Принципы обработки информации компьютером

Федеральное агентство  по образованию 

ФГОУ СПО  Тульский экономический колледж

 

 

 

 

 

 

 

по дисциплине: «Информатика»

на тему:

«Принципы обработки информации компьютером»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила студентка группы 119М

Хохлова Ольга

Проверил преподаватель

Васильева И.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Щекино 2009

 

Содержание

1. Введение …………………………………………………………………....3
2. Компьютер как универсальное устройство обработки информации…...4
3. Компьютерная память……………………………………………………...5
4. Принципы ………………………………………………………………..…9
5. Контрольные вопросы…………………………………………………….13
6. Тестирование……………………………………………………………..14
7. Список используемой литературы……………………………………….16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение 

Понятие информатики  является относительно новым в лексиконе  современного человека. Несмотря на повсеместное  употребление, его содержание остается не проясненным до конца в силу своей новизны. Интуитивно ясно, что оно связано с информацией, а также с ее обработкой на компьютерах. Это подтверждается существующей легендой о происхождении данного слова: считается, что оно составлено из двух слов – ИНФОРМАция и автомаТИКА (как средство преобразования информации).

Вследствие  широкого распространения компьютеров  и информационного бума, который  переживает человечество, с азами  информатики должен быть знаком всякий грамотный современный человек; вот почему ее преподавание включено в курс средней школы и продолжается в высшей школе.

Основной идеей, является то, что всякая обработка  информации может рассматриваться  как ее кодирование. В самом деле, в процессе своей информационной деятельности даже безотносительно компьютера человек постоянно занимается кодированием. Так, облекая мысль в слова, он кодирует ее для передачи окружающим. Записывая фразу, он кодирует облеченную в слова мысль, используя ту или иную форму записи, и т.д. Очевидно, роль кодирования усиливается с привлечением компьютера в процесс обработки информации. Действительно, для общения с компьютером человек должен выработать специальную форму кодирования, т.е. язык, для представления информации, которую должен обработать компьютер. Этот язык должен быть понятен обоим участникам общения, и выступать в роли своеобразного эсперанто, на котором общаются пользователи компьютера, с одной стороны, и компьютер, с другой.

 

 

 

 

Компьютер как универсальное устройство обработки  информации

 

Для информатики  компьютер - это не только инструмент для работы с информацией, но и  объект изучения. Вы узнаете, как компьютер  устроен, какую работу с его помощью  можно выполнять, какие для этого  существуют программные средства.

С давних времен люди стремились облегчить свой труд. С этой целью создавались различные машины и механизмы, усиливающие физические возможности человека. Компьютер был изобретен в середине XX века для усиления возможностей умственной работы человека, т. е. работы с информацией.

Из истории науки и техники известно, что идеи многих своих изобретений человек "подглядел" в природе.

Например, еще  в XV веке великий итальянский ученый и художник Леонардо да Винчи изучал строение тел птиц и использовал  эти знания для конструирования  летательных аппаратов.

Русский ученый Н. Е. Жуковский, основоположник аэродинамики, также исследовал механизм полета птиц. Результаты этих исследований используются при расчетах конструкций самолетов.

Можно сказать, что Леонардо да Винчи и Жуковский "списывали" свои летающие машины с птиц.

А есть ли в природе  прототип у компьютера? Да! Таким  прототипом является сам человек. Только изобретатели стремились передать компьютеру не физические, а интеллектуальные возможности человека.

По своему назначению компьютер - универсальное техническое средство для работы человека с информацией.

По принципам  устройства компьютер - это модель человека, работающего с информацией.

Какие устройства входят в состав компьютера. Имеются  четыре основные составляющие информационной функции человека:

• прием (ввод) информации;
• запоминание информации (сохранение в памяти);
• процесс мышления (обработка информации);
• передача (вывод) информации.

Компьютер включает в себя устройства, выполняющие эти  функции мыслящего человека:

• устройства ввода;
• устройства запоминания - память;
• устройство обработки - процессор;
• устройства вывода.

