Которая изучает способы обработки информации с помощью компьютера

Принципы обработки информации компьютером.

Компьютер или ЭВМ (электронно-вычислительная машина) – это универсальное техническое средство для автоматической обработки информации.

Аппаратное обеспечение компьютера – это все устройства, входящие в его состав и обеспечивающие его исправную работу.

Несмотря на разнообразие компьютеров в современном мире, все они строятся по единой принципиальной схеме, основанной на фундаменте идеи программного управления Чарльза Бэббиджа(середина XIX в). Эта идея была реализована при создании первой ЭВМ ENIAC в 1946 году коллективом учёных и инженеров под руководством известного американского математика Джона фон Неймана, сформулировавшего следующие общие принципы:

1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к значениям в них можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

С тех пор структуру (архитектуру) современных компьютеров часто называют неймановской.

Источник

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ

1.1. Информатика как наука. Понятие информации

Информатика — это наука о способах и методах представления, обработки, передачи и хранения информации с помощью ЭВМ.

Термин «информатика» происходит от французского Informaticue. В англоязычной литературе можно встретить другой термин, обозначающий ту же отрасль человеческой деятельности,- Computer Science.

Четкого определения термина «информация» не существует; есть множество вариантов, приведем некоторые из них.

Определение 1. Информация есть форма движения материи.

Определение 2. Информация — одна из трех составляющих основ мироздания наряду с материей и энергией.

Определение 3. Информация есть отражение реального мира, это сведения, которые один реальный объект содержит о другом реальном объекте.

Согласно последнему определению, понятие информации связывается с определенным объектом, свойства которого она отражает.

Информация о любом материальном объекте может быть получена путем наблюдения за этим объектом, вычислительного эксперимента над ним или путем логического вывода. В связи с этим информацию делят на доопытную, или априорную, и послеопытную, или апостериорную, полученную в результате проведенного эксперимента.

Информация передается с помощью сообщений. Под сообщением будем понимать различные средства общения людей.

Соответствие между сообщением и информацией не является взаимно однозначным. Для одной и той же информации могут существовать различные передающие ее сообщения, которые появляются при добавлении сообщения, не несущего никакой дополнительной информации. Сообщения, передающие одну и ту же информацию, образуют класс эквивалентных сообщений.

В то же время одно и то же сообщение может передавать совершенно различную информацию.

Таким образом, одно и то же сообщение, по-разному интерпретированное, может передавать разную информацию. Правило интерпретации может быть известно лишь ограниченному кругу лиц; существуют правила интерпретации для специальных языков.

Связь между сообщением и информацией особенно отчетлива в криптографии: никто посторонний не должен суметь извлечь информацию из передаваемого сообщения, иначе это означало бы, что он располагает «ключом».

В житейском смысле под информацией мы понимаем совокупность интересующих нас сведений, знаний, набор данных и т. д. Информация не может существовать без наличия источника и потребителя информации. Основной источник и потребитель информации — это человек, поэтому можно сказать, что существует столько видов информации, сколько органов чувств у человека.

Информацию можно отнести к абстрактным понятиям. Однако ряд ее особенностей приближает информацию к материальному миру. Информацию можно получить, записать, передать, продать, купить, своровать, уничтожить, в конце концов, информация может устареть.

1.2. Методы оценки и виды информации

При оценке информации различают три аспекта: синтаксический, семантический и прагматический.

Синтаксический аспект связан со способом представления информации вне зависимости от ее смысловых и потребительских качеств и рассматривает формы представления информации для ее передачи и хранения (в виде знаков и символов). Данный аспект необходим для измерения информации. Информацию, рассмотренную только в синтаксическом аспекте, называют данными.

Семантический аспект передает смысловое содержание информации и соотносит ее с ранее имевшейся информацией.

S_п — тезаурусная мера получателя;
I_c — семантическое количество информации.

Прагматический аспект передает возможность достижения цели с учетом полученной информации.

где P₀ — вероятность достижения цели до получения информации; P₁ — вероятность достижения цели после получения информации; I_п — прагматическое количество информации; а > 1.

1. Научная информация (наиболее полно отражает объективные закономерности природы, общества и мышления);

2. Информация управления:

а) производственная, связанная с управлением людьми;

б) техническая, связанная с управлением техническими объектами.

Также классификация информации может производиться по следующим основаниям:

1. По областям применения:

2. По назначению:

1.3. Методы хранения и передачи информации

Хранение и передача информации осуществляются за счет преобразования информации в удобную форму в зависимости от условий, в которых находятся источник и потребитель информации. Передача информации может осуществляться напрямую, а также за счет усиления сигнала (рупор, локальная компьютерная сеть, письменная речь и т. д.) или же путем преобразования сигнала и передачи его на далекие расстояния (телефон, телеграф, радио, телевидение, глобальные компьютерные сети и т. д.).

