4. Характеристика процессов сбора, обработки, передачи и хранения информации.

Под сбором информации понимается отбор информации из окружающей среды и ввод в информационную систему, которая будет ее обрабатывать, хранить и передавать. Целью сбора информации является обеспечение готовности информации к дальнейшему продвижению в системе и представлении ее в различных формах.

Процесс сбора информации можно разделить на 2 метода: 1) механический сбор, он состоит в том, что источник информации вызывает изменение физического состояния некоторого объекта, что регистрируется механическим способом; 2) наблюдение, оно осуществляется человеком с последующим воспроизведением по памяти (последующая регистрация).

При механическом сборе информации системой датчиков степень достоверности постоянна и заранее известна. Человек при сборе информации вносит неопределенности, выраженные в виде субъективизма. Это снижает точность, но позволяет интерпретировать информацию. При сборе информации человеком используются смешанные формы, такие как запись информации в ручную, или с использованием вспомогательных средств. Механический сбор информации осуществляется при помощи датчиков. Различают механические, электрические, оптические, акустические, а может быть комбинация некоторых типов: электромагнитные, ультразвуковые и др. В процессе сбора информация поступает в информационную систему в следующих видах: аналоговая, дискретная и кодовая (цифровая).

Под обработкой информации понимают ее преобразование в вид, удобный для дальнейшего передвижения в информационной системе. Обработка информации в информационных системах распадается на ряд этапов: 1) является преобразование информации в вид свойственный данной информационной системе – это называется кодирование. Человек как информационная система неспособен воспринимать электромагнитное излучение, поэтому электромагнитные колебания необходимо представить в виде звука или света. Для машинной обработки информации важно создание универсального способа кодирования. В вычислительной технике используется двоичное кодирование, которое основано на представлении данных последовательностью 2 знаков – 0 и 1. Соответственно с помощью одного двоичного знака мы можем закодировать 2 состояния, с помощью N знаков – 2^m состояний: H=log₂2^m=m, где m – разрядность двоичного кодирования.

Вторым этапом обработки информации является идентификация – распознавание информации. Она может осуществлять по признакам и по идентифицирующим ключам. Наиболее распространен метод распознавания по признакам. В этом случае фиксируется  набор признаков, например набор сочетаний 0 и 1 в коде, затем полученная информация сравнивается с фиксированными признаками и выносится решение о принадлежности информации к тому или иному типу. Используется для распознавания символов. Если для идентификации используется ключ (кодовое слово), то в этом случае идентификация информации однозначна. В случае распознавания его признаком такой однозначности может т не быть, например сложной идентификацией является распознавание голоса.

Третьи этапом является ее целенаправленное изменение. Сюда относится выполнение арифметических операций, дополнение, объединение информации с уже имеющейся в системе, реализация процедур принятия решений при оценке информации от различных источников: представление информации в устном для потребителя виде (изображение).

Реализация процедур передачи информации определяется типом носителя информации, структурой и задачами, требованиями к надежности, помехозащищенности. Эти требования определяют предельно допустимую способность. Например, наименьшую скорость – с носителем на бумаге, наибольшую – с оптическими линиями связи. Наиболее распространенным типом являются электромагнитные колебания. Помехозащищенность реализуется путем избыточного кодирования. Здесь могут использоваться коды указывающие на ошибки, могут использоваться коды исправляющие ошибки.

Для хранения информации используют 2 основных метода – кратковременное и долговременное хранение. Для хранения информации используется память. Различают внутреннюю и внешнюю память. Основой хранения является регистрация или запись. В качестве носителя может служить любой объект мира  - например, камень, бумага, электромагнитное колебание. Здесь принципиально только их способность целенаправленно изменяться и сохранять это состояние достаточно продолжительное время.

Внешняя память (ВЗУ) – предназначено для длительного хранения программ и данных. Целостность его содержимого не зависит от того включен или выключен компьютер. Для кратковременного хранения информации используется оперативная память (ОЗУ). Информация хранится только во время работы и должна периодически обновляться или перезаписываться. В состав  внешней памяти компьютера входят носители на жестких и гибких магнитных дисках, накопители на компакт-дисках, носители на магнитооптических дисках, накопители на магнитной ленте, стримеры, flash-накопители.

 

17. Понятие операционной системы. Основные этапы развития операционных систем.

Понятия операционной системы. Операционные системы (ОС) – совокупность программных средств, осуществляющих управление ресурсами ЭВМ, запуск прикладных программ и их взаимодействие с внешними устройствами и с другими программами, а также обеспечивающих диалог пользователя с ЭВМ.  Операционная система - это программа, которая загружается при включении компьютера. Она производит диалог с пользователем, осуществляет управление компьютером, его ресурсами (оперативной памятью, местом на дисках и т.д.)., запускает другие (прикладные) программы на выполнение. Операционная система обеспечивает пользователю и прикладным программам удобный способ общения (интерфейс) с устройствами компьютера. Основная причина необходимости операционной системы состоит в том, что элементарные операции для работы с устройствами компьютера и управления ресурсами компьютера - это операции очень низкого уровня, поэтому действия, которые необходимы пользователю и прикладным программами состоят из нескольких сотен или тысяч таких элементарных операций.

