Предмет и задачи информатики

ВВЕДЕНИЕ

Предмет и задачи информатики

Информатика — это наука о методах представления, накопления, хранения, передачи и обработки информации с помощью вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Из определения видно, что информатика близка к технологии, поэтому ее предмет часто называют информационной технологией.

Предмет информатики составляют следующие понятия:

Аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

Программное обеспечение средств вычислительной техники;

Средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

Средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Кроме того, в рамках этой дисциплины изучаются социальные, экономические, организационные, политические, юридические и исторические аспекты компьютеризации во все области жизни человека:

В информатике обычно выделяют три части:

Технические средства;

Программные средства;

Алгоритмические средства.

Технические средства — аппаратура ЭВМ, в английском языке обозначается словом Hardware, которое переводится как «твердое изделие, железо».

Для программного обеспечения выбрано слово Software («мягкое изделие»), которое подчеркивает равнозначность программного и аппаратного обеспечения и подчеркивает способность программного обеспечения модифицироваться, развиваться.

Алгоритмические средства — средства, без которых не может начаться программирование, оно носит название Brainware(от словаbrain – интеллект).

1. ИНФОРМАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Весь окружающий нас мир состоит из трех сущностей — вещество, энергия и информация.

Вещество — это все, что можно отнести к материальному миру — воздух, вода, человек, животный и растительный мир и т.п.

Энергия — то, что приводит мир в движение. Энергия солнца, электрическая энергия, энергия ветра и.т.п.

К информации относится все то, что нельзя отнести к веществу и энергии. Термин «информация» имеет множество определений. Происходит от латинского information, что означает: «сведения, разъяснение, изложение».

Информация— это сведения об объектах и явлениях окружающего нас мира, их характеристиках, свойствах, состояниях этих объектов и явлениях.

Информация является общенаучным понятием, это значит, что она используется в различных науках: в информатике, кибернетике, химии и т.д. и в каждой науке понятие информации связано с различными системами понятий. Поэтому, если говорить об информации в широком смысле, то это — обмен сведениями между людьми, обмен сигналами между объектами живой и неживой природы, людьми и техническими устройствами. Информацию может переносить любая материальная структура или поток энергии.

Информация может существовать в самых разнообразных формах:

В виде текстов, рисунков, чертежей, фотографий;

В виде световых или звуковых сигналов;

В виде радиоволн;

В виде электрических и нервных импульсов;

В виде магнитных записей; в виде жестов и мимики; в виде запахов и вкусовых ощущений;

В виде хромосом, посредством которых передаются наследственные признаки и свойства организма и т.д.

С точки зрения информатики, информация — это связанные между собой сведения, изменяющие наше представление, о явлениях или объектах окружающего нас мира. Формы представления информации могут быть различны. Основными из них являются: символьная, текстовая, графическая и звуковая.

Вся деятельность человека связана с переработкой информации. Помогают ему в этом различные технические устройства, Процессы, в которых человек с помощью разнообразных технических устройств занимается сбором, хранением, поиском, обработкой, кодированием и передачей информации, называют информационнымипроцессами

2. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В КОМПЬЮТЕРЕ.
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Информация в компьютере представлена в виде электрического сигнала определенной конфигурации, а точнее в виде дискретного электрического сигнала (рис.1).

Дискретный сигнал — сигнал, имеющий конечное, обычно небольшое, число значений. Практически всегда дискретный сигнал имеет два значения — есть сигнал, нет сигнала. Способ представления информации, состоящий из двух состояний (есть сигнал, нет сигнала) для удобства использования договорились кодировать:

нулем сигнал низкого напряжения (~0 в);

единицей сигнал высокого напряжения (5 в).

Поэтому дискретный сигнал нередко называют цифровым сигналом. В цифровых системах используются двоичные сигналы 0и 1.

Дискретный сигнал по сравнению с аналоговым имеет ряд преимуществ: помехоустойчивость, легкость восстановления формы, простота аппаратуры передачи.

В качестве единицы измерения Клод Шеннон предложил принять один бит(английскоеbit — binarydigit — двоичная цифра).

Ввычислительной техники битом называют наименьшую «порцию» информации памяти компьютера, для хранения одного из знаков 0 и 1.