В ходе работы компьютера информация через устройства ввода  попадает в память; процессор извлекает  из памяти обрабатываемую информацию, работает с ней и помещает в  нее результаты обработки; полученные результаты через устройства вывода сообщаются человеку. Чаще всего в качестве устройства ввода используется клавиатура, а устройства вывода - экран дисплея или принтер (рис. 1).

Рис. 1. Информационный обмен в компьютере

 

 

Компьютерная память

Внутренняя  и внешняя память. Работая с  информацией, человек пользуется не только своими знаниями, но и книгами, справочниками и другими внешними источниками. Что информация хранится в памяти человека и на внешних носителях. Заученную информацию человек может забыть, а записи сохраняются надежнее.

У компьютера тоже есть два вида памяти: внутренняя (оперативная) и внешняя (долговременная) память.

 

Внутренняя  память - это электронное устройство, которое хранит информацию, пока питается электроэнергией. При отключении компьютера от сети информация из оперативной памяти исчезает. Программа во время ее выполнения хранится во внутренней памяти компьютера. Сформулированное правило относится к принципам Неймана. Его называют принципом хранимой программы.

Внешняя память - это различные магнитные носители (ленты, диски), оптические диски. Сохранение информации на них не требует постоянного электропитания. На рис. 2 показана схема устройства компьютера с учетом двух видов памяти. Стрелки указывают направления информационного обмена.

Рис. 2. Схема  устройства компьютера

Структура внутренней памяти компьютера. Все устройства компьютера производят определенную работу с информацией (данными и программами). А как же представляется в компьютере сама информация? Для ответа на этот вопрос "заглянем" внутрь машинной памяти. Структуру внутренней памяти компьютера можно условно изобразить так, как показано на рис. 3.

Рис. 3. Структура внутренней памяти компьютера

Наименьший  элемент памяти компьютера называется битом памяти. На рис. 3 каждая клетка изображает бит. Вы видите, что у слова "бит" есть два значения: единица измерения количества информации и частица памяти компьютера. Покажем, как связаны между собой эти понятия.

В каждом бите памяти может храниться в данный момент одно из двух значений: нуль или единица. Использование двух знаков для представления информации называется двоичной кодировкой.

Данные и  программы в памяти компьютера хранятся в виде двоичного кода. Один символ двухсимвольного алфавита несет 1 бит информации.

В одном бите памяти содержится один бит информации. Битовая структура определяет первое свойство внутренней памяти компьютера - дискретность. Дискретные объекты составлены из отдельных частиц. Например, песок дискретен, так как состоит из песчинок. "Песчинками" компьютерной памяти являются биты.

Второе свойство внутренней памяти компьютера - адресуемость. Восемь расположенных подряд битов  памяти образуют байт. Вы знаете, что  это слово также обозначает единицу  количества информации, равную восьми битам. Следовательно, I одном байте памяти хранится один байт информации.

Во внутренней памяти компьютера все байты пронумерованы. Нумерация начинается с нуля. Порядковый номер байта называется его адресом. Принцип адресуемости означает, что: запись информации в память, а также чтение ее из памяти производится по адресам.

Память можно  представить как многоквартирный  дом, в котором каждая квартира - это байт, а номер квартиры - адрес. Для того чтобы почта дошла  по назначению, необходимо указать  правильный адрес. Именно так, по адресам, обращается процессор к внутренней памяти компьютера.

В современных  компьютерах имеется еще один вид внутренней памяти, который называется постоянным запоминающим устройством - ПЗУ. Это энергонезависимая память, информация из которой может только читаться.

Носители и  устройства внешней памяти. Устройства внешней памяти - это устройства чтения и записи информации на внешние  носители. Информация на внешних носителях  хранится в виде файлов. Что это  такое, подробнее вы узнаете позже.

Важнейшими  устройствами внешней памяти на современных  компьютерах являются накопители на магнитных дисках или дисководы.