Эволюция ОС, этапы. Первый период (1945 -1955). В середине 40-х были созданы первые ламповые вычислительные устройства (в США и Великобритании), в СССР первая ламповая вычислительная машина появилась в 1951 году. Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке. Элементная база – электронные лампы и коммуникационные панели. Операционных систем не было, все задачи организации вычислительного процесса решались вручную  программистом с пульта управления. Системное программное обеспечение - библиотеки математических и служебных подпрограмм.

Второй период (1955 - 1965). С середины 50-х годов начался новый период в развитии вычислительной техники, связанный с появлением новой технической базы - полупроводниковых элементов (транзисторы). В эти годы появились первые алгоритмические языки и, следовательно,  первые системные программы - компиляторы. Стоимость процессорного времени возросла, что потребовало уменьшения непроизводительных затрат времени между запусками программ. Появились первые системы пакетной обработки,  увеличивающие коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом.  Был разработан формальный язык управления заданиями. Появился механизм виртуальной памяти.

Третий период (1965 - 1975).  Переход к интегральным микросхемам. Создание семейств программно-совместимых машин (серия машин IBM System/360, советский аналог - машины серии ЕС). В этот период времени были реализованы практически все основные концепции, присущие современным ОС: мультипрограммирование, мультипроцессирование, многотерминальный режим, виртуальная память, файловая система, разграничение доступа и сетевая работа. В процессорах появился привилегированный и пользовательский режим работы, специальные регистры для переключения контекстов, средства защиты областей памяти и система прерываний. Другое нововведение - спулинг (spooling). Спулинг в то время определялся как способ организации вычислительного процесса, в соответствии с которым задания считывались с перфокарт на диск в том темпе, в котором они появлялись в помещении вычислительного центра, а затем, когда очередное задание завершалось, новое задание с диска загружалось в освободившийся раздел. Появился новый тип ОС - системы разделения времени. В конце 60-х годов начаты работы по созданию глобальной сети ARPANET, ставшей отправной точкой для Интернета. К середине 70-х годов широкое распространение получили мини-компьютеры. Их архитектура была значительно упрощена по сравнению с мейнфреймами, что нашло отражение и в их ОС. Экономичность и доступность мини-компьютеров послужила мощным стимулом к созданию первых локальных сетей. С середины 70-х годов началось массовое использование ОС UNIX.  В конце 70-х был создан рабочий вариант протокола TCP/IP, в 1983 году он был стандартизирован.

Четвертый период (1980 - настоящее время). Следующий период в эволюции операционных систем связан с появлением больших интегральных схем (БИС). В эти годы произошел резкий рост степени интеграции и удешевление микросхем. Наступила эра персональных компьютеров. Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами. Реализован графический интерфейс пользователя (GUI - Graphical User Interface), теория которого была разработана еще в 60-е годы. С 1985 года стала выпускаться Windows,  это была графическая оболочка MS-DOS вплоть до 1995г., когда вышла полноценная ОС Windows 95. IBM и Microsoft совместно разработали операционную систему OS/2. Она  поддерживала вытесняющую многозадачность, виртуальную память, графический пользовательский интерфейс, виртуальную машину для выполнения DOS-приложений. Первая версия вышла 1987 г. В дальнейшем Microsoft отказалась от  OS/2 и приступила к  разработке Windows NT. Первая версия вышла в 1993г.

В 1987г. была выпущена операционная система MINIX (прототип LINUX), она была построена по принципу  микроядерной архитектуры.

В 80-е годы были приняты  основные стандарты на коммуникационное оборудование для локальных сетей: в 1980 году –Ethernet, в 1985 – Token Ring, в конце 80-х – FDDI. Это позволило обеспечить совместимость сетевых ОС на нижних уровнях, а также стандартизировать интерфейс ОС с драйверами сетевых адаптеров.

В 90-е годы практически все ОС стали сетевыми. Появились специализированные ОС, предназначенные исключительно для решения коммуникационных задач (IOS компании Cisco Systems).  Появление службы World Wide Web (WWW) в 1991 году придало мощный импульс развитию популярности Интернета. Развитие корпоративных сетевых операционных систем выходит на первый план. Возобновляется развитие ОС мейнфреймов. В 1991г. была выпущена LINUX. Чуть позже вышла FreeBSD (основой для нее послужила BSD UNIX).

 

11. Системы счисления. Двоичная система счисления.

Системой счисления называется совокупность приемов наименования и записи чисел. В любой системе счисления для представления чисел выбираются некоторые символы (их называют цифрами), а остальные числа получаются в результате каких-либо операций над цифрами данной системы счисления.

Система называется позиционной, если значение каждой цифры (ее вес) изменяется в зависимости от ее положения (позиции) в последовательности цифр, изображающих число.

