Теоретичні основи інформатики, комп’ютерна техніка та програмне забезпечення

 

План:

1. Теоретичні основи інформатики
2. Комп’ютерна техніка
3. Програмне забезпечення

             4.   Перспективи розвитку

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Інформатика, інформація.

 

Слово «інформація» походить від латинського  слова informatio, що в перекладі означає відомість, роз'яснення, ознайомлення. Під інформацією розуміють відомості стосовно осіб, предметів, фактів, подій,  явищ і процесів незалежно від форми її подання. Для інформатики поняття інформації має значно ширший зміст, воно є основним, первісним і тому не визначається через простіші поняття. Інформація є фундаментальним науковим поняттям. Воно є первинним і не має строгого наукового визначення. Особливість цього поняття є його універсальність – воно використовується практично у всіх сферах людської діяльності. В останні роки інформатика почала формуватись як природничо-наукова дисципліна, однак вона не вийшла ще за межі прикладної технічної науки, тому також не ввела до цих пір строгого поняття інформації. В кращому випадку її розглядають як змістовну частину даних, яка інтерпретується людиною. З визначення інформації випливає важлива властивість інформації – динамічність. Тобто, інформація існує досить нетривалий термін часу – рівно стільки, скільки триває взаємодія даних та методів під час її створення, споживання та перетворення. Як тільки це ця взаємодія завершується, ми знову маємо справу з даним, але поданими вже в іншій формі. В даному випадку ми маємо справу з інформаційним процесом.

Інформа́тика (рос. информатика, англ. informatics, information science; нім. Informatik f) — теоретична та прикладна (технічна, технологічна) дисципліна, що вивчає структуру і загальні властивості інформації, а також методи і (технічні) засоби її створення, перетворення, зберігання, передачі та використання в різних галузях людської діяльності.

Осн. теоретичне завдання інформатики  полягає у визначенні загальних  закономірностей, відповідно до яких створюється  інформація, відбувається її перетворення, передавання та використання у різних сферах діяльності людини.

Прикладні завдання інформатики полягають у розробці найефективніших методів і засобів здійснення інформаційних процесів, у визначенні способів оптим. наук. комунікації у самій науці та між наукою і виробництвом.

 

Інформаційний процес

Такий процес являє собою цикл утворення інформації з даних і збереження її у вигляді нових даних. Інформація існує досить нетривалий термін часу, але інформаційний процес триває стільки, скільки існують носії інформації. Особливість інформаційного процесу в обчислювальній техніці полягає у тому, що певні його етапи відбуваються автоматично, без участі людини. В ході цих етапів дані, подані у вигляді зареєстрованих сигналів. взаємодіють як з апаратними методами (комп’ютерами та іншим обладнанням), так і з програмними методами (комп’ютерними програмами). При цьому важливою особливістю комп’ютерних програм є їх двоїстість. З одного боку, вони ведуть себе як дані, а з іншого – як методи опрацювання даних.

 

 

Інформацíйна систéма (англ. Information system) — сукупність організаційних і  технічних засобів для збереження та обробки інформації з метою забезпечення інформаційних потреб користувачів. Таке визначення може бути задовільним тільки при найбільш узагальненій і неформальній точці зору і підлягає подальшому уточненню. Інформаційні системи діють у нашій країні під назвою автоматизовані системи. Найдавнішими і найпоширенішими ІС слід вважати бібліотеки.

Інформаційна система, як система  управління, тісно пов’язується, як з системами збереження та видачі інформації, так і з іншої - з  системами, що забезпечують обмін інформацією в процесі управління. Вона охоплює сукупність засобів та методів, що дозволяють користувачу збирати, зберігати, передавати і обробляти відібрану інформацію. Інформаційні системи існують з моменту появи суспільства, оскільки на кожній стадії його розвитку існує потреба в управлінні. Місією інформаційної системи є виробництво потрібної для організації інформації, потрібної для ефективного управління всіма її ресурсами, створення інформаційного та технічного середовища для управління її діяльністю. Інформаційна система може існувати і без застосування комп’ютерної техніки – це питання економічної необхідності. В будь-якій інформаційній системі управління вирішуються задачі трьох типів:

- задачі оцінки ситуації (деколи  їх називають задачами розпізнавання образів);

- задачі перетворення опису  ситуації (розрахункові задачі, задачі  моделювання);

- задачі прийняття рішень (в  тому числі і оптимізаційні)

 

Обчислювальною системою називають сукупність технічних та програмних засобів обчислювальної техніки,

що функціонує як єдине ціле, призначена для розв’язання задач певного  класу . Оскільки обчислювальна система складається із апаратних і програмних засобів, і повинно бути щось, що

пов’язує їх. Таку роль виконує  програма, яка називається операційною системою. Саме операційна система

(ОС), приховуючи від користувача  всі складнощі взаємодії окремих  пристроїв, постійно забезпечуючи  їх взаємо

узгоджену роботу, перетворює набір  технічних і програмних засобів  в обчислювальну систему.

