Учебный материал / Кафедра экономики и менеджмента / Основы информационных технологий. Курс лекций
.pdfТема 1: Концептуальные основы информационных технологий
План:
1.Сущность и виды информации.
2.Технология обработки информации.
3.Сущность и этапы развития информационных технологий.
-1-
Сущность и виды информации.
Сформулированные в рамках функционально-кибернетического подхода положения теории информации в настоящее время нашли широкое применение в теории и практике управления, в построении автоматизированных и информационных систем различного назначения, в создании компьютеров и компьютерных сетей
Изучение информационных технологий построено на кибернетическом подходе. Согласно нему, информация рассматривается, как свойство определенного класса материальных кибернетических систем, к которым относятся:
-живые организмы и их сообщества;
-человек и человеческое общество;
-созданные человеком искусственные кибернетические устройства.
Базовыми понятиями этого подхода являются сигналы, знаки, данные, информация, знания. Заметим, что в данном случае речь идет не об информации как категории движения материи (атрибутивный и информациологический подходы), а в более узком смысле как о переходном состоянии от сигнала к знаниям.
Сигнал - это вещественно-энергетический или энергетический носитель информации и может быть представлен в виде электрических, электромагнитных импульсов, звуковых волн и других материальных процессов. Для представления сигнала введена минимальная единица представления – бит.
Знак. Это вещественный носитель информации, кодирующий информацию в виде, доступном для восприятия человеком в документах, электронном виде и т.д. Для представления знаков введена единица представления – байт, содержащая 8 бит.
Знаки составляют слова, слова составляют предложения.
Под данными понимаются комбинации знаков слов, предложений, несущих сведения, сообщения, записанные наблюдения, и т.д., которые в данный момент не оказывают воздействия на поведение.
Данные могут превратиться в информацию, если такое воздействие на поведение будет иметь место. С точки зрения принятия решений, можно утверждать, что информацией в узком смысле являются используемые полезные данные. Вспомним определение информации Винером: "обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств".
Для того, чтобы данные стали информацией, они должны последовательно пройти физический, семантический и прагматический фильтры.
Физический фильтр. Сигналы, знаки, слова, предложения вначале должны быть приняты. Качество, достоверность приема зависит от физического шума в приемнике и канале связи. В данном случае под «приемником» понимается не только некое техническое устройство. Например, это может быть человек, беседующий с собеседником, в силу комплекса факторов (шум, отвлечения другими, усталость, дикция собеседника, озабоченность другими проблемами и т.д.) не воспринимающий в полном объеме и достоверно излагаемые ему сведения. Будем говорить, что сведения проходят физический фильтр. Принятые сведения называются синтаксической информацией, остальные не принятые из-за помех в канале связи или приемнике отсекаются в виде физического шума.
На синтаксическом уровне исследуется соотношение между знаками в сообщении, независимо от их содержания и ценности для получателя, определяется с помощью каких знаков закодировано сообщение. Получатель тогда способен принять поступившее сообщение, когда
располагает кодом (языком), с помощью которого записано сообщение. Знание языка, его синтаксической структуры позволяет получателю отсечь помехи и возможно восстановить сообщение.
К.Шеннон понимал под информацией не все сообщения, а только те, которые уменьшают неопределенность у получателя информации. Неопределенность же существует тогда, когда происходит выбор одной из нескольких возможностей.
Согласно приведенной формуле, неопределенность будет тем больше, чем ближе между собой значения вероятностей. Значение неопределенности при равновероятных возможностях наступления события было принято за единицу информации и названо битом.
Далее синтаксическое сообщение должно быть понято получателем. Для этого оно должно пройти семантический фильтр - тезаурус. (Рецензирование – Правописание - Тезаурус)
Под тезаурусом понимают систематизированный словарь понятий, в котором фиксируются как сами понятия, так и постоянные, не зависящие от контекста, отношения между ними. На семантическом уровне исследуется содержание сообщения, т.е. соотношение между знаками, словами, фразами и объектами, которые они обозначают.
Семантическое сообщение будет получено только тогда, когда содержание данных увязывается с тезаурусом. Такое сообщение будем называть данными.
Термин «информация» имеет множество толкований и определений.
Энциклопедия кибернетики трактует информацию (лат. informatio - разъяснение, изложение, осведомленность) как одно из наиболее общих понятий науки, обозначающее некоторые сведения, совокупность каких-либо данных, знаний и т. п.
Вшироком смысле информация - это обмен сведениями между людьми, обмен
сигналами между живой и неживой природой, людьми и устройствами.
Философская трактовка определяет информацию как отражение реального мира; сведения, которые один реальный объект содержит о другом реальном объекте.
Вузком смысле термин «информация» - это любые сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования.
Говоря «информация», мы имеем в виду и сообщения по радио и телевидению, и содержание газет, книг, баз данных, библиотек, и знания, почерпнутые из общения с людьми и полученные в научных журналах. Информацию хранят в книгах, библиотеках, в базах данных, на бумаге и машинных носителях. Информацию передают устно и письменно, с помощью электрических
сигналов и радиоволн; получают с помощью органов чувств, электрических датчиков фото и видеокамер.
Таким образом, понятие информации связано с определенным объектом, свойства которого она отражает. Кроме того, наблюдается относительная независимость информации от носителя, поскольку возможны ее преобразование и передача по различным физическим средам с помощью разнообразных физических сигналов независимо от
еесодержания.
Спрактической точки зрения информация всегда представляется в виде сообщения.
Сообщение от источника к приемнику передается в материальноэнергетической форме (электрический, световой, звуковой сигналы и т.д.).
Человек воспринимает сообщения посредством органов чувств. Приемники информации в технике воспринимают сообщения с помощью различной измерительной и регистрирующей аппаратуры.
Информация – это единственный неубывающий ресурс жизнеобеспечения, более того, ее объем с течением времени возрастает.
В70-е годы объем информации удваивался каждые 5-7 лет.
В80-е годы – каждые 1,5 года.
Внастоящее время за год объем информации увеличивается более чем в 2 раза.
Корпорация EMC объявила итоги исследования "Цифровой Вселенной", проведенного по ее заказу агентством IDC. Согласно данному отчету, объем информации по всему миру возрастает в 2 раза каждые 2 года и в этом году будет создано 1,8 зеттабайт данных - это несколько быстрее, чем предполагается в законе Мура.
Для оценки колоссальности объема в 1,8 зеттабайт, аналитики приводят такие сравнения: для того, чтобы сгенерировать данное количество информации все население России должно оставлять по три сообщения в Twitter в минуту, причем в течение 58 716 лет, или же производить каждый день по 215 миллионов снимков на томографе с высоки разрешением. 1,8 зеттабайт - это 200 миллиардов фильмов HD длительностью 2 часа каждый. Для просмотра всех этих фильмов человеку потребуется 47 миллионов лет.
Объём цифровой вселенной вскоре достигнет одного зеттабайта — 1 180 591 620 717 411 303 424 байт.
По данным исследовательской компании IDC, в прошлом году количество данных, хранящихся в цифровом виде, увеличилось на колоссальные 62%. Это равносильно тому, что все жители Земли будут безостановочно размещать сообщения в сети Twitter в течение целого столетия. Если же записать это всё на DVD, стопка дисков достигнет Луны и вернётся обратно.
Цифровой контент представляет собой в основном информацию, размещённую в социальных сетях, а также фотографии, музыку и видео.
К 2020 году, по оценке IDC, цифровая вселенная будет в 44 раза больше, чем в 2009-м. То есть стопка DVD сможет пройти полпути к Марсу, передает Компьюлента.
Биллу Гейтсу часто приписывают слова: «640 килобайт памяти должно быть достаточно для любого человека». Правда, он ничего подобного не говорил, но если принять это за аксиому, то к концу 2010 года в мире будет достаточно компьютерной памяти, чтобы удовлетворить потребности 1 562 500 млрд человек — почти в 230 тыс. раз больше, чем сейчас живёт на Земле
(6,8 млрд).
