Элементы математической логики.




Перевод чисел из одной позиционной системы в другую

При переводе чисел из десятичной системы в р-ичную надо разложить десятичное число на слагаемые, содержащие степени числа р. Перевод целого десятичного числа производится путем последовательного деления числа на основание р с выделением остатков от деления до тех пор, пока частное не станет меньше делителя. Выписывая остатки от деления справа налево, получаем р-ричную запись десятичного числа.

 

5. Представление числовой, текстовой, графической, звуковой информации в компьютере.

Компьютер может обрабатывать числовую, текстовую, графическую, звуковую и видео информацию.

Кодирование текстовой информации

При вводе в компьютер текстовой информации происходит ее двоичное кодирование, каждый символ преобразуется в его двоичный код. Количество символов, включаемых в набор для кодирования, обычно равно 256. Такого количества символов вполне достаточно для представления текста, включая прописные и строчные буквы латиницы и кириллицы, цифры, знаки. Представление такого набора символов двоичными числами называют кодовой таблицей.

Кодирование графической информации

Графическая информация на экране компьютера представляется в виде растра, содержащего определенное количество строк, которые, в свою очередь, содержат определенное количество светящихся точек (пикселей). Представление аналогового изображения в виде набора точек – пикселей называется дискретизаций изображения. Такая дискретизация осуществляется в специальных устройствах называемых ПЗС камерами или в устройствах называемых сканерами. Учитывая тот факт, что изображения часто носят динамический характер («видео») скорость дискретизации должна быть весьма велика. Практически, современное быстродействие процессоров в сочетании с современными цифровыми устройствами обработки видео сигналов (видео карты) обеспечивает возможность цифрового воспроизведение «видео» высокого качества.

Количество бит, отводимое на каждый пиксель для представления цветовой информации, называют цветовой глубиной или битовой глубиной цвета.

Качество кодирования изображения зависит от двух параметров:

1)Чем меньше размер пикселя, тем большее их количество составляет изображение, тем выше разрешающая способность монитора.

2)Чем больше глубина кодирования цвета, тем качественнее палитра цветов.

Кодирование звуковой информации

При кодировании звукового сигнала производится его дискретизация по времени. Для каждого небольшого временного участка, называемого квантом времени, измеряется уровень сигнала, который преобразуется в двоичный код с заданной глубиной кодирования звука. Отсюда, качество кодирования звука зависит как от частоты дискретизации (размера кванта времени), так и от глубины кодирования звукового сигнала.

 

6. Основы алгебры логики. Логические выражения. Преобразование логических выражений.

В компьютере после преобразования символов в двоичный код можно осуществлять определенный набор операций (манипуляций) над символами этого кода.

И так эти манипуляции (операции) осуществляются согласно определенным правилам. Эти правила были выработаны математиками на основе принципов формальной логики за счет использования методов формальной алгебры и получили название законов математической логики. В прикладном отношении математическая логика послужила основой для описания устройства компьютера, двоичной машинной арифметики, для описания процессов принятия решений в программировании и при работе с современными программными системами.

Элементы математической логики.

Кроме арифметических операций над знаками (символами) необходимо осуществлять логические операции.

Логические системы, предназначены для описания и получения правильных суждений, представляющих собой совокупность связанных меду собой понятий. Различают простые суждения (простые логические высказывания) связывающие два понятия и сложные суждения (составные логические высказывания) связывающие несколько понятий. Часто вместо термина суждение используется термин логическое высказывание, логическое рассуждение. На основе суждений можно строить специальные логические конструкции, получившие название логических выводов (фигура силлогизма, умозаключение). Элементарные объекты, участвующие в логических построениях – простые суждения (далее суждения или логические высказывания) это суждение в отношении которых можно фиксировать один из двух символов («0» или «1»).

Математическая дисциплина, обеспечивающая строго математическое описание логических высказываний с использованием алгебраических обозначений и методов получила название математической логики.