 

Властивості інформації.

 

Повнота : якщо вас повідомлять, що буде контрольна, але не зазначать, з якої теми та з якого предмету, то інформація буде неповною.Ця властивість характеризує якість інформації і визначає достатність  даних для ухвалення рішення. Ніж повніше дані, тим ширше діапазон методів, що можна використовувати в ході інформаційного процесу;

Достовірність : якщо вам скажуть, що контрольна буде завтра, а насправді вона буде післязавтра, то інформація буде недостовірною. При  реєстрації сигналів завжди є присутнім якійсь рівень сторонніх сигналів - «інформаційний шум». Якщо корисний сигнал зареєстрований більш чітко, чим сторонні сигнали, достовірність інформації буде більш високої;

Адекватність - це ступінь відповідності реальному  об'єктивному стану справи. Неадекватна інформація утворюється звичайно при створенні нової інформації на основі неповних або недостовірних даних. До створення неадекватної інформації може привести і застосування неадекватних методів до повних і достовірних даних;

Корисність  : якщо ви дізнаєтеся, що контрольна буде з певної теми математики, то отримана інформація буде для вас корисною.

Своєчасність : якщо ви дізнаєтеся про контрольну вже після її проведення, то отримана інформація буде несвоєчасною.

Зрозумілість : якщо інформацію про контрольну передати азбукою Морзе, яку ви не знаєте, то така інформація буде для вас незрозумілою. Це міра можливості одержати ту або іншу інформацію. На ступінь доступності інформації впливають одночасно як доступність даних, так і доступність адекватних методів для їхньої інтерпретації;

Об'єктивність : Це поняття є відносним. Елемент  суб'єктивності вносять методи. Наприклад, ті самі події, які зафіксовані в  історичних документах різних країн, виглядають цілком по-різному. Інформація про об'єкти, отримана за допомогою фотознімків, більш об'єктивна, чим отримана за допомогою рисунків.

 

Кодування інформації

Будь-яка  робота із записами потребує їх кодування. Як правило, повідомлення зберігаються у вигляді кодів. Кодування повідомлень  — це подання їх за допомогою деякої послідовності знаків. Кодування — спосіб зберігання і передавання повідомлень, форма подання їх на носієві.

Для подання  та опрацювання повідомлень у  комп'ютері використовують двійкові коди, що подаються за допомогою  лише двох символів — 0 i l, оскільки пристрої комп'ютера побудовані на елементах, що мають два стійких стани (які позначають через 0 та 1). Це дозволяє технічно реалізувати збереження і опрацювання повідомлень за допомогою комп'ютера. Біт (англ. bit — двійкова одиниця) — найменша довжина двійкового коду (один двійковий розряд). Байт — це послідовність з 8 бітів. Загальна кількість різних комбінацій двійкових розрядів у байті дорівнює 28=256. Для кодування різних символів та для їх зберігання в запам'ятовуючих пристроях комп'ютера найчастіше використовують американський стандартний код для обміну інформацією — ASCII (англ. American Standard Code for Information Interchange), який являє собою стандартну таблицю кодування знаків.

Одне і  те саме повідомлення можна закодувати різними способами, тобто виразити різними мовами.

 

Подання інформації в комп’ютері

 

Комп`ютер може обробляти інформацію, що подана в числовій формі. Вся інформація (звуки, зображення, показання приладів тощо) для опрацювання на комп`ютері  повинна бути перетворена в числову форму. Наприклад, звук у числовій формі можна подати як значення замірів інтенсивності звукових сигналів, що здійснювалися через невеликі проміжки часу. За допомогою спеціальних комп`ютерних програм можна виконати  перетворення  отриманої інформації , наприклад "накласти" один на інший звуки від різних джерел. Після цього результат можна перетворити у звукову форму.

 

Як правило, усі числа у середині комп`ютера подаються за допомогою  нулів і одиниць, а не десяти цифр, як це більш звично для людини. Іншими словами, комп`ютери працюють у двійковій  системі  числення, яка з технічного боку значно ефективніше реалізує основні функції комп`ютера. Уведення чисел у комп`ютер і виведення їх для сприйняття людиною здійснюється, зазвичай, у десятковій системі. Перетворення з десяткової системи в двійкову і навпаки виконують спеціальні комп`ютерні програми.

 

 

Систе́ма чи́слення (англ. number (numeration) system, notation) - сукупність способів і засобів запису чисел для проведення підрахунків.

 

Розрізняють такі типи систем числення:

Позиційні(одна і та ж цифра (числовий знак) у записі числа набуває різних значень залежно від своєї  позиції. Таким чином, позиція цифри має вагу у числі.)

