- •Информатика. Теория (с задачами и решениями)
- •1.2. Что такое информация?
- •1.3. В каком виде существует информация?
- •1.4. Как передаётся информация?
- •1.5. Как измеряется количество информации?
- •1.6. Что можно делать с информацией?
- •1.7. Какими свойствами обладает информация?
- •1.8. Что такое обработка информации?
- •1.9. Что такое информационные ресурсы и информационные технологии?
- •1.10. Что понимают под информатизацией общества?
- •1.11. Вопросы для самоконтроля
- •1.12. Упражнения
- •[ Ответ ]Ответы — Раздел 1. Введение в информатику
- •Глава 2. Общие принципы организации и работы компьютеров
- •2.1. Что такое компьютер?
- •2.2. Как устроен компьютер?
- •2.3. На каких принципах построены компьютеры?
- •1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
- •3.Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
- •2.4. Что такое команда?
- •2.5. Как выполняется команда?
- •2.6. Что такое архитектура и структура компьютера?
- •2.7. Что такое центральный процессор?
- •2.8. Как устроена память?
- •2.9. Какие устройства образуют внутреннюю память?
- •2.10. Какие устройства образуют внешнюю память?
- •Накопители на гибких магнитных дисках
- •Накопители на жестких магнитных дисках
- •Накопители на компакт-дисках
- •Записывающие оптические и магнитооптические накопители
- •Накопители на магнитной ленте (стримеры) и накопители на сменных дисках
- •2.11. Что такое аудиоадаптер?
- •2.12. Что такое видеоадаптер и графический акселератор?
- •2.13. Что такое клавиатура?
- •2.14. Что такое видеосистема компьютера?
- •2.15. Что такое принтер, плоттер, сканер?
- •2.16. Что такое модем и факс-модем?
- •.17. Что такое манипуляторы?
- •2.18. Как устроен компьютер?
- •2.19. Какие основные блоки входят в состав компьютера?
- •2.20. Что собой представляет системная плата?
- •2.21. Как организуется межкомпьютерная связь?
- •2.22. Что такое компьютерная сеть?
- •2.23. Как соединяются между собой устройства сети?
- •2.24. Как классифицируют компьютерные сети по степени географического распространения?
- •2.25. Как соединяются между собой локальные сети?
- •2.26. Как работают беспроводные сети?
- •2.27. Что такое сеть Интернет и как она работает?
- •Как связываются между собой сети в Интернет?
- •Основные сервисы системы Интернет.
- •2.28. Что такое мультимедиа и мультимедиа-компьютер?
- •2.29. Вопросы для самоконтроля
- •Глава 3. Классификация компьютеров
- •3.1. По каким критериям классифицируют компьютеры?
- •3.2. На чем основана классификация по поколениям?
- •3.3. Краткая историческая справка
- •3.4. Какие компьютеры относятcя в первому поколению?
- •3.5. Какие компьютеры относятся ко второму поколению?
- •3.6. В чем особенности компьютеров третьего поколения?
- •3.7. Что характерно для машин четвёртого поколения?
- •3.8. Какими должны быть компьютеры пятого поколения?
- •3.9. На какие типы делятся компьютеры по условиям эксплуатации?
- •3.10. На какие типы делятся компьютеры по производительности и характеру использования?
- •3.11. Какие существуют типы портативных компьютеров?
- •3.12. Вопросы для самоконтроля
- •Глава 4. Арифметические основы компьютеров
- •4.1. Что такое система счисления?
- •4.2. Как порождаются целые числа в позиционных системах счисления?
- •4.3. Какие системы счисления используют специалисты для общения с компьютером?
- •4.4. Почему люди пользуются десятичной системой, а компьютеры — двоичной?
- •4.5. Почему в компьютерах используются также восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления?
- •4.6. Как перевести целое число из десятичной системы в любую другую позиционную систему счисления?
- •4.7. Как пеpевести пpавильную десятичную дpобь в любую другую позиционную систему счисления?
- •4.8. Как пеpевести число из двоичной (восьмеpичной, шестнадцатеpичной) системы в десятичную?
- •4.9. Сводная таблица переводов целых чисел из одной системы счисления в другую
- •Сводная таблица переводов целых чисел
- •4.10. Как производятся арифметические операции в позиционных системах счисления?