Логическим высказыванием называется утверждение, в отношении которого всегда можно однозначно сказать, истинно оно или ложно (то есть принимает значение «истина» или «ложь»). Вопросительные и восклицательные предложения не могут быть логическими высказываниями, так как они ничего не утверждают.

Элементарные логические высказывания, обозначенные буквами, которые не зависят друг от друга и могут принимать значения «истина» или «ложь», называют логическими переменными.

 

7. Этапы развития вычислительной техники. Поколение ЭВМ. Многопроцессорные вычислительные системы. Супер ЭВМ.

История развития ЭВМ условно подразделяется на шесть поколений, определяемых сменой элементной базы, конструктивно-технологической базой, программно алгоритмическими и архитектурными принципами.

1 поколение ЭВМ 1950-1960 г. Это электронные лампы в качестве элементной базы, в качестве внешних запоминающих устройств магнитные ленты, перфокарты и штекерные переключатели, языки машинных кодов. Примеры машин UNIVAC и БЭСМ-2. Производительность 10 000 операций в секунду

2 поколение ЭВМ 1960-1970 г. Это дискретные полупроводниковые и магнитные элементы, печатный монтаж, электронно-лучевые мониторы, программы для управления ЭВМ в виде операционных систем, языки высокого уровня (Фортран, Алгол, Кобол, Бейсик). Примеры машин UNIVAC 3, IBM 7090, БЭСМ-6. Производительность 106 операций в секунду

3 поколение ЭВМ 1970-1980 г. Это интегральные схемы, телеобработка, коллективное пользование, вычислительные сети, многозадачные режимы, коды исправляющие ошибки. Примеры машин IBM -360-370, PDP11, ЕС 1060, СМ-4, VAX9000. Производительность 8∙105 операций в секунду. Появление супер ЭВМ с новыми архитектурами –ILIAC 4. От 100 до 1000 миллионов операций в секунду (от100 до 1000 MIPS).

4 поколение ЭВМ 1980-1990г. Это появление сверх больших интегральных схем (СБИС, VLSI), микропроцессора и персональных ЭВМ и больших компьютеров-мэйнфреймов, супер ЭВМ (Cray 1-4), глобальных сетей, распределенных вычислительных систем, экспертных систем. Производительность 106 -109 операций в секунду.

5 поколение ЭВМ 1990-2008 г. Это микропроцессоры с параллельно-векторной архитектурой, кластерные суперкомпьютеры (Blue Gene /L), поисковые системы в глобальных сетях, системы обработки знаний и искусственного интеллекта, мульти-агентные системы, нейронные сети, мульти-медийные технологии, OLAP и ERP –технологии. Производительность 1012 -1015 операций в секунду для конвейерных, векторных и матричных вычислительных систем.

6 поколение ЭВМ. Это квантовые и оптические компьютеры.

 

Поколения ЭВМ.

Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ. Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная, нестрогая классификация по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.

 

Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.

П О К О Л Е Н И Я Э В М

ХАРАКТЕРИСТИКИ

I. 1946-1958.

Основной элемент - Эл. лампа,

Количество ЭВМ в мире (шт.)- Десятки

Носитель информации - Перфокарта, Перфолента

II. 1958-1964

Основной элемент - Транзистор

Количество ЭВМ в мире (шт.)- Тысячи

Носитель информации - Магнитная Лента

 

III. 1964-1972

Основной элемент – ИС

Количество ЭВМ в мире (шт.)- Десятки тысяч

Носитель информации - Диск

 

 

IV. 1972 - настоящее время

Основной элемент - БИС

Количество ЭВМ в мире (шт.)- Миллионы

Носитель информации - Гибкий и лазерный диск

 

Супер-ЭВМ это достаточно гибкий и очень широкий термин. В общем понимании супер-ЭВМ это компьютер значительно мощнее всех имеющихся доступных на рынке компьютеров.

 

8. Структурная схема ПК, назначение и характеристики основных узлов.

Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура и ресурсы, т.е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены пользователю для процесса обработки данных. Компьютеры, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру, которая и называется архитектурой Фон Неймана.

Структура ЭВМ, изобретенная Фон Нейманом состоит из трех принципиально важных устройств: памяти, устройства управления (УУ) и арифметически-логического устройства (АЛУ).

Память представляет собой устройство табличной структуры, предназначенное для хранения символов. Символы хранятся в ячейках. Каждая ячейка имеет свой адрес, по которому к ней можно обратиться, взять из нее символ, стереть его или записать новый символ. Часть символов, которые хранятся в памяти, предназначены для их обработки (манипуляции – логические операции сложения, умножения и т.д.) на ЭВМ.

Арифметически-логическое устройство выполняет манипуляции с данными (символами), которые извлекаются из памяти ЭВМ.

Устройство управления обращается к той части памяти, где хранятся команды и в соответствии с этими командами управляет манипуляциями (действиями) которые выполняет арифметически-логическое устройство.

 

9. Микропроцессоры. Структура микропроцессора и его основные характеристики.

Микропроцессор - это центральный блок персонального компьютера, предназначенный для управления работой всех остальных блоков и выполнения арифметических и логических операций над информацией.

Микропроцессор выполняет следующие основные функции:

-чтение и дешифрацию команд из основной памяти;

-чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;

-прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;

-обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств;

-выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.

В состав микропроцессора входят следующие устройства:

Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.

Устройство управления координирует взаимодействие различных частей компьютера. Выполняет следующие основные функции:

-формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;

-формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера;

-получает от генератора тактовых импульсов опорную последовательность импульсов.

Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины. Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия компьютера, так как основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.

Интерфейсная система микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами компьютера. Включает в себя:

-внутренний интерфейс микропроцессора;

-буферные запоминающие регистры;

-схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной. (Порт ввода-вывода - это аппаратура -сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство).

Важнейшими характеристиками микропроцессора являются:

Тактовая частота. Характеризует быстродействие компьютера. Режим работы процессора задается микросхемой, называемой генератором тактовых импульсов. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций выполняет микропроцессор за одну секунду. Тактовая частота измеряется в МГц.

Разрядность процессора - это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция. Чем больше разрядность процессора, тем больше информации он может обрабатывать в единицу времени, и тем больше, при прочих равных условиях, производительность компьютера.

Адресное пространство. Каждый конкретный процессор может работать не более чем с определенным количеством оперативной памяти. Максимальное количество памяти, которое процессор может обслужить, называется адресным пространством процессора. Определяется адресное пространство разрядностью адресной шины.

 

10. Запоминающие устройства ПК, их классификация и основные характеристики.

Персональные компьютеры имеют 4 иерархических уровня памяти:

-микропроцессорная память;

-основная память;

-регистровая КЭШ-память;

-внешняя память.

Основная память содержит два вида запоминающих устройств:

ПЗУ - постоянное запоминающее устройство;

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - предназначено для хранения постоянной программной и справочной информации

Данные в ПЗУ заносятся при изготовлении. Информацию, хранящуюся в ПЗУ можно только считывать, но не изменять. В ПЗУ находятся:

-программа управления работой процессора;

-программа запуска и останова компьютера;

-программы тестирования устройств, проверяющие при каждом включении компьютера правильность

-работы его блоков;

-программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью;

-информация о том, где на диске находится операционная система.

ПЗУ является энергонезависимой памятью, при отключении питания информация в нем сохраняется.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом компьютером в текущей период времени

Для ускорения доступа к оперативной памяти используется специальная сверхбыстродействующая КЭШ-память, которая располагается как бы "между" микропроцессором и оперативной памятью, в ней хранятся копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти. Регистры КЭШ-памяти недоступны для пользователя.

В КЭШ-памяти хранятся данные, которые микропроцессор получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Быстрый доступ к этим данным и позволяет сократить время выполнения очередных команд программы.