1 байт

Рис.1. Представление информации в компьютере

Так как один бит слишком маленькая единица информации, то на практике применяют более крупные единицы измерения информации:

Байт = 8 бит;

Килобайт (Кбайт) = 1024 байт=2¹⁰ байт;

Мегабайт

0

Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 2³⁰ байт;

Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 2⁴⁰ байт;

Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт = 2⁵⁰ байт;

Экзобайт (Эбайт) = 1024 Пбайт = 2⁶⁰ байт;

Зеттабайт (збайт) = 1024 Эбайт = 2⁷⁰ байт

Йоттобайт (Йбайт) = 1024 Збайт = 2⁸⁰ байт

Экзобайт = 10 18 Мбайт и пр.

3. АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРА

3.1 Назначение ПК и основные устройства компьютера

Компьютер, как инструмент обработки информации должен выполнять основные этапы обработки информации: ввод, хранение, преобразование и вывод информации. Для выполнения этих задач компьютер использует различные устройства, которые и составляют его аппаратное обеспечение.

Аппаратное обеспечение (Hardware)— это группа взаимосвязанных устройств, предназначенных для приема, хранения, преобразования и выдачи информации.

В минимальный базовый комплект, без которого работа персонального компьютера невозможна, входят: клавиатура, монитор, системный блок, мышь.

3.2 Устройства ввода

У современного компьютера имеются разнообразные устройства ввода. Такое многообразие определяется видами информации, которую необходимо ввести: числа, тексты, изображения, звуки. Чтобы работать с тем или иным внешним устройством ввода-вывода (клавиатурой, мышью, монитором, …), необходима специальная программа, называемая драйвером. Драйвер— это программа, управляющая работой устройства.

Устройства ввода можно разделить на два основных класса:

С клавиатурным вводом, при котором осуществляется ручной ввод с клавиатуры;

С прямым вводом, при котором данные считываются непосредственно компьютерными устройствами.

Устройства ввода — устройства преобразования входной информации из формы, понятной человеку, в форму понятную компьютеру.

К устройствам ввода относятся:

Клавиатура — стандартное устройство для ввода данных в компьютер;

Мышь, трекбол, джойстик (ручные манипуляторы) — осуществляют непосредственный ввод информации, указывая курсором на экране монитора команду или место ввода данных.

Сенсорный экран — дает возможность выбирать действие или команду дотрагиваясь до экране пальцем;

Световое перо — специальное устройство, похожее на карандаш, при перемещении которого можно рисовать и писать на экране ;

Графический планшет, дигитайзер — используется для ввода в компьютер чертежей или рисунков;

Сканер — предназначен для ввода графической или текстовой информации. Распознает изображение, автоматически создает его электронную копию, которая может быть сохранена в памяти компьютера;

Микрофон — устройство ввода звуковой информации др.

Устройства вывода — устройства преобразования выходной информации из формы понятной компьютеру, в форму понятную человеку.

К устройствам вывода относятся:

Монитор — предназначен для отображения символьной и графической информации;

Принтер — печатающее устройство для вывода данных (текста, рисунков, графики) на бумагу другие твердые носители;

Плоттер (графопостроитель) — устройство, выполняющее функции вывода графической информации (большого формата) на бумажные и некоторые другие типы носителей, как например, карты, чертежи;

Устройства звукового вывода (динамик, колонки, наушники) и др;

3.3 Память компьютера

Память компьютера — это совокупность устройств, предназначенных для хранения информации. Память состоит из ячеек, в каждой из которой хранится порция информации. Каждая ячейка имеет адрес – номер ячейки в памяти. Чтобы прочитать информацию из памяти или поместить ее туда, нужно указать адрес ячейки. При считывании информации ее копия передается в другое устройство, где над ней производятся различные операции — вычисления, создания текста, рисунка др. Оригинал считанной информации остается в ячейке до тех пор, пока на ее место не будет записана другая информация. При сохранении информации вся предыдущая стирается.

Память характеризуется — быстродействием и объемом.

Быстродействиепамяти — время необходимое для считывания или записи минимальной порции информации по заданному адресу.

Чтение(считывание) информации из памяти — процесс получения информации по заданному адресу.

Запись(сохранение) — процесс размещения и хранения информации по заданному адресу.

Быстродействие измеряется в миллисекундах (1 млсек=10^-3 сек), микросекундах (1мксек=10^-6 сек), наносекундах (1нсек=10^-9 сек).