26 ноября отмечается Всемирный день информации
Формы представления информации:
Символьная (набор букв, цифр, знаков)
Текстовая (символы, расположенные в определенном порядке)
Графическая (различные изображения)
Звуковая (электромагнитные волны)
Виды информации в зависимости от области знаний:Научная
Техническая
Производственная
Правовая
Экономическая и т.д.
Виды информации в зависимости от способа получения:
Первичная (опрос, интервью, наблюдение)
Вторичная (результаты расчетов, выборка, анализ) Виды информации по способу передачи и восприятия:
-визуальная - передается видимыми образами и символами;
-аудиальная - звуками;
-тактильная - ощущениями;
-органолептическая - запахами и вкусами;
-машинная - информация, выдаваемая и воспринимаемая средствами вычислительной техники.
Свойства информации:
1.Релевантность - способность информации соответствовать нуждам (запросам) потребителя.
2.Полнота - свойство информации исчерпывающе (для данного потребителя) характеризовать отображаемый объект и / или процесс.
3.Своевременность - способность информации соответствовать нуждам потребителя в нужный момент времени.
4.Достоверность - свойство информации не иметь скрытых ошибок.
5.Доступность - свойство информации, характеризующее возможность ее получения данным потребителем.
6.Защищенность - свойство, характеризующее невозможность несанкционированного использования или изменения.
7.Эргономичность - свойство, характеризующее удобство формы или объема информации с точки зрения данного потребителя.
8.Адекватность - свойство информации однозначно соответствовать отображаемому объекту или явлению.
Особыми формами представления информации являются данные и знания.
Знания – это проверенный практикой результат познания действительности, отражение информации в сознании человека.
Данные – это информация, представленная в удобном для обработки виде. Данные необходимы для обработки информации, ее хранения и передачи.
-2-
Технология обработки информации.
Технология обработки информации – это строго определенная последовательность взаимосвязанных процедур, выполняемых для преобразования первичной информации с момента ее возникновения до получения требуемого результата.
Технологический процесс обработки информации представлен на рис.2
Этапы технологического процесса обработки информации:
1.Сбор и анализ первичн х документов
2.Ввод, обработка инфор мации и вывод результатных документов
3.Контроль качества и полноты результатных документов
Способы обработки информации:
- централ зованный – вся обработка проводится в информационно-вычислительном центре
-децентрализованный – информация обрабатывается на м стах возникновения и потребления информации (потом через сеть – объединяют полученные резу льтаты)
-смешанный -
Документ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— материальный но итель с |
зафиксированной на нем в |
любой |
форме |
|||
информацией в |
виде текста, звукозаписи, изображения и или) их сочетания, |
который |
имеет |
|||
реквизиты , позволяющие его идентифицировать, |
и предназ начен для передачи во времени и в |
|||||
пространстве в целях общественного использовани |
и хранен ия |
|
|
|||
Электронный документ — сведения, представленные в форме, воспринимаемой электронными средствами обработки, хранения и передачи информации, которые имеют необходимые атрибуты для их однозначной идентификации и которые могут быть преобразованы в форму, пригодную для восприятия человеком.
Электронный документ состоит из двух неотъемлемых частей – общей и особенной.
Общая часть электронного документа состоит из информации, составляющей содержание документа. Информация об адресате относится к общей части.
Особенная часть электронного документа состоит из одной или нескольких электронных цифровых подписей.
Электронная подпись — (электронная цифровая подпись) представляет собой определенную последовательность символов, имеющую неизменяемое соотношение с каждым символом определенного объема сведений электронного документа и предназначенную для подтверждения целостности и неизменности этого объема сведений, а также тождественности его содержания волеизъявлению заверившего его лица.
-3-
Сущность и этапы развития информационных технологий.
Информационная технология (ИТ) — совокупность методов и способов получения, обработки, представления информации, направленных на изменение ее состояния, свойств, формы, содержания и осуществляемых в интересах пользователей.
