- •Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "поволжский государственный университет сервиса (пвгус)"
- •Учебно-методический комплекс дисциплины
- •Содержание
- •Введение
- •Рабочая учебная программа дисциплины
- •1.1. Цели и задачи дисциплины
- •1.2.Структура и объем дисциплины
- •1.3. Содержание дисциплины Распределение фонда времени по темам и видам занятий
- •1.4. Требования к уровню освоения дисциплины и формы текущего и промежуточного контроля
- •Перечень вопросов для подготовки к зачету по дисциплине «Информатика»
- •1.5. Содержание индивидуальной работы студента (под руководством преподавателя)
- •2. Учебно-методическое пособие
- •2.1. Конспект лекций
- •Тема 1. Информация и информационные процессы
- •1.1. Системы, образованные взаимодействующими элементами, состояния элементов, обмен информацией между элементами, сигналы
- •1.2 Меры и единицы представления, измерения и хранения информации
- •Синтаксическая мера информации
- •Семантическая мера информации
- •Прагматическая мера информации
- •Единицы измерения информации.
- •1.3 Системы счисления
- •Формы представления чисел
- •Двоичная система счисления
- •Правила выполнения простейших арифметических действий.
- •1.4. Основные понятия алгебры логики. Логические основы эвм.
- •Тема 2. Информационные модели и системы
- •2.1. Информационная модель объекта
- •2.2. Алгоритм и его свойства. Структура алгоритма.
- •Тема 3.Средства и технологии создания и преобразования информационных объектов
- •3.1. Текстовые процессоры
- •3.2. Электронные таблицы
- •3.3. Базы данных
- •Виды моделей данных
- •Классификация баз данных
- •Реляционные базы данных
- •Основные понятия реляционных баз данных
- •3.4. Графические редакторы
- •Тема 4. Компьютер как средство автоматизации информационных процессов
- •4.1. История развития эвм. Понятие и основные виды архитектуры эвм
- •4.2. Состав и назначение основных элементов персонального компьютера. Центральный процессор. Системные шины и слоты расширения
- •4.3. Запоминающие устройства: классификация, принцип работы, основные характеристики
- •4.4. Устройства ввода/вывода данных, их разновидности и основные характеристики
- •4.5. Классификация программного обеспечения. Виды программного обеспечения и их характеристики.
- •4.6. Системное программное обеспечение.
- •4.7. Защита информации.
- •Вредоносные программы
- •Классификация антивирусных программ
- •Тема 5. Средства и технологии обмена информацией с помощью компьютерных сетей (сетевые технологии)
- •5.1. Локальные компьютерныесети.
- •5.2. Базовые сетевые топологии
- •5.3. Сетевое оборудование
- •5.4. Глобальные сети эвм.
- •История
- •Адресация в Интернете
- •5.5. Поисковые информационные системы
- •Тема 6. Основы социальной информатики.
- •2.3. Лабораторный практикум по дисциплине Распределение тем лабораторных занятий по времени
- •Содержание лабораторных занятий лабораторная работа №1. « кодирование информации»
- •Кодирование символьной информации
- •Кодирование графических изображений
- •Лабораторная работа №2. «информация и энтропия»
- •Лабораторная работа №3. «позиционные системы счисления»
- •Краткие теоретические сведения:
- •Формы представления чисел
- •Двоичная система счисления
- •Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления
- •Взаимное преобразование двоичных, восьмеричных и шестнадцатеричных чисел
- •Двоично-десятичная система счисления
- •Лабораторная работа №4. «проектирование алгоритмов. Блок-схема алгоритма»
- •Лабораторная работа №5. «основные приемы работы в microsoft word»
- •Интересное предложение
- •Образец формул
- •Лабораторная работа №6. «Технология создания электронных таблиц в ms Excel»
- •Функции ms Excel
- •Задания для выполнения:
- •Лабораторная работа №7. «основы обработки реляционных баз данных средствами
- •1. 2. Задания для самостоятельной работы
- •Лабораторная работа №8. «Логические основы функционирование эвм»
- •Логические элементы
- •Лабораторная работа №9. «Основы работы с MathCad»
- •Лабораторная работа №10. «информационная безопасность. Основы криптографии»
- •Тулыио целзио тсдизло
- •Современные алгоритмы шифрования
- •Лабораторная работа №11. «Создание одноранговой сети»
- •Требования к оформлению и защите лабораторных работ
- •3. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
- •3.1. Перечень основной и дополнительной литературы
- •3.2 Методические рекомендации для преподавателя
- •3.3. Методические указания студентам по изучению дисциплины
- •3.4. Методические указания для выполнения кОнтрольной работы
- •Варианты заданий для выполнения контрольной работы
- •3.5. Материально-техническое и программное обеспечение дисциплины
- •3.6. Программное обеспечение
- •Поволжский государственный университет сервиса
- •Поволжский государственный университет сервиса
- •Приложение 1
3.4. Графические редакторы
Графический редактор — программа (или пакет программ), позволяющая создавать и редактировать двумерные изображения с помощью компьютера.
