Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Сигналы; кодирование и квантование сигналов. Системы счисления

Сигнал (от лат. signum - знак) - знак, физический процесс (или явление), несущий информацию о каком-либо событии, состоянии объекта наблюдения либо передающий команды управления, указания, оповещения.

Сигнал является материальным носителем информации, которая передается от источника к потребителю.

Сигнал - это изменяющийся во времени физический процесс. Такой процесс может содержать различные характеристики. При взаимодействии сигнала с физическими телами возникают определенные изменения свойств этих тел, которые можно зарегистрировать. Таким образом, будем считать, что данные - это зарегистрированные сигналы. Характеристика, которая используется для представления данных, называется параметром сигнала. Если параметр сигнала принимает ряд последовательных значений и их конечное число, сигнал называется дискретным. Если параметр сигнала непрерывная функция, то сигнал называется непрерывным.

Квантование сигнала - преобразование сигнала в последовательность импульсов (квантование сигнала по времени) или в сигнал со ступенчатым изменением амплитуды (квантование сигнала по уровню), а также одновременно и по времени, и по уровню. Применяется при преобразовании непрерывной величины в код в вычислительных устройствах, цифровых измерительных приборах и др.

Данные, безусловно, несут в себе информацию, но они ей не тождественны. Для того чтобы данные стали информацией необходимо наличие методов пересчета одной величины в другую. Данные - диалектическая составная часть информации. В соответствии с методом регистрации данные могут храниться и транспортироваться на носителях различных видов.

Самым распространенным носителем данных в настоящее время является бумага. На бумаге данные регистрируются путем изменения оптических характеристик ее поверхности. В то же время изменение коэффициента отражения поверхности в определенном диапазоне длин волн используется в устройствах, осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях с отражающим покрытием (CD ROM). Магнитные ленты и магнитные диски, служащие в современных компьютерах главными носителями информации, используют изменение магнитных свойств тела. Свойства информации получаемой пользователем, тесно связаны со свойствами носителей данных, с которых эта информация будет получена. Любой носитель можно характеризовать параметром разрешающей способности, т.е. количеством данных записанных в принятой на носителе единице измерения, и динамическим диапазоном - логарифмическим отношением интенсивности амплитуд максимального и минимального регистрируемого сигнала. От этих свойств носителя зависят такие свойства информации, как полнота, доступность и достоверность. Задача преобразования данных с целью смены носителя относится к одной из важнейших задач информатики. В стоимости вычислительных систем устройства для ввода и вывода данных, работающие с носителями информации, составляют не меньше половины стоимости аппаратных средств.

Обуславливая диалектическое единство данных и методов в информационном процессе, определяют следующие понятия.

Динамический характер информации. Данные имеют статичный характер. Информация динамически меняется и существует только в момент времени взаимодействия данных и методов. Таким образом, информация существует только в момент протекания информационного процесса. Все остальное время она содержится в виде данных.

Требования адекватности методов. Одни и те же данные могут в момент потребления поставлять разную информацию, в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними методов. Использование более адекватных методов даст более полную информацию.

Диалектический характер взаимодействия данных и методов. Данные являются объективными, это результат регистрации объективно существовавших сигналов, вызванных изменениями в материальных полях или телах. В тоже время методы являются субъективными. В основе искусственных методов лежит алгоритм, т.е. упорядоченная последовательность команд, составленная и подготовленная человеком (субъектом). В основе естественных методов лежат биологические свойства субъектов информационного процесса.

Таким образом, информация возникает и существует в момент диалектического взаимодействия объективных данных и субъективных методов.

Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам и несущим в себе различную информацию очень важно унифицировать форму их представления. Для этого обычно используется прием кодирования.

Кодирование - это выражение данных одного типа через данные другого типа.

Естественные человеческие языки - это не что иное, как системы кодирования понятий для выражения мыслей посредством речи.

В вычислительной технике работа ведется с числовой информацией. Остальная информация тексты, звуки, изображения и т.д. для обработки в вычислительной среде должна быть преобразована в числовую форму. При этом все числа в память компьютера записываются с использованием, так называемого двоичного кодирования. Двоичное кодирование основано на представлении данных последовательностью всего двух знаков 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами, по-английски binary digit или сокращенно (bit) бит.

Двоичная система кодирования выбрана совсем не случайно. Она легко реализуется технически. Электронные схемы для обработки двоичных кодов должны находиться в одном из двух состояний «есть сигнал/нет сигнала» или «высокое / низкое» напряжение и т.д. Схему легко переключать из одного состояния в другое.

Бит - минимальная единица информации в вычислительной технике. Один двоичный разряд.

Группа из восьми бит называется байт и обеспечивает основу записи информации в память компьютера.

1024 байта = 1 килобайту (Кб)

1024 килобайта = 1 мегабайту (Мб)

1024 мегабайта = 1 гигабайту (Гб)

Для правильного понимания, как представляется информации в памяти компьютера, рассмотрим различные системы счисления, используемые современными вычислительными средствами.

Система счисления - это совокупность правил наименования и изображения чисел с помощью набора знаков.

Системы счисления бывают позиционные и непозиционные.

Непозиционная система счисления - это система, где порядок цифры в числе определяется по установленному правилу. Например, непозиционной системой счисления является «римская» система.

Позиционной системой счисления, называется система - где порядок цифры в числе определяется рядом степени числа, которое является основанием данной системы счисления.

В общем виде целое число в позиционной системе счисления можно представить выражением:

N (m) = k0 * m0 + k1 * m1 +…kn-1 * mn-1, где



N(m) - число в m-ой системе счисления;

m - разрядность системы (двоичная, восьмеричная, десятичная, шестнадцатеричная системы m = 2; m = 8; m = 10, m = 16);

n - количество разрядов в числе;

k - цифра в числе.

Рассмотрим, как записываются числа в позиционных системах счисления, используемых современной вычислительной техникой.

Десятичная система счисления.

Основанием десятичной системы является ряд степени числа 10. Разрядность системы m = 10. В десятичной системе счисления 10 цифр (от 0 до 9). Возьмем, к примеру, десятичное число 1957. Число, состоит из четырех цифр - четырехзначное, т.е. n =4. Используя выше приведенную формулу, получим число в десятичной системе счисления.

N(10) = 7*100 + 5*101 + 9*102 + 1*103 = 1957

Двоичная система счисления.

Основанием двоичной системы является ряд степени числа 2. Разрядность системы m = 2. В двоичной системе счисления 2 цифры (0 и 1). Возьмем, к примеру, двоичное число 100011В (В-идентификатор двоичной системы счисления). Число, состоит из шести цифр - шестизначное, т.е. n = 6. Используя выше приведенную формулу, получим десятичное число.

N(2) = 1*20 + 1*21 + 0*22 + 0*23 + 0*24 + 1*25 = 35, т.е. двоичное число 100011В = десятичному числу 35.

Обратим внимание, что для записи чисел в позиционных системах счисления могут быть использованы одинаковые цифры. Так цифры 0 и 1 используются как десятичной, так и двоичной системой. Поэтому в записи чисел недесятичной системы счисления принято использовать буквы являющиеся идентификаторами систем счисления и позволяющие отличить числа одной системы счисления от другой.

Восьмеричная система счисления

Основанием восьмеричной системы является ряд степени числа 8. Разрядность системы m = 8. В восьмеричной системе счисления 8 цифр (от 0 до 7). Возьмем, к примеру, восьмеричное число 573Q (Q-идентификатор восьмеричной системы счисления). Число, состоит из трех цифр - трехзначное, т.е. n = 3. Используя выше приведенную формулу, получим десятичное число.

N(8) = 3*80 + 7*81 + 5*82 = 379, т.е. восьмеричное число 573Q = десятичному числу 379.

Шестнадцатеричная система счисления.

Основанием шестнадцатеричной системы является ряд степени числа 16. Разрядность системы m = 16. В шестнадцатеричной системе счисления 16 цифр (от 0 до F), первые десять цифр от 0 до 9 совпадают с цифрами десятичной системы, а затем идут цифры: A - цифра десять; B - цифра одиннадцать; C - цифра двенадцать; D - цифра тринадцать; E - цифра четырнадцать; F - цифра пятнадцать. Возьмем, к примеру, шестнадцатеричное число 1A7H (H-идентификатор шестнадцатеричной системы счисления). Число, состоит из трех цифр - трехзначное, т.е. n = 3. Используя выше приведенную формулу, получим десятичное число.