Типовые технологические операции (действия) информационных технологий:
сбор и регистрация информации;
передача информации;
ввод информации;
обработка информации;
вывод информации;
хранение информации;
накопление информации;
поиск информации;
анализ информации.
Выделяют следующие основные характеристики информационной технологии:
предметом обработки (процесса) являются данные;
целью процесса является получение информации;
средствами осуществления процесса являются программные, аппаратные и программноаппаратные вычислительные комплексы;
процессы обработки данных разделяются на операции в соответствии с данной предметной областью;
выбор управляющих воздействий на процессы должен осуществляться лицами, принимающими решения (ЛПР);
критерием оптимизации процесса являются своевременность доставки информации пользователю, ее надежность, доступность, полнота.
Этапы развития информационных технологий различаются:
По виду задач и процессов обработки информации:
- первый этап (1960-1970-е гг.) — обработка данных в вычислительных центрах в режиме коллективного пользования. Основным направлением развития информационной технологии являлась автоматизация операционных рутинных действий человека;
-второй этап (с 1980-х гг.) - создание информационных технологий, направленных на решение стратегических задач.
По проблемам, стоящим на пути информатизации общества:
-первый этап (до конца 60-х гг.) характеризуется проблемой обработки больших объемов данных в условиях ограниченных возможностей аппаратных средств;
-второй этап (до конца 70-х гг.) связывается с распространением ЭВМ серии ЮМ/360. Проблема этого этапа — отставание программного обеспечения от уровня развития аппаратных средств;
-третий этап (с начала 80-х гг.) — компьютер становится инструментом непрофессионального пользователя, а информационные системы — средством поддержки принятия его решений. Проблемы — максимальное удовлетворение потребностей пользователя и создание соответствующего интерфейса работы в компьютерной среде;
-четвертый этап (с начала 90-х гг.) — создание современной технологии межорганизационных связей и информационных систем.
Важнейшей составляющей информационного развития общества является степень развития коммуникационной составляющей информационной среды.
В истории своего развития мировое сообщество прошло ряд фаз развития коммуникационных процессов.
Устная фаза характерна для этапа зарождения человечества, формирования трудовых коллективных взаимоотношений, создания начальных общественных групп. Именно с устной фазой связывают первое принципиально важное явление в развитии коммуникаций - появление речи.
Письменная фаза позволила устранить главное ограничение устной фазы - необходимость непосредственного общения. Письменность привела к созданию знаковых форм оформления речи, созданию языков, объединению социальных групп по языковому принципу.
Книжная фаза явилась следствием необходимости размножения информации, расширения ее пространственного представления.
Радиоэлектронная фаза повысила оперативность доступа к информации, обеспечила широковещательность, принимать и передавать информацию в виде звука, графики.
Компьютерная фаза обеспечила в социальной сфере вхождение человека в мировое информационное пространство. Расширились технические возможности получения и переработки информации. Компактность цифровой записи и скорость считывания информации, позволила хранить информацию без искажений сколь угодно долго. Персональные компьютеры стали домашними библиотеками. Развитие гипертекста, мультимедиа, разработка механизмов доступа к базам данных. Параллельно шло развитие интеллектуальных компьютерных систем, обеспечили дружественный интерфейс доступа, облегчили работу неспециалистов, заменили человека при решении неформализованных задач .
Настоящий период характерен развитием информационных сетей, систем поиска информации в глобальных сетях, созданием протоколов (стандартов) работы в них. Раскрывая тенденции этого периода необходимо уделить особенное внимание феномену «всемирной паутины» в сети Интернет.
Тема 2 Аппаратное оснащение персонального компьютера
План:
1.Сущность и классификация ЭВМ
2.Архитектура современных компьютеров
3.Процессоры и их компоненты
4.Память компьютера
5.Периферийные устройства компьютера.
-1-
Сущность и классификация ЭВМ
Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами.
Существует достаточно много систем классификации компьютеров. Мы рассмотрим лишь некоторые из них, сосредоточившись на тех, о которых наиболее часто упоминают в доступной технической литературе и СМИ.