- •Сложение
- •Вычитание
- •Умножение
- •Деление
- •4.11. Как представляются в компьютере целые числа?
- •Диапазоны значений целых чисел без знака
- •Диапазоны значений целых чисел со знаком
- •4.12. Как компьютер выполняет арифметические действия над целыми числами? Сложение и вычитание
- •Умножение и деление
- •4.13. Как представляются в компьютере вещественные числа?
- •4.14. Как компьютер выполняет арифметические действия над нормализованными числами?
- •Сложение и вычитание
- •Умножение
- •Деление
- •4.15. Упражнения
- •Ответы — Раздел 4. Арифметические основы компьютеров
- •Глава 5. Логические основы компьютеров
- •5.1. Что такое алгебра логики?
- •5.2. Что такое логическая формула?
- •5.3. Какая связь между алгеброй логики и двоичным кодированием?
- •5.4. В каком виде записываются в памяти компьютера и в регистрах процессора данные и команды?
- •5.5. Что такое логический элемент компьютера?
- •5.6. Что такое схемы и, или, не, и-не, или-не?
- •5.7. Что такое триггер?
- •5.8. Что такое сумматор?
- •5.9. Какие основные законы выполняются в алгебре логики?
- •Основные законы алгебры логики
- •5.10. Как составить таблицу истинности?
- •5.11. Как упростить логическую формулу?
- •5.12. Что такое переключательная схема?
- •5.13. Как решать логические задачи?
- •I. Решение логических задач средствами алгебры логики
- •II. Решение логических задач табличным способом
- •III. Решение логических задач с помощью рассуждений
- •5.14. Упражнения
- •Ответы — Раздел 5. Логические основы компьютеров
- •5.5. Являются отрицаниями друг друга: б), г), д), к); не являются отрицаниями друг друга: а), в), е), ж), з), и).
- •5.6. Истинны: б), в), г), з), к), и); ложны: а), д), е), ж).
- •5.13. Тождественно истинные: а), в), е); тождественно ложные: г), д), ж).
- •Глава 6. Программное обеспечение компьютеров
- •6.1. Что такое программное обеспечение?
- •6.2. Как классифицируется программное обеспечение?
- •6.3. Какие программы называют прикладными?
- •6.4. Какова роль и назначение системных программ?
- •6.5. Что такое операционная система?
- •6.6. Что такое файловая система ос?
- •6.7. Какова структура операционной системы ms dos?
- •6.8. Что такое программы-оболочки?
- •6.9. Что собой представляют операционные системы Windows nt и Windows 95?
- •6.10. Что такое транслятор, компилятор, интерпретатор?
- •6.11. Что такое системы программирования?
- •6.12. Для чего нужны инструментальные программы?
- •6.13. Что такое текстовый редактор?
- •6.14. Что такое графический редактор?
- •6.15. Каковы возможности систем деловой и научной графики?
- •6.16. Что такое табличный процессор?
- •6.17. Что такое системы управления базами данных?
- •6.18. Что такое библиотеки стандартных подпрограмм?
- •6.19. Что такое пакеты прикладных программ?
- •6.20. Что такое интегрированные пакеты программ?
- •6.21. Что такое органайзеры?
- •6.22. Что такое сетевое программное обеспечение?
- •6.23. Вопросы для самоконтроля.
- •Глава 7. Алгоритмы. Алгоритмизация. Алгоритмические языки
- •7.1. Что такое алгоритм?
- •7.2. Что такое "Исполнитель алгоритма"?
- •7.3. Какими свойствами обладают алгоpитмы?
- •7.4. В какой форме записываются алгоритмы?
- •7.5. Что такое словесный способ записи алгоритмов?
- •7.6. Что такое графический способ записи алгоритмов?
- •7.7. Что такое псевдокод?
- •7.8. Как записываются алгоритмы на школьном алгоритмическом языке? Основные служебные слова
- •Команды школьного ая
- •Пример записи алгоритма на школьном ая
- •7.9. Что такое базовые алгоритмические структуры?
- •Примеры команды если
- •Примеры команд пока и для
- •7.10. Какие циклы называют итерационными?