Хранение информации осуществляется на долговременных носителях: камень, пергамент, кожа, бумага, магнитные носители, лазерные диски, серверы вычислительных сетей и т. п. При этом передача освобождается от гнета реального времени, становятся возможными даже сообщения человека самому себе (заметки на память). Таким образом за счет использования «инструмента» уменьшается нагрузка на человеческую память. В настоящее время основным средством хранения информации является персональный компьютер (ПК) и другие средства вычислительной техники.

Процедура хранения информации в ПК состоит в том, чтобы сформировать и поддерживать структуру хранения данных в памяти компьютера. Современные структуры хранения данных должны быть независимы от программ, использующих эти данные, и реализовывать принципы полноты и минимальной избыточности. Такие структуры получили название «базы данных». Процедуры создания структуры хранения (базы данных), актуализации, извлечения и удаления данных производятся при помощи специальных программ, называемых «системы управления базами данных».

Процедура актуализации данных позволяет изменить значения данных, записанных в базе, либо дополнить определенный раздел, группу данных. Устаревшие данные могут быть удалены с помощью соответствующей операции.

Процедура извлечения данных необходима для пересылки из базы данных необходимых сведений либо для преобразования, либо для отображения, либо для передачи по вычислительной сети.

Хранение и передача данных тесно связаны между собой, для выполнения этих процедур используют сетевые информационные технологии. Программы, предназначенные только для хранения и передачи данных, носят название «информационные хранилища» и представляют собой компьютеризированные архивы.

1.4. Обработка информации. Двоичная система счисления

Источниками и носителями информации могут быть сигналы любой природы: речь, музыка, текст, показания приборов и т. д. Однако хранение, передача и переработка информации в ее естественном физическом виде большей частью неудобна, а иногда и просто невозможна. В таких случаях применяется кодирование.

Кодирование — это процесс установления взаимно однозначного соответствия элементам и словам одного алфавита элементов и слов другого алфавита.

Кодом называется правило, по которому сопоставляются различные алфавиты и слова.

Всю информацию, участвующую в электронном вычислительном процессе, можно разделить на обрабатываемую (данные) и управляющую (программы).

В схеме преобразования информации в данные (рис. 1) представлены проводимые над информацией и данными процессы, которые образуются после введения информации в компьютер. Также представлены процедуры и связи между ними, с помощью которых осуществляются эти процессы.

Процедура отображения — преобразование информации в вид, удобный для восприятия человеком.

Практически всегда основой кодирования чисел в современной ЭВМ является двоичная система счисления.

Системой счисления называется способ записи чисел при помощи ограниченного числа символов (цифр).

Позиционной системой счисления называется система счисления, при которой число, связанное с цифрой, зависит от места, которое она занимает.

Рис. 1. Схема преобразования информации в данные и действий над ними

Пример. Перевести в десятичную запись число (10000111) ₂ . Перевести в двоичную запись число 89. Сложить в двоичной записи эти два числа, результат перевести в десятичную запись.
Решение:
(10000111) ₂ =1·2 7 + 1·2 2 + 1·2 1 + 1·2 0 = 128 + 4 + 2 + 1 = (135) 10 ,
(89) ₁₀ = 1·2 6 + 1·2 4 + 1·2 3 + 1·2 0 = (1011001) ₂ ,

10000111

+ 1011001

11100000,

1.5. Представление информации в компьютере

Единицы измерения информации

Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Например, чтобы перевести в числовую форму музыкальный звук, можно через небольшие промежутки времени измерять интенсивность звука на определенных частотах, представляя результаты каждого измерения в числовой форме.

С помощью программ для компьютера можно выполнить преобразования полученной информации, например, наложить друг на друга звуки различных источников. После этого результат можно преобразовать обратно в звуковую форму.

Аналогичным образом на компьютере можно обработать и текстовую информацию. При вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешние устройства для восприятия человеком по этим числам строится соответствующее изображение буквы.

Бит — единица информации, представляющая собой двоичный разряд, который может принимать значение 0 или 1.

Байт — восемь последовательных битов. В одном байте можно кодировать значение одного символа из 256 возможных (256 = 28). Более крупными единицами информации являются следующие: 1 Кбайт = 210 = 1024 байта; 1 Мбайт = 220 байт = 1024 Кбайта; 1 Гбайт = 230 байта и т. д. В них обычно измеряется емкость запоминающих устройств.