Классификация по назначению
Классификация по назначению
1.Мэйнфрэймы
2.мини-ЭВМ,
3.микро-ЭВМ и
4.персональные компьютеры, которые, в свою очередь, подразделяют на
массовые,
деловые,
портативные,
развлекательные
рабочие станции.
Мэйнфрэеймы.
Это самые мощные компьютеры. Их применяют для обслуживания очень крупных организаций и даже целых отраслей народного хозяйства. Штат обслуживания большой ЭВМ достигает многих десятков человек. На базе таких суперкомпьютеров создают вычислительные центры, включающие в себя несколько отделов или групп.
Структура мэйнфрейма:
1)Центральный процессор — основной блок мэйнфрэйма, в котором непосредственно и происходит обработка данных и вычисление результатов. Обычно центральный процессор представляет собой несколько стоек аппаратуры и размещается в отдельном
помещении, в котором соблюдаются повышенные требования по температуре, влажности, защищенности от электромагнитных помех, пыли и дыма.
2)Группа системного программирования занимается разработкой, отладкой и внедрением программного обеспечения, необходимого для функционирования самой вычислительной системы. Работников этой группы называют системными программистами. Они должны хорошо знать техническое устройство всех компонентов ЭВМ, поскольку их программы предназначены в первую очередь для управления физическими устройствами. Системные программы обеспечивают взаимодействие программ более высокого уровня с оборудованием, то есть группа системного программирования обеспечивает программноаппаратный интерфейс вычислительной системы.
3)Группа прикладного программирования занимается созданием программ для выполнения конкретных операций с данными. Работников этой группы называют прикладными программистами. В отличие от системных программистов им не надо знать техническое устройство компонентов ЭВМ, поскольку их программы работают не с устройствами, а с программами, подготовленными системными программистами. С другой стороны, с их программами работают пользователи, то есть конкретные исполнители работ. Поэтому можно говорить о том, что группа прикладного программирования обеспечивает пользовательский интерфейс вычислительной системы.
4)Группа подготовки данных занимается подготовкой данных, с которыми будут работать программы, созданные прикладными программистами. Во многих случаях сотрудники этой группы сами вводят данные с помощью клавиатуры, но они могут выполнять и преобразование готовых данных из одного вида в другой. Например, они могут получать иллюстрации, нарисованные художниками на бумаге, и преобразовывать их в электронный вид с помощью специальных устройств, называемых сканерами.
5)Группа технического обеспечения занимается техническим обслуживанием всей вычислительной системы, ремонтом и наладкой устройств, а также подключением новых устройств, необходимых для работы прочих подразделений.
6)Группа информационного обеспечения обеспечивает технической информацией все прочие подразделения вычислительного центра по их заказу. Эта же группа создает и хранит архивы ранее разработанных программ и накопленных данных. Такие архивы называют библиотеками программ или банками данных.
7)Отдел выдачи данных получает данные от центрального процессора и преобразует их в форму, удобную для заказчика. Здесь информация распечатывается на печатающих
устройствах (принтерах) или отображается на экранах дисплеев.
Мейнфреймы отличаются высокой стоимостью оборудования и обслуживания, поэтому работа таких суперкомпьютеров организована по непрерывному циклу. Наиболее трудоемкие и продолжительные вычисления планируют на ночные часы, когда количество обслуживающего персонала минимально. В дневное время ЭВМ исполняет менее трудоемкие, но более многочисленные задачи. При этом для повышения эффективности компьютер работает одновременно с несколькими задачами и, соответственно, с несколькими пользователями. Он поочередно переключается с одной задачи на другую и делает это настолько быстро и часто, что у каждого пользователя создается впечатление, будто компьютер работает только с ним. Такое распределение ресурсов вычислительной системы носит название принципа разделения времени.
Особенности и характеристики современных мейнфреймов
Среднее время наработки на отказ. Время наработки на отказ современных мейнфреймов оценивается в 12–15 лет. Надёжность мейнфреймов — это результат их почти 60-летнего совершенствования. Группа разработки VM/ESA затратила двадцать лет на удаление ошибок из операционной системы, и в результате была создана система, которую можно использовать в самых ответственных случаях.