Типы графических редакторов:
• Растровые графические редакторы. Наиболее популярны: Adobe Photoshop для операционных систем Microsoft Windows и Mac OS X, GIMP для GNU/Linux и других POSIX-совместимых. GIMP распространяется под лицензией GNU GPL.
• Векторные графические редакторы. Наиболее популярны: Adobe Illustrator, Corel Draw, Macromedia Free Hand — для операционных систем Microsoft Windows и Mac OS X, Inkscape — для всех ОС.
• Гибридные графические редакторы. Наиболее популярны: RasterDesk для AutoCAD, Spotlight (программа) для операционных систем Microsoft Windows.
Тема 4. Компьютер как средство автоматизации информационных процессов
4.1. История развития эвм. Понятие и основные виды архитектуры эвм
Развитие ЭВМ делится на несколько периодов. Поколения ЭВМ каждого периода отличаются друг от друга элементной базой и математическим обеспечением. Эти и другие характеристики ЭВМ разных поколений приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1. Поколения ЭВМ | ||||||
Характеристики |
Первое 1946-1956 гг. |
Второе 1956-1963 гг. |
Третье 1964-1971 гг. |
Четвертое |
Пятое | |
1971 - 1979 гг. |
1985 г. | |||||
1. Элементная база ЦП |
Электронные лампы |
Транзисторы |
Интегральные схемы |
БИС |
СБИС |
СБИС + опто - и крио - электроника |
2. Элементная база ОЗУ |
Электронно-лучевые трубки |
Ферритовые сердечники |
Ферритовые сердечники |
БИС |
СБИС |
СБИС |
3. Maксимальная емкость ОП в байтах |
102 |
103 |
104 |
105 |
107 |
108 |
4. Максимальное быстродействие ЦП в ОС |
104 |
106 |
107 |
108 |
109 + многопроцессорность |
1012 + многопроц |
5. Языки программирования |
Машинный код |
+ ассемблер |
+ процедурные языки высокого уровня (ЯВУ) |
+ новые процедурные ЯВУ |
+ непроцедурные ЯВУ |
+ новые непроцедурные ЯВУ |
6. Средства связи пользователя с ЭВМ |
Пульт управления, перфокарты |
Перфокарты, перфоленты |
Алфавитно-цифровой терминал |
Монохромный графический дисплей, клавиатура |
Цветной графический дисплей, клавиатура, "мышь" и т.д. |
+ устройства голосовой связи с ЭВМ |
Первое поколение— компьютеры на электронных лампах (1946 — 1956г.). За точку отсчета эры ЭВМ обычно принимают 15 февраля 1946 года, когда ученые Пенсильванского университета США ввели в строй первый в мире электронный компьютер ЭНИАК. В нем использовалось 18 тысяч электронных ламп. Машина занимала площадь 135 м3, весила 30 тонн и потребляла 150 кВт электроэнергии. Она использовалась для решения задач, связанных с созданием атомной бомбы. И хотя механические и электромеханические машины появились значительно раньше, все дальнейшие успехи ЭВМ связаны именно с электронными компьютерами. В СССР в 1952 году академиком С.А. Лебедевым была создана самая быстродействующая в Европе ЭВМ БЭСМ. Быстродействие первых машин было несколько тысяч операций в секунду.
Второе поколение— компьютеры на транзисторах (1956 — 1963 г.). Полупроводниковый прибор - транзистор был изобретен в США в 1948 году Шокли и Бардиным. Компьютеры на транзисторах резко уменьшили габариты, массу, потребляемую мощность, повысили быстродействие и надежность. Типичная отечественная машина (серий "Минск", "Урал") содержала около 25 тысяч транзисторов. Лучшая наша ЭВМ БЭСМ-6 имела быстродействие 1 млн. оп/с.
Третье поколение— компьютеры на микросхемах с малой степенью интеграции (1964 — 1971г.). Микросхема была изобретена в 1958 году Дж. Килби в США. Микросхемы позволили повысить быстродействие и надежность ЭВМ, снизить габариты, массу и потребляемую мощность. Первая ЭВМ на микросхемах IBM-360 была выпущена в США в 1965 году, как и первая мини-ЭВМ PDP-8 размером с холодильник. В СССР большие ЭВМ третьего поколения серии ЕС (ЕС-1022-ЕС-1060) выпускались вместе со странами СЭВ с 1972 года. Это были аналоги американских ЭВМ IBM-360, IBM-370.
Четвертое поколение— компьютеры на микропроцессорах (1971 — настоящее время). Микропроцессор — это арифметическое и логическое устройство, выполненное чаще всего в виде одной микросхемы с большой степенью интеграции. Применение микропроцессоров привело к резкому снижению габаритов, массы и потребляемой мощности ЭВМ, повысило их быстродействие и надежность. Первый микропроцессор Intel-4004 был выпущен в США фирмой Intel в 1971 году. Его разрядность была 4 бита. В 1973г. был выпущен 8-битовый Intel-8008, а в 1974 г. Intel-8080. В 1975 г. появился первый в мире персональный компьютер Альтаир-8800, построенный на базе Intel-8080. Началась эра персональных ЭВМ.
В 1976 г. появился персональный компьютер Apple на базе микропроцессора фирмы Motorola, который имел большой коммерческий успех. Он положил начало компьютерамсерии Макинтош. Первый компьютер фирмы IBM с названиемIBM PC появился в 1981 году. Он был сделан на базе 16-битового микропроцессора Intel-8088 и имел ОЗУ 1 Мб (у всех других машин было тогда ОЗУ 64 Кб). Фактически он стал стандартом персонального компьютера. Сейчас IBM-совместимые компьютеры составляют 90% всех производимых в мире персональных компьютеров. В 1983г. на базе Intel-8088 был выпущен компьютер IBM PC/ХT, имеющий жесткий диск. В 1982г. был сделан 16-битовый процессор Intel-80286, который был использован фирмой IBM в 1984г. в компьютере серии IBM PC/AT. Его быстродействие было в 3 — 4 раза выше, чем у IBM PC/ХT. В 1985г. фирма Intel разработала 32-битовый процессор Intel-80386.
Он содержал примерно 275 тысяч транзисторов и мог работать с 4 Гб дисковой памяти. Для процессоров Intel-80286 и Intel-80386 появились математические сопроцессоры соответственно Intel-80287 и Intel-80387, которые повышали быстродействие компьютеров при математических расчетах и при работе с плавающей запятой. Процессоры 80486 (1989г.), Pentium (1993г.), Pentium-Pro (1995г.), Pentium-2 (1997г.) и Pentium-3 (1999г.) уже имеют встроенный математический сопроцессор. На базе процессоров Pentium собраны многие современные персональные компьютеры.
Пятое поколение (перспективное)— это ЭВМ, использующие новые технологии и новую элементную базу, например сверхбольшие интегральные схемы, оптические и магнито-оптические элементы, работающие посредством обычного разговорного языка, оснащенные огромными базами данных. Предполагается также использовать элементы искусственного интеллекта и распознавание зрительных и звуковых образов. Такие проекты разрабатываются в ведущих промышленно развитых странах.
Одна из общепринятых классификаций ЭВМ приведена Б.С. Богумирским.
Большие ЭВМ (mainframe) IBM 360/370, ЕС ЭВМ, ES/9000, IBM S/390.
Супер-ЭВМ (Cray J90, Convex C38XX, IBM SP2, SGI POWER CHALLENGE, системы MPP, Электроника СС-100, Эльбрус-3).
Мини-ЭВМ (PDP-11, VAX, СМ ЭВМ).
Микро-ЭВМ: АРМ; встроенные; ПЭВМ.
С точки зрения взаимодействия команд и данных, интересна классификация ЭВМ по Флинну:
ОКОД (SISD) - "одиночный поток команд, одиночный поток данных". Традиционная архитектура фон Неймана + КЭШ + память + конвейеризация.
ОКМД (SIMD) - "одиночный поток команд, множественный поток данных".
МКМД (MIMD) - "множественный поток команд, множественный поток данных", мультипроцессорные системы (несколько устройств управления и АЛУ).
Основные модели ПЭВМ, представленные на рынке:
ЭВМ фирмы IBM и их аналоги. Характерен принцип открытости архитектуры.
ЭВМ фирмы Apple собираются на базе микропроцессоров фирмы Motorola, представлены двумя семействами: Apple и Macintosh. Основное отличие от ЭВМ фирмы Intel -замкнутость архитектуры.
ЭВМ независимых фирм производителей.
С середины 60-х годов вместо независимой разработки аппаратуры и программ стала проектироваться система, состоящая из совокупности аппаратных (hardware) и программных (software) средств. На первый план выдвинулась концепция их взаимодействия. Так возникло принципиально новое понятие — архитектура ЭВМ.
Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач.
Рис.4 1. Основные компоненты архитектуры ЭВМ
Архитектура ЭВМ охватывает широкий круг проблем, связанных с построением комплекса аппаратных и программных средств и учитывающих множество факторов: стоимость, сфера применения, функциональные возможности, удобство эксплуатации. ЭВМ.
Более чем за полвека развития вычислительных средств прогресс в аппаратной реализации ЭВМ и их технических характеристик превзошел все прогнозы, и пока не заметно снижение его темпов. Несмотря на то, что современные ЭВМ внешне не имеют ничего общего с первыми моделями, основополагающие идеи, заложенные в них и связанные с понятием алгоритма, разработанным Аланом Тьюрингом (впервые предложившим основы работы машины без участия человека), а также архитектурной реализацией, предложенной Джоном фон Нейманом, пока не претерпели коренных изменений.
Машина фон Неймана — схема универсального компьютера, предложенная американским математиком Джоном фон Нейманом в 1946 г. По этой схеме действуют большинство компьютеров в наше время (рис.4.2).
Рис. 4.2. Структура ЭВМ.
ЭВМ неймановской архитектуры содержит следующие основные устройства:
1. арифметическо-логическое устройство (АЛУ);
2. устройство управления (УУ);
3. запоминающее устройство (ЗУ);
4. устройство ввода-вывода (УВВ);
5. пульт управления (ПУ);
6. системный интерфейс (СИ).
В современных ЭВМ АЛУ и УУ объединены в общее устройство, называемое центральным процессором. Если оно реализовано в одной микросхеме оно называется микропроцессором.
Принцип работысостоит в следующем: Вычислительный процесс должен быть предварительно представлен для ЭВМ в виде программы — последовательности команд, записанных в порядке выполнения в ЗУ. В процессе выполнения программы УУ выбирает очередную команду из ЗУ, расшифровывает ее, определяет, какие действия и над какими операндами (данными) следует выполнить. Далее УУ помещает выбранные из ЗУ данные в АЛУ, где они и обрабатываются под управлением УУ.