Объем памяти — максимальное количество хранимой в ней информации.

Вся компьютерная память делится на внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя память делится на оперативную (оперативно-запоминающее устройство ОЗУ или RAM), постоянную (постоянное запоминающее устройство ПЗУ или ROM) и кэш-память. При изготовлении этого вида памяти используются интегральные схемы (чипы).

3.3.1 Постоянная память (ПЗУ — постоянное запоминающее устройство или ROM — RandomOnlyMemory)

Постоянная память(устройство для долговременного хранения программ и данных). В ПЗУ находятся программы управления работой самого процессора, программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программа запуска и остановки компьютера, тестирование устройств.

Постоянная память делится на две части — BIOS и CMOS.

BIOS (BasicInput-OutputSystem) — основная система ввода-вывода. В ней содержатся программы, необходимые для тестирования основных устройств компьютера и для начальной загрузки операционной системы. Содержимое памяти специальным образом «зашивается» в устройство при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать информацию. Эта часть постоянной памяти является энергонезависимой — при выключении компьютера информация в ней сохраняется.

BIOS (BasicInput-OutputSystem) — базовая система ввода-вывода. Эта часть программного обеспечения персонального компьютера, поддерживающая управление адаптерами внешних устройств, экранные операции, тестирование, начальную загрузку и установку операционной системы. BIOSхранится в ПЗУ РС.

CMOSRAM (ComplimentaryMetalOxideSemiconductorMemory — КМОП-память) — это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы. Содержимое CMOS может, изменяется специальной программойSetup, находящейся в BIOS (англ.Set – up — устанавливать)

Для выполнения своих задач BIOS необходимо «знать» различные параметры (конфигурацию аппаратных средств) эти параметры постоянно хранятся в небольшом фрагменте (64 байта) CMOS-ОЗУ.CMOS-память — память с возможностью модификации, где содержится некоторая настроечная информация по конфигурации данного компьютера и некоторого дополнительного оборудования. CMOS-память содержит следующую информацию:

Системное время;

О результатах диагностики POST- программы;

О наличии и типеFDD;

О наличии и типеHDD;

О размере ОЗУ;

О наличии дополнительного оборудования.

Питание ОЗУ обеспечивается небольшой батареей, поэтому его содержимое не утрачивается после выключения компьютера. Итак, на системной плате имеется батарея и небольшая память, которая никогда (никогда не должна!) не теряет информацию. Ранее память располагалась в виде части микросхемы системных часов, а в настоящее время она часть БИС. CMOS (КМОП) — название технологии, по которой изготавливается интегральная схема (ИС) с крайне малым потреблением энергии, поэтому батарея в компьютере почти «не используется». Фактически на новых системных платах установлена не батарея, а аккумулятор (чаще всего — никель- кадмиевый). Он подзаряжается всякий раз при включении компьютера. Переключатель (jumper) с обозначением «forgetCMOSRAM» позволяет отключить батарей и «обнулить» содержимое ОЗУ.

CMOS- память можно очистить двумя способами6

Отсоединить батарейку

Установить подходящую перемычку (jumper) (см. документацию на системную плату — вблизи батарейки.

Иногда это возможно при помощи DIP-переключателя на системной плате.

CMOS - память — содержит информацию о настройках компьютера (дата, пароли и пр.). CMOS является энергозависимым устройством с питанием от аккумулятора. Подзарядка аккумулятора производится во время работы компьютера. Если вынуть аккумулятор и включить компьютер, то информация утратится.

3.3.2Оперативнаяпамять (RAM — Random Access Memory)

Память, непосредственно связанная с процессором и предназначенная для данных, непосредственно участвующих в его операциях.

Оперативная память предназначена для записи, считывания и хранения информации, которая используется в данный момент (данные, программы, промежуточные результаты), она непосредственно связана с процессором.

ОЗУ характеризуется сравнительно небольшим объемом памяти (от 16 Мбайт до 2 Гбайт) и очень большой скоростью обращения к информации. Память энергозависимая при выключении компьютера вся информация из нее стирается.

3.3.3 КЭШ память

КЭШ память— промежуточное запоминающее устройство для обмена данными между ОЗУ и процессором, а также между оперативной и внешней памятью. Использование КЭШ-памяти сокращает число обращений к жесткому диску. Различают внутреннюю КЭШ-память (находится внутри процессора) и внешнюю КЭШ-память (находится на материнской плате).