N(16) = 7*160 + 10*161 + 1*162 = 423, т.е. шестнадцатеричное число 1A7H = десятичному числу 423.

Каждый раз, вычисляя число N(m) по приведенной выше формуле мы получаем число в десятичной системе. Таким образом, числа из 2-ой, 8-ой и 16-ой системы мы переводили в десятичную систему счисления.

2. Состав и назначение основных элементов персонального компьютера. Периферийные устройства. Понятие и основные виды архитектуры ЭВМ. Их характеристики

компьютер квантование сигнал

Персональный компьютер (ПК) предназначен для хранения и переработки информации. Информация может представлять собой текст, таблицы, рисунки, фотографии, звукозаписи и т.п. Информация хранится и обрабатывается в цифровом виде. Единица измерения информации - байт. Один байт (1б) соответствует примерно одному символу текста. Для удобства введены также более крупные единицы измерения информации: килобайт (Кб), мегабайт (Мб), гигабайт (Гб).

Современный ПК включает в себя следующие элементы:

· Системный блок;

· Монитор;

· Клавиатура;

· Мышь;

· Принтер;

· Сканер.

Кроме перечисленных, в состав ПК могут входить модем или факс-модем, плоттер, устройства воспроизведения и записи звука и некоторые другие устройства.

Системный блок

В системном блоке размещаются основные устройства ПК, осуществляющие переработку и хранение информации. Непосредственно переработку информации производит процессор, размещенный на материнской плате системного блока. Основная характеристика процессора - его быстродействие, иначе называемое «тактовая частота». Единица измерения тактовой частоты - мегагерц (МГц), Современные офисные ПК оснащены процессорами с тактовой частотой 200…400 МГц. Кроме того, на материнской плате системного блока расположено оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), или оперативная память. ОЗУ хранит информацию, в данный момент перерабатываемую процессором. Необходимо отметить, что информация в оперативной памяти хранится только при включенном ПК. После выключения ПК вся информация из ОЗУ пропадает. Основная характеристика ОЗУ - объем хранимой информации. Современные офисные ПК оснащены ОЗУ объемом 32…64 Мб. Постоянное хранение информации производится на жестком диске, который также называют «винчестер». Основная характеристика жесткого диска - объем хранимой информации. Современные офисные ПК оснащены жестким диском объемом 3…7 Гб. Для работы с внешними носителями информации системный блок имеет 1 или 2 дисковода для дискет, а также устройство для работы с лазерными компакт-дисками. В последнее время используются почти исключительно дискеты размером 3,5» с объемом хранимой информации 1,44 Мб. Иногда еще встречаются дискеты размером 5» с объемом хранимой информации до 1,2 Мб. Компакт-диск может содержать информацию объемом до 640 Мб. Кроме перечисленных устройств, в системном блоке расположены и другие устройства, обеспечивающие работу ПК: блок питания, видеоплата, контроллеры, платы управления внешними устройствами.

Монитор

Монитор служит для отображения информации. Подавляющее число современных мониторов цветные. Большинство мониторов оснащено электронно-лучевой трубкой и работает по принципу телевизора. Монитор имеет собственную кнопку включения и выключения, а также кнопки или регуляторы для настройки яркости, контрастности и размера изображения. Современные офисные ПК имеют мониторы с размером экрана по диагонали 15» (38 см) или 17» (43 см).

Клавиатура

Клавиатура предназначена для ввода информации и управления ПК. В настоящее время чаще всего используются так называемые «стандартные клавиатуры 101/102 клавиши». На клавиатуре имеются алфавитно-цифровые клавиши, предназначенные для ввода букв, цифр, знаков препинания, некоторых математических и специальных символов. Расположение алфавитно-цифровых клавиш соответствует стандартной пишущей машинке. Ввод прописных букв производится при нажатой клавише [Shift]. Для переключения клавиатуры в верхний регистр используют клавишу [CapsLock]. Включение этой клавиши отмечается индикатором в правом верхнем углу клавиатуры. Для подтверждения выбранной команды, перехода к новому абзацу при вводе текста используют клавишу [Enter]. Для отказа от выполнения - клавишу [Esc]. Для перемещения курсора используют клавиши [Home], [End], [PageDown], [PageUp]. Для удаления символа слева от курсора используют клавишу [Backspace], расположенную над клавишей [Enter]. Часто на клавиатуре вместо названия этой клавиши изображена стрелка влево [<-]. Для удаления выделенного объекта или удаления символа справа от курсора используют клавишу [Delete]. Клавиши [Ctrl] и [Alt] используют, как правило, в комбинации с другими клавишами. Функциональные клавиши от [F1] до [F12] могут иметь разное назначение, в зависимости от используемой в данный момент программы. Однако, клавиша [F1] практически во всех случаях вызывает справочную систему.