Змішані(Змішана система числення є узагальненням системи числення з основою b і її часто відносять  до позиційних систем числення. Основою  змішаної системи є послідовність  чисел, що зростає)

Непозиційні(У непозиційних системах числення величина, яку позначає цифра, не залежить від позиції її у числі. При цьому система може накладати обмеження на позиції цифр, наприклад, щоб вони були розташовані по спаданню, чи згруповані за значенням. Проте це не є принциповою умовою для розуміння записаних такими системами чисел.

 

Типовим прикладом непозиційної системи  числення є римська система числення, в якій у якості цифр використовуються латинські букви)

 

Структурна схема обчислювальної системи

Основоположником теоретичних принципів функціонування комп'ютерів вважається також видатний американський математик Джон фон Нейман. У 1945 році на міжнародній конференції ним були сформульовані в доповіді принципи функціонування універсальних обчислювальних пристроїв.

Принципи. Джона фон Неймана свідчать,  що комп'ютер обов'язково повинен мати наступні пристрої:

1) арифметико-логічний пристрій, що виконує арифметичні і логические операції;

2) пристрій управління, організуючий процес виконання програм;

3) запам'ятовуючий пристрій або пам'ять для зберігання програм і даних;

4) зовнішні пристрої для введення і виведення інформації.

Для  персональних  комп'ютерів головні принципи функціонування більш конкретні:

- магістрально-модульний принцип  конструкції ПЭВМ;

- принцип цифрового кодування даних (інформація будь-якого вигляду в пам'яті комп'ютера може  

  передаватися і зберігатися  у вигляді цифрових кодів);

-  програмний принцип управління роботою комп'ютера (всі його функціональні можливості   

   реалізовуються    при    виконанні відповідних програм).

Величезну роль в розвитку IBM PC комп'ютерів зіграв закладений в них фірмою IBM в 1981 р. принцип відкритої архітектури. У той час цей була революція  в компонуванні ПЭВМ. Фірма IBM зробила свій персональний комп'ютер не єдиним нероз'ємним пристроєм, а забезпечила можливість його зборки з незалежно виготовлених частин аналогічно дитячому конструктору. У його основу ліг магістрально-модульний принцип конструкції.

Головною відмінною рисою структури  персонального комп'ютера є наявність системної шини (СШ), яка розташована на материнській платі. Системна шина забезпечує взаємодію і обмін інформацією для всіх пристроїв ПЭВМ. Вона являє собою сукупність одне- і   двонапрямний електричних ліній, що логічно об'єднуються в шину управління, адресну шину і шину даних.

 

Стандартний комплект персонального  комп'ютера IBM PC складається з трьох частин:

- системного блоку (що обробляє  інформацію);

- клавіатури (пристрої введення  символів і команд);

- дисплея (монітора - виведення  текстової і графічної інформації).

Примітка: Якщо комп'ютер портативний, то в ньому системний блок, дисплей і клавіатура розміщуються в одному корпусі.

 

В системний блок входять:

Мікропроцесор — процесор, який виконаний на одній великій інтегральній схемі.

Контролер - електронна схема, яка керує кожним зовнішним пристроєм в комп'ютері. Деякі контролери (наприклад, контролер дисків) можуть керувати одночасно кількома пристроями.

Всі контролери і адаптери взаємодіють  з мікропроцесором і оперативною  пам'яттю через системну магістраль передачі даних, яку називають шиною.

Пам 'ять— пристрій, призначений для зберігання інформації. Розрізняють внутрішню і зовнішню пам'ять.

Внутрішня память може не стиратися (ПЗП - постійний запам'ятовуючий пристрій), запис інформації виконується при її виготовленні; і стиратися (ОЗП -оперативний запам'ятовуючий пристрій) — пам'ять, призначена для збереження вхідної і вихідної інформації. Після виключення комп'ютера вона втрачається.

Зовнішня пам'ять призначена, як правило, для збереження великих масивів інформації, але, на відміну від внутрішньої, може бути відділена від комп'ютера і використана на іншому комп'ютері. Зовнішня пам'ять зберігає інформацію після виключення живлення. Прикладами можуть бути вінчестер, дискети.

Пристрої введення-виведення інформації різноманітні, і їх набір залежить від застосування комп'ютера. Найбільш розповсюджені з них: дисплей, клавіатура, принтер, миша, плоттер, сканер.

Для того, щоб комп’ютер  міг працювати, необхідно, щоб в  його оперативній пам’яті знаходилася  програма та дані. А надходять вони туди з різних пристроїв - клавіатури, дисководів та ін. Результати виконання програми також виводяться на зовнішні пристрої. Таким чином для роботи комп’ютера необхідний обмін інформацією між оперативною памяттю та зовнішними пристроями, тобто процес введення-виведення інформації. Між будь-яким зовнішним пристроєм та оперативною пам’ттю існує дві проміжних ланки: