розробив першу двійкову цифрову машину Z1. У ній застосовувалися електромеханічні реле, тобто механічні перемикачі, які починають працювати під дією електричного струму. У 1941 p. K. Цузе створив машину Z3, цілком керовану за допомогою програми.

Необхідність в швидких і точних розрахунках особливо зросла під час ІІ світової війни. Військовим був потрібен комп’ютер для артилерійських обрахунків, і 1944 р. професор Гарвардського університету Айкей виготовив перший в світі цифровий комп'ютер — Марк І.

У 1946 р. rpупa інженерів під керівництвом Д. Maушлa і Д. Еккерта на замовлення військового відомства США створила перший в світі повністю електронний комп’ютер ENIAC. (швидкодія - 5000 операцій додавання і 300 операцій множення в секунду). Розміри – З0 м в довжину; об’єм - 85 м³; вага – З0 тонн. Використовувалось 18000 електронних ламп.

В 1945 р. до роботи по створенню обчислювальних машин був залучений математик Джон фон Нейман, який запропонував ідею збереження програми в пам’яті комп’ютера. Перша ЕОМ на основі ідей Джона фон Неймана створена 1949 року в Кембріджі англійським дослідником Морісом Уілксом - EDSAC.

По завершенню роботи над ENIAC Д. Маушлі і Д. Еккерт заснували власну компанію, яка приступила до розробки зі зберігаємою програмою. 1951 р. вони створили UNIVAC - 1-й серійний комп’ютер і 1-й комп’ютер, який використовував магнітну стрічку замість перфокарт.

Характеристика різних поколінь ЕОМ.

Виділяють 5 поколінь ЕОМ. Кожне покоління визначається елементною базою – сукупністю елементів, з яких будується ЕОМ.

1 покоління. (1945-1954 рр.) Елементною базою ЕОМ першого покоління були вакуумні лампи. Тисячі ламп розмішувалися в металевих шафах, які займали великі приміщення. Важила така машина декілька тон. Для її роботи потрібна була невелика електростанція. Для охолодження машини використовувались потужні вентилятори. Програмування здійснювалося в машинних кодах. Швидкодія становила декілька тисяч операцій за секунду. Ці машини мали невелику оперативну пам'ять.

2 покоління. (1955-1964 рр.) Елементною базою ЕОМ були транзистори (напівпровідникові пристрої), які замінили електронні лампи. Транзистори менше за лампи споживали енергію. Розміри ЕОМ зменшилися. З'явилися можливості програмування за рахунок мов програмування високого рівня та програмного забезпечення. До програмного забезпечення входили заздалегідь розроблені програми. Швидкодія машини досягала сотень тисяч операцій за секунду. Значно збільшилась оперативна пам'ять. Найбільш поширеними були такі: '" Еліот" (Англія), " Сіменс" (ФРГ), " Стренч", " СДС" (США) серія " Мінськ", " Урал".

3 покоління. (1965-1970 рр.) Елементною базою ЕОМ стали інтегральні схеми. Інтегральна схема формувалася на невеликій пластинці з чистого кременю, на яку наносилися у потрібній комбінації плівки різних призначень. Залежно від комбінації речей утворювалися елементи, які працювали як конденсатори опори. Таких елементів могло бути до декількох тисяч на квадратний сантиметр. Значно зросла швидкодія ЕОМ та обсяг оперативної пам'яті. Розвинуте програмне забезпечення та зручність у використанні забезпечували відкритий широкий доступ до ЕОМ. Така машина могла працювати з декількома програмами одночасно. Для зберігання інформації почали використовувати магнітні стрічки та магнітні диски. Почався перехід до баз популярної інформатики,

4 покоління. (1971 – 1995 рр.) Елементною базою ЕОМ 4-го покоління є великі інтегральні схеми. На одному кристалі кременю стало можливим розмістити схему, яка відтворює роботу процесора ЕОМ. Такі однокристальні процесори називаються мікропроцесорами. Зросла швидкодія до міліарда операцій за секунду, обсяг оперативної пам'яті, зручність у використанні. Найпотужніший процесор 4-го покоління - " Ельбрус". На рівні 4-го покоління відбувся поділ на великі обчислювальні машини та персональні комп'ютери.

5 покоління. (1995 – до нашого часу) Елементною базою ЕОМ 5-го покоління є підвищені (супермасштабні) інтегральні схеми, які містять до сотні тисяч елементів на квадратний сантиметр. 5 покоління - це не тільки нова елементарна база це прогрес та досягнення нових якісних зрушень у всіх галузях.

Архітектура ПК

Під час розгляду комп'ютерних пристроїв прийнято розрізняти їх архітектуру й структуру.

Архітектура – це склад і взаємне поєднання пристроїв апаратної частини комп’ютера. Архітектура визначає принципи дії, інформаційні зв'язки і взаємодію головних пристроїв ПК: процесора, внутрішньої, зовнішньої пам'яті та периферійних пристроїв. Уніфікації архітектури ПК забезпечує їх сумісність з точки зору користувача

Структура персонального комп'ютера – це сукупність його функціональних елементів і зв'язків між ними.

Класична архітектура (фон Нейман) – пристрій керування, арифметично-логічний пристрій, пам'ять, пристрої вводу-виводу інформації, об'єднані за допомогою каналів зв'язку.

З усіх різновидів ПК можна виділити дві сім’ї:

1. ІВМ-сумісні комп’ютери

а) Комп’ютери з мікропроцесорами фірми Intel (Celeron, Pentium, Core 2 Duo, Core 2 Quad).

б) Комп’ютери з мікропроцесорами фірми АМD (Duron, Sempron, Athlon, Phenom)

2. Комп’ютери з архітектурою фірми Apple Macintosh.

Основні складові обчислювальної системи: апаратне забезпечення (набір пристроїв, що входять до складу комп’ютера) та програмне забезпечення (набір програм, що забезпечують роботу пристроїв та виконання завдань).

Апаратне забезпечення

Набір компонент комп’ютера визначатиметься конкретною системою та завданнями, які вона покликана виконувати.

До апаратної складової (hardware) належать:

1) комп'ютер (системний блок): корпус; процесор; материнська плата; внутрішня пам'ять; зовнішня пам'ять; блок електричного живлення; відеокарти; звукові карти; порти;

2) пристрої введення інформації – клавіатура, мишка, сканер, графічний планшет;

3) пристрої виведення інформації – монітор, принтер, плоттер;

4) комунікаційне обладнання – шлейфи, внутрішні кабелі, мережна карта, модем.

Структура персонального комп’ютера

Системний блок (корпус)