- •7.11. Что такое вложенные циклы?
- •Пример вложенных циклов для
- •Пример вложенных циклов пока
- •7.12. Чем отличается программный способ записи алгоритмов от других?
- •7.13.Что такое уровень языка программирования?
- •7.14. Какие у машинных языков достоинства и недостатки?
- •7.15. Что такое язык ассемблера?
- •7.16. В чем преимущества алгоритмических языков перед машинными?
- •7.17. Какие компоненты образуют алгоритмический язык?
- •7.18. Какие понятия используют алгоритмические языки?
- •7.19. Что такое стандартная функция?
- •7.20. Как записываются арифметические выражения?
- •Примеры записи арифметических выражений
- •7.21. Как записываются логические выражения?
- •Примеры записи логических выражений, истинных при выполнении указанных условий.
- •7.22. Упражнения
- •Ответы — Раздел 7. Алгоритмы. Алгоритмизация. Алгоритмические языки
- •Глава 8. Технология подготовки и решения задач с помощью компьютера
- •8.1. Какие этапы включает в себя решение задач с помощью компьютера?
- •8.2. Что называют математической моделью?
- •8.3. Какие основные этапы содержит процесс разработки программ?
- •8.4. Как проконтролировать текст программы до выхода на компьютер?
- •8.5. Для чего нужны отладка и тестирование?
- •8.6. В чем заключается отладка?
- •8.7. Что такое тест и тестирование?
- •8.8. Какими должны быть тестовые данные?
- •8.9. Из каких этапов состоит процесс тестирования?
- •8.10. Каковы характерные ошибки программирования?
- •8.11. Является ли отсутствие синтаксических ошибок свидетельством правильности программы?
- •8.12. Какие ошибки не обнаруживаются транслятором?
- •8.13. В чем заключается сопровождение программы?
- •8.14. Вопросы для самоконтроля
- •8.15. Упражнения
- •Глава 9. Применения информатики и компьютерной техники
- •9.1. Как используются компьютеры в быту?
- •9.2. Что такое системы автоматизированного проектирования (сапр)?
- •9.3. Что такое автоматизированные системы научных исследований (асни)?
- •9.4. Какая взаимосвязь между асни и сапр?
- •9.5. Что такое базы знаний и экспертные системы?
- •9.6. Как используются компьютеры в административном управлении?
- •9.7. Какую роль играют компьютеры в обучении?
- •9.8. Какую роль играют компьютеры в управлении технологическими процессами?
- •9.9. Какую роль играют компьютеры в медицине?
- •9.10. Как используются компьютеры в торговле?
- •9.11. Что такое электронные деньги?
- •9.12. Как применяются компьютеры в сельском хозяйстве?
- •9.13. Вопросы для самоконтроля
3.10. На какие типы делятся компьютеры по производительности и характеру использования?
По производительности и характеру использования компьютеры можно условно подразделить на:
микрокомпьютеры, в том числе — персональные компьютеры;
миникомпьютеры;
мэйнфреймы (универсальные компьютеры);
суперкомпьютеры.
Микрокомпьютеры— это компьютеры, в которых центральный процессор выполнен в виде микропроцессора.
Продвинутые модели микрокомпьютеров имеют несколько микропроцессоров. Производительность компьютера определяется не только характеристиками применяемого микропроцессора, но и ёмкостью оперативной памяти, типами периферийных устройств, качеством конструктивных решений и др.
Микрокомпьютеры представляют собой инструменты для решения разнообразных сложных задач. Их микропроцессоры с каждым годом увеличивают мощность, а периферийные устройства — эффективность. Быстродействие — порядка 1 - 10 миллионов опеpаций в сек.
Разновидность микрокомпьютера —микроконтроллер. Это основанное на микропроцессоре специализированное устройство, встраиваемое в систему управления или технологическую линию.
Персональные компьютеры (ПК) — это микрокомпьютеры универсального назначения, рассчитанные на одного пользователя и управляемые одним человеком. |
В класс персональных компьютеров входят различные машины — от дешёвыхдомашних и игровых с небольшой оперативной памятью, с памятью программы на кассетной ленте и обычным телевизором в качестве дисплея, досверхсложныхмашин с мощным процессором, винчестерским накопителем ёмкостью в десятки Гигабайт, с цветными графическими устройствами высокого разрешения, средствами мультимедиа и другими дополнительными устройствами.