Кто не знает, что  такое магнитофон? На магнитофон мы привыкли записывать речь, музыку, а  затем прослушивать записи. Звук записывается на дорожках магнитной ленты с помощью магнитной головки. С помощью этого же устройства магнитная запись снова превращается в звук.

НМД действует  аналогично магнитофону. На дорожки  диска записывается все тот же двоичный код: намагниченный участок - единица, ненамагниченный - нуль. При чтении с диска эта запись превращается в нули и единицы в битах внутренней памяти.

К магнитной  поверхности диска подводится записывающая головка (рис. 4), которая может перемещаться по радиусу. Во время работы НМД диск вращается. В каждом фиксированном положении головка взаимодействует с круговой дорожкой. На эти концентрические дорожки и производится запись двоичной информации.

Рис. 4. Дисковод и магнитный диск

Другим видом  внешних носителей являются оптические диски (другое их название - лазерные диски). На них используется не магнитный, а оптико-механический способ записи и чтения информации.

Сначала появились  лазерные диски, на которые информация записывается только один раз. Стереть  или перезаписать ее невозможно. Такие диски называются CD-ROM - Compact Disk-Read Only Memory, что в переводе значит "компактный диск - только для чтения". Позже были изобретены перезаписываемые лазерные диски - CD-RW. На них, как и на магнитных носителях, хранимую информацию можно стирать и записывать заново. Носители, которые пользователь может извлекать из дисковода, называют сменными.

 

Принципы 

 

1. Принцип достаточности регламентирует выбор минимального числа датчиков вторичных процессов, сопровождающих работу машин, оборудования и технологической системы в целом, обеспечивающих наблюдаемость технического состояния. При этом выходной сигнал датчиков может быть представлен в широком диапазоне амплитуд и частот с последующей обработкой его в компьютере (обнаружением, фильтрацией, линеаризацией, коррекцией амплитудно-фазовых характеристик и т.д.). Диагностика машинного оборудования основана на измерении некоторого множества первичных диагностических признаков, характеризующих его работу (температура, вибрация, частота вращения, давление, расход и т.д.), и дальнейшей связи их с множеством технических состояний (неисправности подшипников, расцентровка, дисбаланс, дефекты крепления и т.д.). Для увеличения достоверности и глубины диагноза требуется увеличивать пространство диагностических признаков, для чего существуют два пути:

а.Увеличение числа измерительных точек (датчиков) на диагностируемой машине;

б.Увеличение числа признаков, получаемых с одного датчика.

2. Принцип информационной полноты отражает ограниченность наших знаний об окружающем мире и в общем виде может быть сформулирован так, что помимо известных нам диагностических признаков, описывающих техническое состояние объекта известным образом, из спектра сигнала после удаления из него известных признаков выделяется остаточный «шум», который также используется для диагностики. Результаты широкомасштабных экспериментальных исследований показывают, что в большинстве случаев система признаков, включающая характеристики «шума» почти ортогональна, т.е. «шум» действительно отражает ряд неучтенных в известных диагностических признаках факторов технического состояния, таких, например, как заедания и затирания в уплотнениях и подшипниках.

3. Принцип инвариантности регламентирует выбор и селекцию таких диагностических признаков, которые инвариантны к конструкции машины и форме связи с параметрами ее технического состояния, что обеспечивает применение быстрых самообучающихся ранговых процедур без эталонной диагностики и прогнозирования ресурса машин и, соответственно, быстрые темпы разработки и внедрения ИДС.

4. Принцип самодиагностики всех измерительных и управляющих каналов ИДС обеспечивает легкий пуск систем в эксплуатацию, простоту обслуживания и ремонта отдельных каналов, высокую метрологическую и функциональную надежность системы, ее выживаемость и приспособляемость к постоянно меняющимся условиям реального производства. Принцип реализуется подачей специальных стимулирующих сигналов в цепь датчика и компьютерного анализа этого сигнала на выходе системы после АЦП. Таким образом проверяется функционирование всего тракта от датчика, через выносные модули и разветвители до компьютерной программы и монитора.