Внешняя память относится к внешним устройствам компьютера и используется для долговременного хранения любой информации, которая может потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера.

Наиболее распространенными внешними запоминающими устройствами являются:

-накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);

-накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

-накопители на оптических дисках (CD-ROM).

11. Внешние устройства персонального компьютера. Их назначение и основные характеристики.

Внешние (периферийные) устройства персонального компьютера составляют важнейшую часть любого вычислительного комплекса.

Внешние устройства обеспечивают взаимодействие компьютера с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими компьютерами.

Внешние устройства подключаются к компьютеру через специальные разъемы - порты ввода-вывода Порты ввода-вывода бывают следующих типов:

-параллельные (обозначаемые LPT1 - LPT4) обычно используются для подключения принтеров;

-последовательные (обозначаемые COM1 - COM4) - обычно к ним подключаются мышь, модем и другие устройства.

К внешним устройствам относятся:

-устройства ввода информации:

-устройства вывода информации;

-средства связи и телекоммуникации.

К устройствам ввода информации относятся:

-клавиатура - устройство для ручного ввода в компьютер числовой, текстовой и управляющей информации;

-графические планшеты (дигитайзеры) - для ручного ввода графической информации, изображений, путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняется считывание координат его местоположения и ввод этих координат в компьютер;

-сканеры (читающие автоматы) - для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в компьютер машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей;

-устройства указания (графические манипуляторы) - для ввода графической информации на экран монитора путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в компьютер (джойстик, мышь, трекбол, световое перо);

сенсорные экраны - для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в компьютер).

К устройствам вывода информации относятся:

-графопостроители (плоттеры) - для вывода графической информации на бумажный носитель;

-видеотерминал;

-принтеры - печатающие устройства для вывода информации на бумажный носитель.

Средства связи и телекоммуникации используются для подключения компьютера к каналам связи, другим компьютерам и компьютерным сетям. К этой группе, прежде всего, относятся сетевые адаптеры. В качестве сетевого адаптера чаще всего используются модемы (модулятор- демодулятор).

Модем преобразует аналоговый телефонный сигнал в цифровой компьютерный и наоборот. Основной характеристикой модема является его скорость работы или скорость передачи данных.

 

12. Компьютерные сети, их виды, организация сетевого взаимодействия, сетевая семиуровневая модель.

Компьютерная (вычислительная) сеть - это совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.

Абонентами сети (т.е. объектами, генерирующими или потребляющими информацию в сети) могут быть отдельные компьютеры, комплексы ЭВМ, терминалы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т.д.

В зависимости от территориального расположения абонентов компьютерные сети делятся на:

-глобальные - вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Глобальные вычислительные сети позволяют решить проблему объединения информационных ресурсов человечества и организации доступа к этим ресурсам;

-региональные - вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов большого города, экономического региона, отдельной страны;

-локальные - вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. К классу локальных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, офисов и т.д.

В общем случае компьютерная сеть (КС) представляется совокупностью трех вложенных друг в друга подсистем: сети рабочих станций, сети серверов и базовой сети передачи данных.

Рабочая станция (клиентская машина, рабочее место, абонентский пункт, терминал) - это компьютер, за которым непосредственно работает абонент компьютерной сети.

Сеть рабочих станций представлена совокупностью рабочих станций и средств связи, обеспечивающих взаимодействие рабочих станций с сервером и между собой.

Сервер - это компьютер, выполняющий общие задачи компьютерной сети и предоставляющий услуги рабочим станциям.

Сеть серверов - это совокупность серверов и средств связи, обеспечивающих подключение серверов к базовой сети передачи данных.

Базовая сеть передачи данных - это совокупность средств передачи данных между серверами. Она состоит из каналов связи и узлов связи. Узел связи - это совокупность средств коммутации и передачи данных в одном пункте. Узел связи принимает данные, поступающие по каналам связи, и передает данные в каналы, ведущие к абонентам.

Семиуровневая схема принята в качестве эталонной модели.