Число единиц какого-либо разряда, объединяемых в единицу более старшего разряда, называют основанием позиционной системы счисления. Если количество таких цифр равно P, то система счисления называется P-ичной. Основание системы счисления совпадает с количеством цифр, используемых для записи чисел в этой системе счисления.

Запись произвольного числа x в P-ичной позиционной системе счисления основывается на представлении этого числа в виде многочлена

x = a_nPⁿ + a_n-1Pⁿ-1 + ... + a₁P1 + a0P0 + a-1P-1 + ... + a_-mP^-m

Арифметические действия над числами в любой позиционной системе счисления производятся по тем же правилам, что и десятичной системе, так как все они основываются на правилах выполнения действий над соответствующими многочленами. При этом нужно только пользоваться теми таблицами сложения и умножения, которые соответствуют данному основанию P системы счисления.

Двоичная система счисления — это позиционная система счисления с основанием 2. Для записи чисел в двоичной системе используются всего две цифры (0 и 1).

Применение: двоичная система используется в цифровой электронике, компьютерной технике. Существует ряд простых логических элементов (микросхем), производящих основные операции над числами двоичной системы.

Преимущества перед другими системами при использовании в компьютерной технике:

·  — для реализации нужны всего два устойчивых состояния (есть ток — нет тока, намагничен — не намагничен и т.п.)

·  — представление информации посредством только двух таких состояний надежно и помехоустойчиво (чем проще система, тем она надежней)

·  — возможно применение аппарата булевой алгебры для выполнения логических преобразований

·  — двоичная арифметика проще десятичной, арифметические операции могут выполняться логическими элементами микросхем.

Недостатком двоичной системы является довольно громоздкая запись больших чисел.

 

10. Программное обеспечение ЭВМ. Системное и прикладное программное обеспечение.

Программы — это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы — управление аппаратными средствами.  Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и взаимодействии. Состав программного обеспечения вычислительной системы называется программной конфигурацией. Между программами существует взаимосвязь, то есть работа множества программ базируется на программах низшего уровня.

Междупрограммный интерфейс - это распределение программного обеспечения на несколько связанных между собою уровней. Уровни программного обеспечения представляют собой пирамиду, где каждый высший уровень базируется на программном обеспечении предшествующих уровней: Базовый уровень, Системный уровень, Служебный уровень.

Классификация служебных программных средств

1. Диспетчеры файлов (файловые менеджеры). выполняется копирование, перемещение, переименование файлов, создание каталогов (папок), уничтожение объектов, поиск файлов и навигация в файловой структуре

2. Средства сжатия данных (архиваторы). Предназначены для создания архивов.

3. Средства диагностики. для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения, для исправления ошибок

4. Программы инсталляции (установки). для контроля за добавлением в текущую программную конфигурацию нового программного обеспечения.

5. Средства коммуникации. Разрешают устанавливать соединение с удаленными компьютерами, передают сообщения электронной почты и т.п.

6. Средства просмотра и воспроизведения данных.

7. Средства компьютерной безопасности. это средства пассивной и активной защиты данных от повреждения, несанкцион-ного доступа, просмотра и изменения данных.

Прикладное программное обеспечение представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых выполняются конкретные задачи (производственных, творческих, развлекательных и учебных). Между прикладным и системным программным обеспечением существует тесная взаимосвязь. Классификация прикладного программного обеспечения.

1. Текстовые редакторы. функции - это ввод и редактирование текстовых данных.

2. Текстовые процессоры. Основными средствами текстовых процессоров являются средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, составляющих готовый документ, и  средства автоматизации процессов редактирования и форматирования.

3. Графические редакторы. программы, для создания и обработки графических изображений. Различают три категории: растровые, векторные, 3-D редакторы .

В растровых редакторах графический объект представлен в виде комбинации точек (растров), которые имеют свою яркость и цвет. Применяют для обработки изображений, создания фотоэффектов и художественных композиций.

Векторные редакторы Объектом является не точка, а линия. Широко применяются в рекламе, оформлении обложек полиграфических изданий.

Редакторы трехмерной графики используют для создания объемных композиций. Имеют две особенности: разрешают руководить свойствами поверхности в зависимости от свойств освещения, а также разрешают создавать объемную анимацию.

4. Системы управления базами данных (СУБД). Базой данных называют большие массивы данных, организованные в табличные структуры. функции СУБД: создание пустой структуры базы данных,  наличие средств ее заполнения или импорта данных из таблиц другой базы, возможность доступа к данных.

5. Электронные таблицы. 6. Системы автоматизированного проектирования

7. Настольные издательские системы.  8. Редакторы HTML (Web-редакторы).

9. Браузеры (средства просмотра Web-документов). 10. Системы автоматизированного перевода: Электронные словари, Программы автоматического перевода 11. Интегрированные системы делопроизводства. 12. Бухгалтерские системы. 13. Финансовые аналитические системы, 14. Экспертные системы, 15. Геоинформационные системы (ГИС), 16. Системы видеомонтажа, 17. Инструментальные языки и системы программирования.