5. Принцип структурной гибкости и программируемости обеспечивает реализацию оптимальной параллельно-последовательной структуры ИДС, исходя из критериев необходимого быстродействия при минимальной стоимости. Системы с параллельной сосредоточенной структурой (VME-VXI) имеют максимальное быстродействие при максимальной стоимости. Системы с последовательной распределенной структурой имеют минимальное быстродействие при минимальной стоимости. Системы с последовательно-параллельной структурой занимают промежуточное положение.

6. Принцип коррекции не идеальностей измерительных трактов вычислительными методами на ЭВМ - нелинейности датчиков, амплитудно-фазовых характеристик согласующе-преобразовательных трактов и т.д.. Так, при коррекции амплитудной характеристики ХК-термопары полиномом 13 степени в процессе государственной аттестации системы по трем случайно выбранным термопарам была получена максимальная погрешность в диапазоне измеряемых температур от -40 до +100 градусов не более 0,5 градуса, а коррекция АЧХ виброизмерительных трактов в диапазоне частот 10-3000 Гц позволяет обеспечить неравномерность АЧХ не хуже 5%.

7. Принцип дружественности интерфейса при максимальной информационной емкости обеспечивает восприятие оператором состояния технологической системы в целом при одном взгляде на монитор и получение целеуказаного предписания на ближайшие неотложные действия. Осуществление этого принципа возможно только при наличии ЭВМ, дисплея с графическими экранами, комплексно отражающими состояние объекта и его свойств в автоматическом режиме и под управлением оператора, средств мультимедиа и встроенной экспертной системы, диагностирующей состояние машин и технологической системы в целом. Известные SCADA-системы обременяют оператора обилием цифровой и прочей сигнальной информацией, являясь, как правило, «механической» заменой обычных щитовых приборов, требуют высокой квалификации и быстрой реакции персонала.

8. Принцип многоуровневой организации обеспечивает работу с системой специалистам разных уровней квалификации и ответственности, а также позволяет удовлетворять любознательность персонала по мере повышения его квалификации. На первом уровне, при работе с машинистами и слесарями, система не требует от них почти никаких знаний, кроме клавиши «Bаckspace», нажатием на которую квитируют прием сообщения системы о состоянии оборудования и указаний по его эксплуатации. На втором уровне, при работе с механиками и ИТР, требуется выполнение операций по управлению опциями меню для рассмотрения трендов процессов и результатов анализа сигналов, в том числе спектрального. На этом уровне работают также вибродиагносты отделов и цехов технического надзора за состоянием оборудования. Благодаря наличию сетевой поддержки, системы разных цехов объединяются в диагностическую сеть предприятия, к которой подключены компьютеры вибродиагностов технадзора и пользователей-руководителей - от заместителей и начальников цехов до главных механиков и инженеров производств и предприятия в целом. Такой многоуровневый контроль обеспечивает эффективное управление состоянием оборудования и его безопасной эксплуатацией. Другая важная сторона при организации диагностической сети - это организация автоматизированной системы диагностических исследований в рамках всего предприятия, когда в исследовательской службе автоматически накапливаются данные о состоянии оборудования и диагностических признаках, что обеспечивает постоянное развитие и совершенствование подобных систем.

Контрольные вопросы

1. Какие возможности  человека воспроизводит компьютер?

2. Перечислите  основные устройства, входящие в  состав компьютера. Какое назначение каждого из них?

3. Опишите процесс  обмена информацией между устройствами  компьютера.

4. Что такое  компьютерная программа?

6. Чем отличаются  данные от программы?

7. Что такое "принцип хранимой программы"?

8. В чем заключается свойство дискретности внутренней памяти ЭВМ?

9. Какие два значения имеет слово "бит"? Как они связаны между собой?

10. В чем заключается свойство адресуемости внутренней памяти ЭВМ?

