- •Информатика для физиков
- •Часть 1. Введение
- •Предисловие
- •Часть 1. Введение
- •1.1 Определение информатики. Понятие информации и информационной технологии. Формула Шеннона. Предмет и задачи информатики
- •Техническая база информатики Из истории создания и развития эвм
- •Классификация эвм
- •Классическая архитектура эвм общего назначения
- •Структура шин
- •Структура эвм 5-го поколения
- •Системы обработки данных
- •Программное обеспечение информатики
- •Операционные системы (ос)
- •Инструментальные языки и системы программирования
- •Системы программирования
- •Часть 2. Математические основы информатики
- •2.1 Теория формальных структур данных и алгоритмов их обработки Основные понятия теории алгоритмов
- •Общая характеристика изобразительных средств алгоритмов
- •Основные типы вычислительных процессов
- •Системы счисления
- •Позиционные системы счисления
- •Смешанные системы счисления
- •Перевод чисел из одной системы счисления в другую
- •Форматы представления и преобразования информации
- •Способы разработки алгоритмов
- •ЧАсть 3. ПЕрсональные эвм
- •3.1 Из истории создания персональных компьютеров
- •Структура пэвм
- •Внешние устройства пэвм
- •Часть 4. Работа пользователя в операционной системе Windows: начальные сведения
- •4.1 Введение
- •Загрузка Windows
- •Рабочий стол
- •Изображения курсора мыши
- •Приемы работы с мышью
- •Элементы рабочего стола
- •Пиктограммы
- •Панель задач
- •Основное меню панели задач
- •Окна задач
- •Основные команды меню
- •Вызов и завершение работы программ
- •4.3 Операции с папками и файлами
- •Проводник
- •Пиктограммы, отображающие структуру диска
- •Операции с папками
- •Копирование, перемещение файлов и папок
- •Удаление файлов и папок и их восстановление
- •4.4 Стандартные программы Windows
- •4.5 Завершение работы в Windows
- •Часть 5. Компьютерное моделирование в физических исследованиях
- •5.1 Роль эксперимента в физических исследованиях. Виды экспериментальных исследований
- •5.2 Основы теории моделирования Базовые понятия
- •Классификация моделей
- •Условное моделирование
- •Аналогичное моделирование
- •5.3 Математическое моделирование и компьютерный эксперимент Понятие математической модели
- •Особенности математических моделей
- •5.4 Вычислительный алгоритм. Введение в численные методы
- •Базовые понятия численных методов
- •Численное решение линейных дифференциальных уравнений
- •Численное вычисление одномерных интегралов
- •Метод Монте-Карло
- •Вычисление многомерных интегралов
- •5.5 Технология программирования вычислительных задач
- •5.6 Точность компьютерного эксперимента Погрешности компьютерного эксперимента
- •Требования к вычислительным алгоритмам
- •5.7 Пример моделирования физической системы
- •5.8 Заключение
- •Список литературы
- •Содержание
Классификация эвм
Под ЭВМ понимается большое число разнообразных машин, различающихся размерами, производительностью, стоимостью, назначением. Возможны разные типы классификаций вычислительных устройств. Если в качестве основания взять производительность, то можно построить следующую классификацию ЭВМ:
супер ЭВМ;
большие ЭВМ;
мини ЭВМ;
микро ЭВМ и микропроцессоры, встраиваемые в механизмы, приборы и машины.
Супер- и большие ЭВМ предназначены для решения сложных научных и технических задач. Мини ЭВМ используются в системах автоматизации управления и проектирования. Микро ЭВМ, или персональные ЭВМ, решают конкретные пользовательские задачи.
Классическая архитектура эвм общего назначения
Классическая архитектура ЭВМ разработана американским инженером фон Нейманом, поэтому ее еще называют неймановской архитектурой. Согласно Нейману в состав ЭВМ входит пять функционально независимых блоков: устройство ввода информации в ЭВМ (Увв), запоминающее устройство (ЗУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройство управления (УУ) и устройство вывода информации из ЭВМ (Увыв).