3.3.4. Внешняя память (ВЗУ)

Внешняя память (внешнее запоминающее устройство, сокращенно ВЗУ). — предназначена для долговременного хранения информации. Энергонезависимая, более медленная чем оперативная память (т.к в конструкции ВЗУ имеются механические движущие части). Память большого объема.

Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (дисковода), устройства обеспечивающего запись и (или) считывание информации и устройства хранения информации — носителя.

Носители бываютпостоянные (образующие с накопителем единый агрегат – жесткие диски, флэш) и съемные (чтение и запись которых возможны в разных накопителях). Съемные носители часто используются для переноса данных с одного компьютера на другой.

Используются следующие виды накопителей (дисководов):

накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД);

накопители на магнитной ленте (НМЛ);

Накопители на компакт-дисках (СD-ROM - предназначен только для чтения, CD-R,CD-RW – для чтения и записи, DVD)

Флэш-накопитель — портативный носитель информации с интерфейсом USB. У этого типа памяти есть много преимуществ: быстрое время доступа, высокая надежность (нет движущихся частей), компактность, долговечность. Устройства поддерживаются операционными системами Windows 2000 и XP без необходимости установки каких-либо драйверов. . При включении устройства в разъем, оно автоматически распознается системой и регистрируется. При завершении работы необходимо выполнить отключение устройства, после чего оно будет удалено из системы и может быть снять.

Им соответствуют основные виды носителей:

Гибкие магнитные диски (FloppyDisk);

Жесткие магнитные диски (HardDisk);

Кассеты для стримеров и других НМЛ;

Диски СD-ROM,CD-R,CD-RW,DVD — цифровой универсальный диск — самый современный стандарт хранения информации на оптическом (лазерном диске) отличается от обычного CD-ROM увеличенной почти в 30 раз емкостью (до 17 GB);

Флэш-диск (съемный диск) «псевдодиск» состоит из микросхемы флэш-ПЗУ, спецконтроллера и интерфейсаUSB. У этого типа памяти есть много преимуществ: быстрое время доступа, высокая надежность (в силу отсутствия движущихся частей), компактность, долговечность. Устройства поддерживаются операционными системамиWindows 2000 и ХР без необходимости установки каких-либо специальных драйверов. При включении устройства в разъем, оно автоматически распознается системой и регистрируется. При завершении работы необходимо выполнить отключение устройства, после чего оно будет удалено из системы и может быть снять.

Самыми медленными являются НГМД, самыми быстрыми – жесткие диски

3.4. Процессор

Представляет собой большую интегральную схему (электрическую схему). Это главное устройство компьютера, в котором происходит обработка всех видов информации и управление всеми устройствами компьютера. В соответствии с этим процессор логически подразделяется на два устройства:

АЛУ – арифметико – логическое устройство;

УУ – устройство управления

АЛУ выполняет все арифметические и логические операции с данными с помощью прикладных программ. УУ управляет всеми устройствами компьютера с помощью операционной системы (ОС). Так как каждое устройство процессора (АЛУ и УУ) работает по заданной программе, то можно говорить о программном принципе работы процессора.

Каждый процессор способен выполнять определенный набор универсальных команд, он выполняет команды находящиеся в оперативной памяти и управляет согласованной работой всех устройств компьютера.

Основной характеристикой процессора является скорость работы процессора (его производительность) — количество элементарных операций, выполняемых за одну секунду. Производительность и определяет быстродействие компьютера, которая зависит от тактовой частоты и разрядности.

Любая операция, выполняемая процессором, состоит из отдельных элементарных действий —тактов.

Такт — промежуток времени, в течении которого выполняется одна элементарная операция (например, сложение двух чисел).

Тактовая частота — число тактов работы процессора в секунду. Компьютер выполняет до миллиарда таких операций в секунду. Тактовая частота измеряется в МГц (мегагерцах – миллион тактов в секунду). Однако последние модели процессоров достигают частоты Гигагерц (миллиард герц) и более , так Pentium 4 имеет тактовую частоту до 3,2 ГГц.

Разрядность процессора — размер минимальной порции информации, которую процессор может получить или отправить за 1 такт.

Мощный процессор может иметь одновременный доступ к 64 битам информации.

4. СТРУКТУРНАЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМЫ КОМПЬЮТЕРА

Взаимодействие всех устройств компьютера организовано таким образом, чтобы обеспечить основные этапы обработки информации.

Системный блок

Рис. 2 Структурная схема компьютера

Изобразив схематично устройства, обеспечивающие соответствующие виды обработки информации, получим упрощенную структурную схему персонального компьютера (Рис. 2). Структура определяет набор обязательных компонентов компьютера и связи между ними. На рисунке есть стрелки, которые связывают различные устройства компьютера.

— пунктирные стрелки обозначают управляющие сигналы, которые поступают их устройства управления

— стрелки с точкой обозначают поток входной и выходной информации.

— сплошные стрелки обозначают обмен информацией между различными устройствами компьютера

5. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРА

Совокупность всех программ для компьютера называетсяпрограммным обеспечением (Software)(ПО) компьютера. ПО современных компьютеров включает миллионы программ от игровых до научных.

Программа — строгая последовательность команд записанных на языке понятном компьютеру (языке программирования).

Все программы можно условно разделить на три большие класса:

Базовое (системное) программное обеспечение;

Инструментальное программное обеспечение;

Прикладное программное обеспечение

5.1.Базовое программное обеспечение

Базовое программное обеспечение организует процесс обработки информации, обеспечивает работу прикладных программ, взаимодействие между аппаратными средствами и пользователем.

К базовому программному обеспечению относятся:

Операционные системы (ОС);

сервисные программы (оболочки, утилиты, антивирусные средства);

программы технического обслуживания (тестовые программы, программы контроля).

5.1.1. Операционная система

Операционная система — это базовая составляющая программного обеспечения. Без нее компьютер не может работать.

Операционная система (ОС) — это комплекс программ предназначенных для:

Управления всеми устройствами компьютера

Осуществления диалога с пользователем

Поддержки работы прикладных программ

Создания файловой системы и других вспомогательных операций обслуживания

Таким образом, операционная система является программным расширением устройств управления.

5.1.1.1. Состав операционной системы:

Программный модуль, управляющий файловой системой (файловый менеджер), — в Windows — Проводник:

Командный процессор, выполняющий команды пользователя:

Драйверы устройств — специальные программы, которые обеспечивают управление и обмен информацией между устройствами;

Сервисные программы — утилиты, программы расширяющие и дополняющие возможности операционной системы. К ним относятся программы для обслуживания дисков, архиваторы, программы для работы в сети, программы контроля, тестирования и диагностики и др.

5.2. Инструментальное программное обеспечение

Инструментальное программное обеспечение предназначено для создания системного и прикладного программного обеспечения.

Сюда входят разнообразные языки программирования, трансляторы языков программирования, компиляторы, интерпретаторы, ассемблеры.

Транслятор — программа, осуществляющая перевод текста программы с языка программирования в машинный код. В зависимости от способа перевода трансляторы подразделяются на компиляторы и интерпретаторы.

При компиляции сначала программа преобразуется в набор модулей на машинном языке, который затем собирается в единую программу, готовую к выполнению в виде файла.

Интерпретатор осуществляет пошаговую трансляцию и немедленное выполнение оператора исходной программы.

Ассемблеры представляют собой мнемоническую условную запись машинных команд и позволяют получать высокоэффективные программы на машинном языке.

5.3. Прикладное программное обеспечение

Прикладное программное обеспечение предназначено для выполнения конкретной задачи пользователя.

Прикладное программное обеспечение делится на программное обеспечение:

Общего назначения;

Рабочие программы пользователя;

Специализированное.

5.3.1. Прикладное программное обеспечение общего назначения

Программы общего назначения нужны большинству пользователей.

К программам общего назначения относятся следующие категории программ:

1. Офисные приложения: текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, базы данных, системы подготовки презентаций.

2. Сетевые (коммуникационные) программы — программы для обмена данными с другими компьютерами, объединенными компьютерной сетью.

3. Обучающие, развивающие, справочные и развлекательные программы.

5.3.2. Специализированные программы

Специализированные программы используются в профессиональной деятельности.

Для профессиональных целей квалифицированными пользователями используются приложения специального назначения. К ним относятся:

Бухгалтерские системы.

Настольные издательские системы.

Системы автоматического проектирования.

Системы компьютерной графики.

Специализированные справочные системы и др.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/377716-predmet-i-zadachi-informatiki