Пеpсональный компьютеp должен удовлетворять следующим требованиям:
стоимость от нескольких сотен до 5-10 тысяч доллаpов;
наличие внешних ЗУ на магнитных дисках;
объём оперативной памяти не менее 4 Мбайт;
наличие операционной системы;
способность работать с программами на языках высокого уровня;
ориентация на пользователя-непрофессионала (в простых моделях).
Миникомпьютерамиисуперминикомпьютераминазываются машины, конструктивно выполненные в одной стойке, т.е. занимающие объём порядка половины кубометра. Сейчас компьютеры этого класса вымирают, уступая место микрокомпьютерам.
Мэйнфреймыпредназначены для решения широкого класса научно-технических задач и являются сложными и дорогими машинами. Их целесообразно применять в больших системах при наличии не менее 200 - 300 рабочих мест.
Централизованная обработка данных на мэйнфрейме обходится примерно в 5 - 6 раз дешевле, чем распределённая обработка при клиент-серверном подходе.
Известный мэйнфрейм S/390фирмы IBM обычно оснащается не менее чем тремя процессорами. Максимальный объём оперативного хранения достигает 342 Терабайт.
Производительность его процессоров, пропускная способность каналов, объём оперативного хранения позволяют наращивать число рабочих мест в диапазоне от 20 до 200000 с помощью простого добавления процессорных плат, модулей оперативной памяти и дисковых накопителей.
Десятки мэйнфреймов могут работать совместно под управлением одной операционной системы над выполнением единой задачи.
Суперкомпьютер CRAY-1
Суперкомпьютеры— это очень мощные компьютеры с производительностью свыше 100 мегафлопов (1 мегафлоп — миллион операций с плавающей точкой в секунду). Они называютсясверхбыстродействующими. Эти машины представляют собоймногопроцессорныеи (или)многомашинныекомплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Различают суперкомпьютерысреднего класса, классавыше среднегоипереднего края(high end).
Архитектура суперкомпьютеров основана на идеях параллелизмаиконвейеризации вычислений.
В этих машинах параллельно, то есть одновременно, выполняется множество похожих операций (это называется мультипроцессорной обработкой). Таким образом, сверхвысокое быстродействие обеспечиваетсяне для всех задач, а только для задач,поддающихся распараллеливанию.
Что такое конвейеpная обработка? Приведем сравнение — на каждом рабочем месте конвейера выполняется один шаг производственного процесса, а на всех рабочих местах в одно и то же время обрабатываются различные изделия на всевозможных стадиях. По такому принципу устроено арифметико-логическое устройство суперкомпьютера.
Отличительной особенностью суперкомпьютеров являются векторные процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными цифровыми объектами — векторами и матрицами. В них встроенывекторные регистрыипараллельный конвейерный механизм обработки. Если на обычном процессоре программист выполняет операции над каждым компонентом вектора по очереди, то на векторном — выдаёт сразу векторые команды.
Векторная аппаратура очень дорога, в частности, потому, что требуется много сверхбыстродействующей памяти под векторные регистры.
Наиболее распространённые суперкомпьютеры — массово-параллельныекомпьютерные системы. Они имеютдесятки тысяч процессоров, взаимодействующих через сложную, иерархически организованую систему памяти.
В качестве примера рассмотрим характеристики многоцелевого массово-параллельного суперкомпьютера среднего класса Intel Pentium Pro 200. Этот компьютер содержит 9200 процессоров Pentium Pro на 200 Мгц, в сумме (теоретически) обеспечивающих производительность1,34 Терафлоп(1 Терафлоп равен 1012операций с плавающей точкой в секунду), имеет 537 Гбайт памяти и диски ёмкостью 2,25 Терабайт. Система весит 44 тонны (кондиционеры для неё — целых 300 тонн) и потребляет мощность 850 кВт.
Супер-компьютеры используются для решения сложных и больших научных задач (метеорология, гидродинамика и т. п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т.д.
Элементная база — микросхемы сверхвысокой степени интеграции.