Мышь

Мышь предназначена для перемещения курсора по экрану и управления различными объектами. В настоящее время чаще всего встречаются двухкнопочные мыши.

Принтер

Принтеры служат для вывода документов на бумагу. В современном офисе чаще всего используют лазерные принтеры. Лазерный принтер позволяет печатать до 10 страниц в минуту, обеспечивая высокое качество печати. Струйные принтеры работают медленнее, качество печати на них ниже. В то же время, струйные принтеры обеспечивают сравнительно недорогую многоцветную печать. Матричные принтеры в современных офисах практически не используются.

Сканер

Сканер предназначен для ввода в ПК рисунков, фотографий, схем и других изображений. Помимо этого, сканер, при наличии специальной программы, позволяет вводить и распознавать текстовые материалы. В настоящее время повсеместно используют планшетные сканеры. Ручные сканеры уже практически не встречаются.

Периферийные устройства

Термин периферия (от греческого periphеreia - окружность) - устройства, связывающие компьютер с внешним миром. Список периферийных устройств, делающих компьютер «вещью для нас», практически неограничен. Сюда же часто ошибочно относят мониторы. Периферийные устройства также называют внешними. Второе определение периферии - это устройства, с помощью которых информация может или вводится в компьютер, или же может выводится из него.

Условно периферийные устройства можно разделить на:

· Основные, без которых работа компьютера практически невозможна;

· Прочие, которые подключаются при необходимости;

К основным устройствам относятся устройства управления курсором и отчасти модемы (для терминалов и бездисковых станций). Практически к ПК можно подключить любые устройства, которые могут вырабатывать электрические сигналы и / или ими управляться.

Периферийные устройства подключаются к компьютеру через внешние интерфейсы или с помощью специализированных адаптеров или контроллеров. Средством стыковки какого-либо устройства и какой-либо шины компьютера является адаптер и контроллер.

Периферийные устройства:

· Устройства ввода-вывода

· Связь с сотовым телефоном

· Аксессуары к ПК

· Колонки & наушники

· Игровые устройства

· Цифровая техника

· CompactFlash

· Накопители

· Планшеты

· Принтеры

· Сканеры

· Модемы

· Сеть и ее аппаратура

· Проекторы

· UPS-ы

Понятие и основные виды архитектуры ЭВМ. Их характеристики.

Архитектура ЭВМ - это множественный симбиоз совместного действия, конфигурации и взаимного соединения основных логических узлов ЭВМ. Данный симбиоз служит для выполнения поставленных пользователем задач и охватывания нескольких факторов, объединившихся для создания аппаратных и программных средств, где основное ударение падает на обобщение связей и принципов, присущих разным модификациям вычислительной техники. Так, например, при производстве техники главные составляющие оборудования и его функциональность могут быть одинаковыми, но отдельно взятые образцы имеют существенное различие по цене, скорости и производительности. Во время повседневной работы любого пользователя в значительной мере интересует не только эффективность и быстродействие машины, но и её возможности при решении определённых заданий. В итоге совокупность данных требований потребителей привела к значительному развитию компьютерной элементной базы, отличающейся большей надёжностью и удобством в работе. Необходимо принять во внимание, что увеличение скорости работоспособности отдельных элементов не безгранично, вот почему ведущие специалисты видят разрешение этого вопроса в модернизации архитектуры ЭВМ. В результате модернизации ЭВМ были созданы мощные компьютеры с многопроцессорной архитектурой, позволяющей одновременно действовать нескольким процессорам. Причём, чем мощнее компьютер, тем больше в его работе задействовано процессоров.