Повышенная устойчивость систем. Мейнфреймы могут изолировать и исправлять большинство аппаратных и программных ошибок за счёт использования следующих принципов:
oДублирование: два резервных процессора, резервные модули памяти, альтернативные пути доступа к периферийным устройствам.
oГорячая замена всех элементов вплоть до каналов, плат памяти и центральных процессоров.
Целостность данных. В мейнфреймах используется память с коррекцией ошибок. Ошибки не приводят к разрушению данных в памяти, или данных, ожидающих вывода на внешние устройства. Дисковые подсистемы построенные на основе RAID-массивов с горячей заменой и встроенных средств резервного копирования защищают от потерь данных.
Рабочая нагрузка. Рабочая нагрузка мейнфреймов может составлять 80–95 % от их пиковой производительности. Операционная система мейнфрейма будет тянуть всё сразу, причём все приложения будут тесно сотрудничать и использовать общие куски ПО.
Пропускная способность. Подсистемы ввода-вывода мейнфреймов разработаны так, чтобы работать в среде с высочайшей рабочей нагрузкой на ввод-вывод данных.
Масштабирование. Масштабирование мейнфреймов может быть как вертикальным, так и горизонтальным. Вертикальное масштабирование обеспечивается линейкой процессоров с производительностью от 5 до 200 MIPS и наращиванием до 12 центральных процессоров в одном компьютере. Горизонтальное масштабирование реализуется объединением ЭВМ в Sysplex (System Complex) — многомашинный кластер, выглядящий с точки зрения пользователя единым компьютером. Всего в Sysplex можно объединить до 32 машин. Географически распределённый Sysplex называют GDPS. В случае использования ОС VM для совместной работы можно объединить любое количество компьютеров. Программное масштабирование — на одном мейнфрейме может быть сконфигурировано фактически бесконечное число различных серверов. Причем все серверы могут быть изолированы друг от друга так, как будто они выполняются на отдельных выделенных компьютерах и в то же время совместно использовать аппаратные и программные ресурсы и данные.
Доступ к данным. Поскольку данные хранятся на одном сервере, прикладные программы не нуждаются в сборе исходной информации из множества источников, не требуется дополнительное дисковое пространство для их временного хранения, не возникают сомнения в их актуальности. Требуется небольшое количество физических серверов и значительно более простое программное обеспечение. Всё это, в совокупности, ведёт к повышению скорости и эффективности обработки.
Защита. Встроенные в аппаратуру возможности защиты, такие как криптографические устройства, и Logical Partition, и средства защиты операционных систем, дополненные программными продуктами RACF или VM:SECURE, обеспечивают надёжную защиту.
Пользовательский интерфейс. Пользовательский интерфейс у мейнфреймов всегда оставался наиболее слабым местом. Сейчас же стало возможно для прикладных программ мейнфреймов в кратчайшие сроки и при минимальных затратах обеспечить современный веб-интерфейс.
Сохранение инвестиций — использование данных и существующих прикладных программ не влечёт дополнительных расходов по приобретению нового программного обеспечения для другой платформы, переучиванию персонала, переноса данных и тд.
Положение на рынке
На данный момент мейнфреймы IBM занимают доминирующее положение на мировом рынке[1]. Также на рынке со своей продукцией присутствуют фирмы Hitachi, Amdahl и Fujitsu.
Мини-ЭВМ
От больших ЭВМ компьютеры этой группы отличаются уменьшенными размерами и, соответственно, меньшей производительностью и стоимостью. Такие компьютеры используются крупными предприятиями, научными учреждениями и некоторыми высшими учебными заведениями, сочетающими учебную деятельность с научной. Мини-ЭВМ часто применяют для управления производственными процессами. Например, в механическом цехе компьютер может поддерживать ритмичность подачи заготовок, узлов и комплектующих на рабочие места; управлять гибкими автоматизированными линиями и промышленными роботами; собирать информацию с инструментальных постов технического контроля и сигнализировать о