11. Назовите устройства внешней памяти ЭВМ.

12. Какие типы оптических дисков вы знаете?

 

 

 

 

Тестирование

1. Принцип хранимой программы был предложен: 
   а) Джоном фон Нейманом 
   б) Чарльзом Бэббиджем 
   в) Дж. П. Эккертом 
   г) Аланом Тьюрингом 
   д) Клодом Шенноном

2. Термин «развитие  информационных процессов» означает:  
а) уменьшение конфликта между ограниченными возможностями человека по восприятию и переработке информации и объемом информации, циркулирующей в социуме. 
б) увеличение влияния средств массовой информации на деятельность человека; 
в) увеличение информационных ресурсов страны; 
г) увеличение доли информационной деятельности в суммарном объеме различных видов деятельности человека; 
д)уменьшение объема процедур контроля над процессами общественного производства распределения материальных благ.

3. Что является  причиной перевода информационных ресурсов человечества на электронные носители: 
а) необоснованная политика правительства наиболее развитых стран; 
б) объективная потребность в увеличении скорости обработки информации, рост стоимости бумаги вследствие экологического кризиса; 
в) погоня за сверхприбылями организаций, осуществляющих свою деятельность в сфере информационных технологий; 
г) политика производителей компьютеров с целью подавления конкурентов; 
д) необъективная политика правительства в сфере коммуникационных технологий.

4. Что является причиной перехода к безбумажным технологиям в информационной сфере деятельности человека: 
а) политика правительства наиболее развитых стран; 
б) мода на использование современных средств обработки информации;  
в) погоня за сверхприбылями организаций, осуществляющих свою деятельность в сфере информационных технологий; 
г)объективная потребность в увеличении скорости обработки и обмена информацией, уменьшение стоимости электронных носителей при росте стоимости бумаги (вследствие экологического кризиса); 
д) необъективная политика правительства в сфере коммуникационных технологий с целью подавления конкурентов.

5. Среди негативных  последствий развития современных  информационных и коммуникационных  технологий указывают: 
а) реализацию гуманистических принципов управления обществом и государством: 
б) формирование единого информационного пространства; 
в) вторжение информационных технологий в частную жизнь людей, доступность личной информации для общества и государства; 
г) организацию свободного доступа каждого человека к информационным ресурсам человеческой цивилизации; д) решение экологических проблем.

6. Какое устройство  предназначено для обработки  информации: 
а) барометр  
б) термометр  
в) арифмометр  
г) калориметр

7. Общим свойством  машины Беббиджа и современного компьютера является способность обрабатывать информацию: 
а) числовую  
б) текстовую 
в) графическую 
г) звуковую

8.По способу  восприятия информации человеком  различают следующие виды информации: 
а) текстовую, числовую, графическую, табличную; 
б) научную, экономическую, социальную, политическую; 
в) техническую, обыденную, производственную; 
г) визуальную, тактильную, обонятельную, вкусовую; 
д) математическую, химическую, биологическую.

9. По форме  представления информацию можно  разделить на следующие виды: 
а) текстовую, числовую, графическую, табличную; 
б) научную, экономическую, социальную, политическую; 
в) техническую, обыденную, производственную; 
г) визуальную, тактильную, обонятельную, вкусовую; 
д) математическую, химическую, биологическую.

10. Информацию, существенную и важную в настоящий момент, называют: 
а) достоверной 
б) понятной 
в) объективной 
г) актуальной

 

 

Список  используемой литературы

1. Информатика. Базовый курс: Учебник для вузов. 2-е издание. С. Симонович. Питер 2009 г.
2. Информатика: Учебник для вузов. 5-е издание. А. Степанов. Питер 2008 г.
3. Общая информатика. Новое издание. С. Симонович. Питер 2008 г.
4. Информатика. Учебник для ВУЗов. Острейковский В.А. Высшая школа  2007г.
5. Информатика. Учебник для студентов. Каймин. ИНФРА-М, 2009г.