Основные виды архитектуры ЭВМ

Вся компьютерная система подразделяет виды архитектуры ЭВМ на три группы, обусловленные числом потоков команд и данных, рассмотрим их:

· Основоположником классической архитектуры ЭВМ 1-го и 2-го поколения был Джон фон Нейман, который и сформулировал основные принципы последовательности. К такой группе относятся однопроцессорные системы, в одном случае имеющие одиночный поток данных (SISD), а во втором - множественный поток данных (SIMD). Эти виды архитектуры обусловлены одним векторным потоком команд, при том что самих потоков данных множество.

· Следующая группа, включающая в себя виды архитектуры - MIMD. Представляет собой многопроцессорную систему, имеющую множественный поток команд и такой же поток данных. Данная архитектурная система в основном используется в современных супер-ЭВМ.

· И последние, третьи виды архитектуры - MISD, представляющие одну программу со множеством данных. К сожалению, MISD не имеет практической значимости. Данный вид причисляют не к компьютерной архитектуре, а к форме распараллеливания программ. Он обозначает одновременное исполнение двух и более копий одной программы в различных процессорных модулях с разными данными. Стоит рассмотреть такое немаловажное направление развития компьютерной архитектуры, как машины потоков данных. В 80-х годах предполагалось, что перспектива высокой производительности ЭВМ напрямую связана с управляемым потоком данных компьютера, в котором эти потоки способны исполнять несколько команд, притом, что рассматриваемые выше виды архитектуры ЭВМ имеют вычислительные системы, управляющиеся поками команд. В современном производстве прижились лишь немногие элементы этого подхода, применяемых в микропроцессорах, содержащих множество синхронно действующих функциональных устройств, ожидающих готовности операндов.

3. Основы машинной графики. Системы компьютерной графики и анимации

Машинная графика - это совокупность методов и приемов для преобразования при помощи персонального компьютера данных в графическое представление или графическое представление в данные. Таким образом, машинная графика представляет собой комплекс аппаратных и программных средств для создания, хранения, обработки и наглядного представления графической информации с помощью компьютера.

Обработка информации, представленной в виде изображений, с помощью персонального компьютера имеет несколько разновидностей и практических приложений. Исторически сложилось так, что область манипулирования с изображениями, разделяют на три направления: компьютерная (машинная) графика, обработка изображений, распознавание (анализ) образов.

В задачи компьютерной графики входит синтез (воспроизведение) изображения, когда в качестве исходных данных выступает смысловое описание объекта (образа). Простейшие примеры задач компьютерной графики: построение графика функции одной переменной, визуализация процесса вращения трехмерного тела (куб, тетраэдр и т.д.), синтез сложного рельефа с наложением текстуры и добавлением источника света. Здесь также можно выделить бурно развивающуюся в настоящее время интерактивную компьютерную графику. Это система, с которой пользователь может вести «диалог» на уровне команд. Примерами могут быть всевозможные системы автоматизированного проектирования (САПР), геоинформационные системы (ГИС), компьютерные игры.

Обработка изображений представляет собой направление, в задачах которого в качестве входной и выходной информации выступают изображения (матрицы пикселей). Примеры подобных задач: увеличение / уменьшение яркости в изображении, получение изображения в оттенках серого (grayscale), повышение контраста, устранение шумовых элементов, размытие изображения, выделение границ на изображении и др. Причем количество выходных изображений может быть больше одного, например, восстановление трехмерной модели фигуры (тела) по ее проекциям.

Машинная графика позволяет дизайнеру формировать геометрические объекты и наблюдать на экране дисплея их образы в различных ракурсах на всех этапах творческого процесса. С помощью ее средств автоматически изготавливаются объемные модели, сложные литейные формы и штампы, минуя трудоемкие шаблонные работы. Обувь и одежда могут конструироваться также средствами машинной графики, включенной в систему САПР.

Компьютерная графика - это область информатики, занимающаяся проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере. Работа с компьютерной графикой - одно из самых популярных направлений использования персонального компьютера, причем занимаются этой работой не только профессиональные художники и дизайнеры.

Компьютерная графика подразделяется на:

· статичную (неподвижная),

· динамичную (анимация, компьютерная мультипликация).

Каждая из которых в свою очередь делится на 2-х мерную и 3-х мерную.

В зависимости от способа формирования изображений, компьютерную графику принято делить на:

· растровую;

· векторную;

· фрактальную.

Компьютерная анимация - это получение движущихся изображений на экране дисплее. Художник создает на экране рисунке начального и конечного положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчеты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения. Мультимедиа - это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением. Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.

Системы компьютерной анимации

Прогресс в создании компьютерных графических изображений продвинулся от каркасных образов трехмерных моделей к простым полутоновым изображениям, до современных реалистических картинок, являющихся образцами искусства. Это явилось результатом успеха в более точном определении среды моделирования. Прозрачность, отражение, тени, модели освещения и свойства поверхности - вот несколько областей, где напряженно работают группы исследователей, постоянно предлагающие новые алгоритмы создания все более приемлемых искусственных образов. Текущая тенденция компьютерной графики - применение этих передовых методов для создания качественной анимации.

4. Файловая структура. Служебное ПО

Файловая структура (англ. file structure) - порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т.п. Файловая структура определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая структура определяет размер имен файлов и (каталогов), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые структуры предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

Файловая структура связывает носитель информации с одной стороны и API для доступа к файлам - с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, так же, как и на каком физическом типе носителя (CD, жёстком диске, магнитной ленте, блоке флеш-памяти или другом) он записан. Всё, что знает программа - это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).

С точки зрения операционной системы (ОС), весь диск представляет собой набор кластеров (как правило, размером 512 байт и больше. Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

Однако файловая структура не обязательно напрямую связана с физическим носителем информации. Существуют виртуальные файловые системы, а также сетевые файловые системы, которые являются лишь способом доступа к файлам, находящимся на удалённом компьютере.

Служебное ПО

Служебные программы (утилиты) - это программы, используемые для выполнения вспомогательных функций, таких как работа с файлами и папками, диагностирование аппаратуры, просмотр и конвертация файлов, оптимизация дискового пространства, восстановление поврежденной информации, антивирусные средства и т.д.

Информационная модель объекта

Информационная модель - это целенаправленно отобранная информация об объекте, которая отображает наиболее существенные для исследователя свойства этого объекта.

Познавая окружающий мир, человек формирует своё представление о нём. Ежедневно создаваемые информационные модели реальных объектов помогают человеку в процессе познания. Любая модель создаётся и изменяется на основе имеющейся у человека информации о реальных объектах, процессах или явлениях.

От умения человека правильно понимать и обрабатывать информацию во многом зависят его возможности в познании окружающего мира и, как следствие, его умение создавать модели.

Для того, чтобы изучить объект, человек целенаправленно собирает информацию о нём. В зависимости от цели исследования собираемая информация может и должна отличаться.

Формы представления информационных моделей могут быть различными, например:

· В виде жестов или сигналов,

· Устная, словесная,

· Символьная (текст, числа, специальные символы),

· Графическая,

· Табличная.

Информационная модель - модель объекта, представленная в виде информации, описывающей существенные для данного рассмотрения параметры и переменные величины объекта, связи между ними, входы и выходы объекта и позволяющая путём подачи на модель информации об изменениях входных величин моделировать возможные состояния объекта.

Информационные модели нельзя потрогать или увидеть, они не имеют материального воплощения, потому что строятся только на информации. Информационная модель - совокупность информации, характеризующая существенные свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.

Виды:

· Описательные информационные модели - это модели, созданные на естественном языке (т.е. на любом языке общения между людьми) в устной или письменной форме.

· Формальные информационные модели - это модели, созданные на формальном языке (т.е. научном, профессиональном или специализированном). Примеры формальных моделей: все виды формул, таблицы, графы, карты, схемы и т.д.

Форма представления информации об объекте или процессе часто зависит от инструмента, с помощью которого она будет обрабатываться. В настоящее время всё чаще для обработки информации об объектах используется компьютер.

Алгоритмизация. Понятие алгоритма и алгоритмической системы, свойства алгоритма.

Слово алгоритм происходит от algoritmi, являющегося латинской транслитерацией арабского имени математика IX века аль-Хорезми. Благодаря латинскому переводу трактата аль-Хорезми европейцы в XII веке познакомились с позиционной системой счисления, и в средневековой Европе алгоритмом называлась десятичная позиционная система счисления и правила счета в ней.

Для разработки алгоритмов и программ используется алгоритмизация - процесс систематического составления алгоритмов для решения поставленных прикладных задач. Алгоритмизация считается обязательным этапом в процессе разработки программ и решении задач на ЭВМ. Именно для прикладных алгоритмов и программ принципиально важны детерминированность, результативность и массовость, а также правильность результатов решения поставленных задач.

Алгоритм - набор инструкций, описывающих порядок действий исполнителя для достижения результата решения задачи за конечное число действий. В старой трактовке вместо слова «порядок» использовалось слово «последовательность», но по мере развития параллельности в работе компьютеров слово «последовательность» стали заменять более общим словом «порядок». Это связано с тем, что работа каких-то инструкций алгоритма может быть зависима от других инструкций или результатов их работы. Таким образом, некоторые инструкции должны выполняться строго после завершения работы инструкций, от которых они зависят. Независимые инструкции или инструкции, ставшие независимыми из-за завершения работы инструкций, от которых они зависят, могут выполняться в произвольном порядке, параллельно или одновременно, если это позволяют используемые процессор и операционная система.

Алгоритм обладает следующими свойствами:

Дискретность. Это свойство состоит в том, что алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых шагов. При этом для выполнения каждого шага алгоритма требуется конечный отрезок времени, т.е. преобразование исходных данных в результат осуществляется во времени дискретно.

· Определенность. Каждое правило алгоритма должно быть четким, однозначным.

· Результативность. Алгоритм должен приводить к решению за конечное число шагов.

· Массовость. Алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, т.е. он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся лишь исходными данными.

· Правильность. Алгоритм правильный, если его выполнение дает правильные результаты решения поставленной задачи.

Алгоритмизация - процесс разработки и описания алгоритма решения какой-либо задачи.

Процесс разработки конкретного алгоритма, в соответствии с определением самого понятия «алгоритм», заключается в последовательном выполнении следующих пунктов:

1) разложение всего вычислительного процесса на отдельные шаги - возможные составные части алгоритма, что определяется внутренней логикой самого процесса и системой команд исполнителя.

2) установление взаимосвязей между отдельными шагами алгоритма и порядка их следования, приводящего от известных исходных данных к искомому результату.

3) полное и точное описание содержания каждого шага алгоритма на языке выбранной алгоритмической системы.

4) проверка составленного алгоритма на предмет: действительно ли он реализует выбранный метод и приводит к искомому результату

Алгоритмическая система - набор средств и понятий, позволяющих строить некоторое множество алгоритмов для решения определенного класса задач.

5. Эволюция и классификация языков программирования

Прогресс компьютерных технологий определил процесс появления новых разнообразных знаковых систем для записи алгоритмов - языков программирования. Смысл появления такого языка - оснащенный набор вычислительных формул дополнительной информации, превращает данный набор в алгоритм.

Язык программирования служит двум связанным между собой целям: он дает программисту аппарат для задания действий, которые должны быть выполнены, и формирует концепции, которыми пользуется программист, размышляя о том, что делать. Первой цели идеально отвечает язык, который настолько «близок к машине», что всеми основными машинными аспектами можно легко и просто оперировать достаточно очевидным для программиста образом. Второй цели идеально отвечает язык, который настолько «близок к решаемой задаче», чтобы концепции ее решения можно было выражать прямо и коротко.

Можно писать программы непосредственно на машинном языке, хотя это и сложно. На заре компьютеризации (в начале 1950-х гг.), машинный язык был единственным языком, большего человек к тому времени не придумал. Для спасения программистов от сурового машинного языка программирования, были созданы языки высокого уровня (т.е. немашинные языки), которые стали своеобразным связующим мостом между человеком и машинным языком компьютера. Языки высокого уровня работают через трансляционные программы, которые вводят «исходный код» (гибрид английских слов и математических выражений, который считывает машина), и в конечном итоге заставляет компьютер выполнять соответствующие команды, которые даются на машинном языке. Существует два основных вида трансляторов: интерпретаторы, которые сканируют и проверяют исходный код в один шаг, и компиляторы, которые сканируют исходный код для производства текста программы на машинном языке, которая затем выполняется отдельно.

Изучение ЯП часто начинают с их классификации. Определяющие факторы классификации обычно жестко не фиксируются. Чтобы продемонстрировать характер типичной классификации, опишем наиболее часто применяемые факторы, дадим им условные названия и приведем примеры ЯП для каждой из классификационных групп.

Элементы языков программирования могут рассматриваться на следующих уровнях:

Алфавит - совокупность символов, отображаемых на устройствах печати и экранах и / или вводимых с клавиатуры терминала. Обычно это набор символов Latin-1, с исключением управляющих символов. Иногда в это множество включаются неотображаемые символы, с указанием правил их записи (комбинирование в лексемы);

Лексика - совокупность правил образования цепочек символов (лексем), образующих идентификаторы (переменные и метки), операторы, операции и другие лексические компоненты языка. Сюда же включаются зарезервированные (запрещенные, ключевые) слова ЯП, предназначенные для обозначения операторов, встроенных функций и пр.

Синтаксис - совокупность правил образования языковых конструкций, или предложений ЯП - блоков, процедур, составных операторов, условных операторов, операторов цикла и пр. Особенностью синтаксиса является принцип вложенности (рекурсивность) правил построения конструкций. Это значат, что элемент синтаксиса языка в своем определении прямо или косвенно в одной из его частей содержит сам себя. Например, в определении оператора цикла телом цикла является оператор, частным случаем которого является все тот же оператор цикла;

Семантика - смысловое содержание конструкций, предложений языка, семантический анализ - это проверка смысловой правильности конструкции. Например, если мы в выражении используем переменную, то она должна быть определена ранее по тексту программы, а из этого определения может быть получен ее тип. Исходя из типа переменной, можно говорит о допустимости операции с данной переменной. Семантические ошибки возникают при недопустимом использовании операций, массивов, функций, операторов и пр.

Базы данных. Системы управления базами данных и базами знаний.

База данных - совокупность данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, независимо от прикладных программ.



6. Системы управления базами данных (СУБД)

Развитие информационных технологий привело к созданию компьютерных баз данных. Создание баз данных, а также операции поиска и сортировки данных выполняются системами управления базами данных.

Программное обеспечение предназначенное для работы с базами данных, называется системой управления базами данных (СУБД).

В зависимости от структуры создаваемых баз данных различают иерархические, сетевые и реляционные СУБД. Наибольшее распространение на персональных компьютерах получили реляционные СУБД.

Окно базы данных - один из главных элементов интерфейса СУБД. Здесь систематизированы все объекты базы данных: таблицы, запросы, формы, отчеты.

Основные действия, которые пользователь может выполнять с помощью СУБД:

· Создание структуры БД;

· Заполнение БД информацией;

· Изменение (редактирование) структуры и содержания БД;

· Поиск информации в БД;

· Сортировка данных;

· Защита БД;

· Проверка целостности БД.

Часто для работы с БД используются не СУБД, а созданные с их помощью информационные системы, которые обеспечивают работу с информацией, регламентируя доступ к структуре БД.

Классификация базы данных

Используется классификация баз данных по разным признакам. Первый признак классификации баз данных - по содержанию хранимой информации. Фактографические БД содержат данные, представляемые в краткой форме, в строго фиксированных форматах. Такие БД являются аналогами бумажных картотек, например библиотечного каталога или каталога видеотеки. Другой тип баз данных - документальные БД. Здесь аналогом являются архивы документов, например архив судебных дел, архив исторических документов и пр. В дальнейшем мы будем рассматривать лишь фактографические БД.

Классификация по способу хранения данных делит БД на централизованные БД и распределенные БД. Вся информация в централизованной БД хранится на одном компьютере. Это может быть автономный ПК или сервер сети, к которому имеют доступ пользователи - клиенты. Распределенные БД используются в локальных и глобальных компьютерных сетях. В таком случае разные части базы хранятся на разных компьютерах.

Третий признак классификации баз данных - по структуре модели данных. Известны три разновидности структуры данных: иерархическая, сетевая и табличная. Соответственно по признаку структуры базы данных делятся на иерархические БД, сетевые БД и реляционные (табличные) БД (РБД).

Размещено на Allbest.ru

...