Рис. 1.2
Устройство ввода принимает кодированную информацию из внешней среды от человека-оператора или электромеханического прибора. Информация запоминается в ЗУ для последующего использования или сразу обрабатывается АЛУ. Шаги обработки информации определены программой, хранящейся в памяти ЭВМ. Результаты обработки возвращаются во внешнюю среду через устройство вывода. Все эти действия координируются устройством управления.
Обычно схемы АЛУ компонуются вместе со схемами УУ в виде одного блока, называемого центральным процессором (ЦП). Оборудование ввода и вывода объединяются термином: устройство ввода-вывода (Увв-выв).
В ЭВМ информация поступает двух типов: в виде команд и в виде данных. Команды, или инструкции, выполняют две функции: 1) управляют передачей информации внутри ЭВМ, а также между ЭВМ и внешней средой; 2) указывают, какие арифметические и логические операции должны быть выполнены. Последовательность команд, которые обеспечивают решение задачи, называется программой. Обычно решение задачи начинается с загрузки программы в память. Затем ЦП извлекает команды из ЗУ и выполняет предусмотренные операции. Таким образом, ЭВМ находится под полным управлением выполняемой программы, кроме тех случаев, когда поступают сигналы прерывания от оператора или электронных устройств, связанных с ЭВМ.
Определим данные как кодированную информацию, которая обрабатывается командами программы.
Информация в ЭВМ должна быть представлена в соответствующем формате. Поскольку ЭВМ состоит из электронных и цифровых схем, элементы которых имеют два устойчивых состояния, то используется двоичная система счисления для кодирования информации: каждое число, символ текста или команда кодируются цепочкой двоичных цифр – бит (см. раздел 2.4. “Системы счисления”).
Рассмотрим более подробно назначение и примеры отдельных устройств ЭВМ.
Устройство ввода информации. Функция этого устройства очевидна – ввод информации в ЭВМ из внешней среды. В качестве Увв выступают клавиатура, дисплей (монитор), вспомогательные дисплейные устройства ввода (различного типа манипуляторы, световое перо).
Запоминающее устройство (память). Единственная функция ЗУ – хранение программ и данных. Различают три класса устройств памяти: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и внешние запоминающие устройства (ВЗУ).
ПЗУ – это неизменяемая память ЭВМ, назначение которой хранить служебные программы, необходимые для работы системы.
ОЗУ – это быстродействующее запоминающее устройство. Оно содержит большое количество ячеек памяти, каждая из которых хранит 1 бит информации. Ячейки связаны в группы фиксированных размеров, называемые машинными словами. ОЗУ организовано таким образом, чтобы содержимое из n бит можно было найти или запомнить при помощи одной операции. Для облегчения доступа к любому слову ОЗУ с положением каждого слова связано некоторое имя (адрес). Длина машинного слова определяется разрядностью ЦП.
Для хранения большого объема данных применяются более дешевые ВЗУ, использующие в качестве носителей информации магнитные ленты и диски, оптические диски или электронные носители.
Устройство вывода информации. Выполняет обратную функцию по сравнению с устройствами ввода. Некоторые устройства совмещают обе функции, поэтому часто используется общий термин – устройство ввода-вывода. К устройствам вывода относятся дисплеи, печатающие устройства (принтеры), графопостроители (плоттеры).
Центральный процессор. Большинство операций в ЭВМ выполняется в АЛУ. Например, необходимо сложить два числа в оперативной памяти: они передаются в АЛУ, в нем складываются. Аналогично выполняется любая другая арифметическая или логическая операция. Для ускорения вычислений ЦП имеет высокоскоростные ячейки памяти – регистры – для временного хранения данных. ЦП – наиболее скоростное устройство ЭВМ, поэтому один ЦП может управлять рядом внешних устройств.
Все описанные устройства обеспечивают необходимые средства для хранения и обработки информации. Действие этих устройств должны быть согласованы, что является функцией УУ.