Компьютеры представляют собой средства обработки и хранения информации. Для того чтобы информация превратилась в данные, ее надо собрать, соответствующим образом подготовить и только после этого ввести в ЭВМ, представив в виде данных на машинных носителях. На этапах подготовки и ввода информации осуществляется процедура контроля — выявление и устранение ошибок. Обычно для контроля применяют совокупность ручных и машинных методов, направленных на обнаружение ошибок. Методы подразделяются на визуальный (перед вводом в компьютер человек просматривает информацию на наличие возможных ошибок), логический (информация по мере ввода в компьютер сравнивается с эталоном, правилами или ранее имевшейся информацией) и арифметический (проверка путем подсчета контрольных сумм, применяется в бухгалтерии). Ввод информации осуществляется ручным способом с клавиатуры или с помощью сканера и программ распознавания. Программы распознавания делятся на программы оптического распознавания, распознающие печатный текст, и интеллектуального — для распознавания рукописного текста.

Вопросы

1. Какое количество информации содержит один разряд двоичного числа?

2. Как записать число (17) ₁₀ в двоичной системе счисления?

3. Какие этапы проходит информация, чтобы предстать в виде данных?

4. Для чего необходима процедура актуализации данных?

Источник

Принципы обработки информации компьютером.

Главные элементы концепции:

1. двоичное кодирование информации;
2. программное управление;
3. принцип хранимой программы;
4. принцип параллельной организации вычислений, согласно которому операции над числом проводятся по всем его разрядам одновременно.

Алгоритмы и способы их описания.

Компьютер как исполнитель команд. Программный принцип работы компьютера.

Алгебра логики (булева алгебра) – это раздел математики, возникший в XIX веке благодаря усилиям английского математика Дж. Буля. Поначалу булева алгебра не имела никакого практического значения. Однако уже в XX веке ее положения нашли применение в разработке различных электронных схем. Законы и аппарат алгебры логики стали использоваться при проектировании различных частей компьютеров (память, процессор).

Алгебра логики оперирует с высказываниями. Под высказыванием понимают повествовательное предложение, относительно которого имеет смысл говорить, истинно оно или ложно. Над высказываниями можно производить определенные логические операции, в результате которых получаются новые высказывания. Наиболее часто используются логические операции, выражаемые словами «не», «и», «или».

Логические операции удобно описывать так называемыми таблицами истинности, в которых отражают результаты вычислений сложных высказываний при различных значениях исходных простых высказываний. Простые высказывания обозначаются переменными (например, A и B).

Конъюнкция (логическое умножение). Слож­ное высказывание А & В истинно только в том случае, когда истинны оба входящих в него высказывания. Истинность такого высказывания задается следующей таблицей:

Обозначим 0 – ложь, 1 – истина

Дизъюнкция (логическое сложение). Сложное высказывание A Ú В истинно, если истинно хотя бы одно из входящих в него высказыва­ний. Таблица истинности для логической суммы высказываний имеет вид:

Инверсия (логическое отрицание). Присоединение частицы НЕ (NOT) к данному высказыванию называется операцией отрицания (ин­версии). Она обозначается Ā (или ¬ А )и читается не А . Если высказыва­ние А истинно, то В ложно, и наоборот. Таблица истинности в этом слу­чае имеет вид

Алгоритм – система точных и понятных предписаний (команд, инструкций, директив) о содержании и последовательности выполнения конечного числа действий, необходимых для решения любой задачи данного типа. Как всякий объект, алгоритм имеет название (имя). Также алгоритм имеет начало и конец.

В качестве исполнителя алгоритмов можно рассматривать человека, любые технические устройства, среди которых особое место занимает компьютер. Компьютер может выполнять только точно определенные операции, в отличии от человека, получившего команду и имеющего возможность сориентироваться в ситуации.

Алгоритм обладает следующими свойствами.

1. Дискретность (от лат. discretus – разделенный, прерывистый) указывает, что любой алгоритм должен состоять из конкретных действий, следующих в определенном порядке.
2. Детерминированность (от лат. determinate – определенность, точность) указывает, что любое действие алгоритма должно быть строго и недвусмысленно определено в каждом случае.
3. Конечность определяет, что каждое действие в отдельности и алгоритм в целом должны иметь возможность завершения.
4. Результативность требует, чтобы в алгоритме не было ошибок, т.е. при точном исполнении всех команд процесс решения задачи должен прекратиться за конечное число шагов и при этом должен быть получен ответ.
5. Массовость заключается в возможности применения алгоритма к целому классу однотипных задач, различающихся конкретными значениями исходных данных (разработка в общем виде).

Источник