Уровень 1 - физический - реализует управление каналом связи, что сводится к подключению и отключению канала связи и формированию сигналов, представляющих передаваемые данные.

Уровень 2 - канальный - обеспечивает надежную передачу данных через физический канал, организованный на уровне 1.

Уровень 3 - сетевой - обеспечивает выбор маршрута передачи сообщений по линиям, связывающим узлы сети.

Уровни 1- 3 организуют базовую сеть передачи данных как систему, обеспечивающую надежную передачу данных между абонентами сети.

Уровень 4 - транспортный - обеспечивает сопряжение абонентов сети с базовой сетью передачи данных.

Уровень 5 - сеансовый - организует сеансы связи на период взаимодействия процессов. На этом уровне по запросам процессов создаются порты для приема и передачи сообщений и организуются соединения - логические каналы.

Уровень 6 - представительный - осуществляет трансляцию различных языков, форматов данных и кодов для взаимодействия разнотипных компьютеров.

Уровень 7 - прикладной - обеспечивает поддержку прикладных процессов пользователей.

 

13. Локальные компьютерные сети, физические основы построения, топология, одноранговые и двухранговые сети.

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга (в пределах 10 - 15 км).

Обычно такие сети строятся в пределах одного предприятия или организации.

Информационные системы, построенные на базе локальных вычислительных сетей, обеспечивают решение следующих задач:

-хранение данных;

-обработка данных;

-организация доступа пользователей к данным;

-передача данных и результатов их обработки пользователям.

Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Здесь обработка данных распределяется между двумя объектами: клиентом и сервером. В процессе обработки данных клиент формирует запрос к серверу на выполнение сложных процедур. Сервер выполняет запрос, и результаты выполнения передает клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту. Подобная модель вычислительной сети получила название архитектуры клиент - сервер.

По признаку распределения функций локальные компьютерные сети делятся на одноранговые и двухранговые (иерархические сети или сети с выделенным сервером).

В одноранговой сети компьютеры равноправны по отношению друг к другу. Каждый пользователь в сети решает сам, какие ресурсы своего компьютера он предоставит в общее пользование. Таким образом, компьютер выступает и в роли клиента, и в роли сервера. Одноранговое разделение ресурсов является вполне приемлемым для малых офисов с 5 - 10 пользователями, объединяя их в рабочую группу.

Двухранговая сеть организуется на основе сервера, на котором регистрируются пользователи сети.

Геометрическая схема соединения (конфигурация физического подключения) узлов сети называется топологией сети. Существует большое количество вариантов сетевых топологий, базовыми из которых являются шина, кольцо, звезда.

1) Шина. Канал связи, объединяющий узлы в сеть, образует ломаную линию - шину. Любой узел может принимать информацию в любое время, а передавать - только тогда, когда шина свободна. Данные (сигналы) передаются компьютером на шину. Каждый компьютер проверяет их, определяя, кому адресована информация, и либо принимает данные, если они посланы ему, либо игнорирует. Если компьютеры расположены близко друг от друга, то организация КС с шинной топологией недорога и проста - необходимо просто проложить кабель от одного компьютера к другому. Затухание сигнала с увеличением расстояния ограничивает длину шины и, следовательно, число компьютеров, подключенных к ней.

2) Звезда. Узлы сети объединены с центром лучами. Вся информация передается через центр, что позволяет относительно просто выполнять поиск неисправностей и добавлять новые узлы без прерывания работы сети. Однако расходы на организацию каналов связи здесь обычно выше, чем у шины и кольца.

3) Кольцо. Узлы объединены в сеть замкнутой кривой. Передача данных осуществляется только в одном направлении. Каждый узел помимо всего прочего реализует функции ретранслятора. Он принимает и передает все сообщения, а воспринимает только обращенный к нему. Используя кольцевую топологию, можно присоединить к сети большое количество узлов, решив проблему помех и затухания сигнала средствами сетевой платы каждого узла.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-11 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: