Вступ до інформатики Інформа тика від фр

Вступ до інформатики

Інформа тика (від фр. information – інформація + automatique – автоматика) - теоретична та прикладна (технічна, технологічна) дисципліна, що вивчає структуру і загальні властивості інформації, а також методи і (технічні) засоби її створення, перетворення, зберігання, передачі та використання в різних галузях людської діяльності. Основне теоретичне завдання інформатики полягає у визначенні загальних закономірностей, відповідно до яких створюється інформація, відбувається її перетворення, передавання та використання у різних сферах діяльності людини.

Прикладна інформа тика, - науковий напрямок, який об'єднує інформатику, обчислювальну техніку та автоматизацію. Найчастіше вважають, що інформатика складається із двох видів засобів: 1) технічних - апаратури комп'ютерів; 2) програмних - усієї розмаїтості існуючих комп'ютерних програм. Іноді виділяють ще одну основну галузь алгоритмічні засоби.

n n n Поняття інформації Слово «інформація» у перекладі з латинського означає відомості, роз'яснення, виклад. Інформацією називаються відомості про об'єкти і явища навколишнього світу, їх властивості, характеристики і стан, що сприйняті інформаційними системами. Інформація є характеристикою не повідомлення, а співвідношення між повідомленням і його аналізатором. Якщо відсутній споживач, хоча б потенційний, говорити про інформацію не має змісту. В інформатиці під інформацією розуміють деяку послідовність символічних позначень (букв, цифр, образів і звуків і т. п. ), які несуть змістовне навантаження й представлені в зрозумілому для комп'ютера вигляді.

n n n Система кодування інформації Кодування інформації застосовують для уніфікації форми подання даних, які відносяться до різних типів, з метою автоматизації роботи з інформацією. Кодування - це вираження даних одного типу через дані іншого типу. Наприклад, природні людські мови можна розглядати як системи кодування понять для вираження думок за допомогою мови, до того ж і абетки являють собою системи кодування компонентів мови за допомогою графічних символів. Система числення - сукупність прийомів і правил для запису чисел цифровими знаками. В інформатиці поширені системи числення з основами: 2 — двійкова, 8 — вісімкова, 16 — шістнадцяткова.

У таблиці нижче наведені десяткові числа від 0 до 15 та їх еквівалент у різних системах числення: Система числення 10 2 8 16 0 0 1 1 2 10 2 2 3 11 3 3 4 100 4 4 5 101 5 5 6 110 6 6 7 111 7 7 8 1000 10 8 9 1001 11 9 10 1010 12 A 11 1011 13 B 12 1100 14 C 13 1101 15 D 14 1110 16 E 15 1111 17 F

Всі наведені вище системи числення є позиційними. n У позиційних системах числення одна і та ж цифра (числовий знак) у записі числа набуває різних значень залежно від своєї позиції. Таким чином, позиція цифри має вагу у числі. Здебільшого вага кожної позиції кратна деякому натуральному числу b, b > 1, яке називається основою системи числення. Однією з властивостей позиційної системи числення є те, що основа системи числення у ній самій завжди записується як 10. n Винахід позиційної системи числення, заснованої на значенні цифр в залежності від позиції, приписують шумерам і вавилонцям. Її було розвинуто індусами і вона отримала неоціненні наслідки для історії людської цивілізації.

Переведення із десяткової до довільної позиційної системи числення Для переведення потрібно ділити число із залишком на основу системи числення до тих пір поки частка не стане меншою за основу. Наприклад: перекодуємо число 44 з десяткової в двійкову систему. Для цього необхідно взяти ціле число й ділити його на 2 доти, поки частка не буде дорівнювати одиниці. Остання частка і сукупність залишків від кожного ділення, починаючи з останнього, що записується зліва направо, і буде двійковим аналогом десяткового числа.

44 ділимо на 2. частка 22, залишок 0 22 ділимо на 2. частка 11, залишок 0 11 ділимо на 2. частка 5, залишок 1 5 ділимо на 2. частка 2, залишок 1 2 ділимо на 2. частка 1, залишок 0 Частка менша двох, ділення закінчено. Тепер записуємо останню частку від ділення і усі залишки, починаючи з останнього, зліва направо, отримаємо число 101100.

В обчислювальній техніці застосовується двійкове кодування. Основою цієї системи кодування є подання даних через послідовність двох знаків: 0 і 1. Дані знаки називаються двійковими цифрами (binary digit), або скорочено bit (біт). Одним бітом можуть бути закодовані два поняття: 0 або 1 (так чи ні, істина або неправда й т. п. ). Двома бітами можна виразити чотири різних поняття, а трьома - закодувати вісім різних значень. Найменша одиниця кодування інформації в обчислювальній техніці після біта - байт. Його зв'язок з бітом відбиває наступне відношення: 1 байт = 8 біт = 1 символ. Звичайно одним байтом кодується один символ текстової інформації. Виходячи із цього для текстових документів розмір у байтах відповідає лексичному обсягу в символах. Більшою одиницею кодування інформації служить кілобайт, пов'язаний з байтом наступним співвідношенням: 1 Кб = 1024 байт.

У процесі кодування цілих чисел від 0 до 255 досить використовувати 8 розрядів двійкового коду (8 біт). Застосування 16 біт дозволяє закодувати цілі числа від 0 до 65535, а за допомогою 24 біт - більше 16, 5 млн. різних значень. Для того щоб закодувати дійсні числа, застосовують 80 -розрядне кодування. У цьому випадку число попередньо перетворюють у нормалізовану форму.

Кодування текстової інформації Текстову інформацію кодують двійковим кодом через позначення кожного символу алфавіту певним цілим числом. За допомогою восьми двійкових розрядів можливо закодувати 256 різних символів. Даної кількості символів досить для кодування всіх символів англійського й українського алфавітів. Присвоєння символу певного числового коду - це питання угоди. Як міжнародний стандарт прийнята кодова таблиця ASCII (American Standard Code for Information Interchange - стандартний код інформаційного обміну США), що кодує першу половину символів із числовими кодами від 0 до 127 (коди від 0 до 32 відведені не символам, а функціональним клавішам). Дану таблицю можна знайти в будь-якому навчальному посібнику з інформатики. Національні стандарти таблиць кодування включають міжнародну частину кодової таблиці без змін, а в другій половині містять коди національних алфавітів, символи псевдографіки й деякі математичні знаки. Зараз широкого використання набув Юнікод UTF-8 є системою кодування зі змінною довжиною кодування символів, це означає що для кодування символів він використовує від 1 до 4 байт на символ. Так перший байт UTF-8 використовується для кодування ASCII, що дає повну сумісність з ASCII.

Кодування графічної інформації Існує декілька способів кодування графічної інформації. В основу кодування кольорових графічних зображень покладений принцип розкладання довільних кольорів на основні складові, у якості яких застосовуються три основних кольори: червоний (Red), зелений (Green) і синій (Blue). На практиці приймається, що будь-які кольори, що сприймає людське око, можна одержати за допомогою механічної комбінації цих трьох кольорів. Така система кодування називається RGB (по перших буквах основних кольорів). При застосуванні 24 двійкових розрядів для кодування кольорової графіки такий режим зветься повноколірним (True Color). При зменшенні кількості двійкових розрядів, що застосовуються для кодування кольорів кожного пікселя, скорочується обсяг даних, але помітно зменшується діапазон кодованих кольорів. Кодування кольорової графіки 16 -розрядними двійковими числами зветься режимом High Color. При кодуванні графічної кольорової інформації із застосуванням 8 біт даних можна передати тільки 256 відтінків.

В іншому способі кодування кожний з основних кольорів зіставляється з кольорами, що доповнює основні кольори до білого. Для кожного з основних кольорів додатковими будуть кольори, що утворені сумою пари інших основних кольорів. Відповідно серед додаткових кольорів можна виділити блакитний (Cyan), пурпурний (Magenta) і жовтий (Yellow). Принцип розкладання довільних кольорів на складові компоненти використається не тільки для основних кольорів, але й для додаткових, тобто будь-який колір можна представити у вигляді суми блакитної, пурпурної і жовтої складової. Цей метод кодування кольорів застосовується в поліграфії, але там використається ще й четверта фарба - чорна (Black), тому ця система кодування позначається чотирма буквами - CMYK. Для подання кольорової графіки в цій системі застосовується 32 двійкових розряди. Даний режим також зветься повноколірним.

Поява комп'ютерів і комп'ютерних технологій Багато сторіч люди намагаються створити різні пристосування для полегшення обчислень. В історії розвитку комп'ютерів і комп'ютерних технологій виділяються кілька важливих подій, які стали визначальними в подальшій еволюції. n В 40 -і рр. XVII в. Б. Паскаль винайшов механічний пристрій, за допомогою якого можна було виконувати додавання чисел. n Наприкінці XVIII в. Г. Лейбніц створив механічний пристрій, призначений для додавання й множення чисел.

n В 1946 р. були винайдені перші універсальні ЕОМ. Американські вчені Дж. фон Нейман, Г. Голдстайн і А. Берні опублікували роботу, у якій представили основні принципи створення універсальної ЕОМ. Починаючи з кінця 1940 -х рр. стали з'являтися перші дослідні зразки таких машин, які умовно називають ЕОМ першого покоління. Ці ЕОМ виготовляли на електронних лампах і по продуктивності вони відставали від сучасних калькуляторів.

ЕНІАК (ENIAC, скорочення від Electronic Numerical Integrator and Computer Електронний числовий інтегратор і обчислювач) - перший широкомасштабний електронний цифровий комп'ютер, який можна було перепрограмувати для рішення повного діапазону завдань. (1946 рік) Всього комплекс включав 17468 ламп, 7200 кремнієвих діодів, 1500 реле, 70000 резисторів і 10000 конденсаторів. Потужність споживання- 150 к. Вт. Обчислювальна потужність - 300 операцій множення або 5000 операцій додавання в секунду. Вага - 27 тонн.

Надалі в розвитку ЕОМ виділяють наступні етапи: • друге покоління ЕОМ - винахід транзисторів; • третє покоління ЕОМ - створення інтегральних схем; • четверте покоління ЕОМ - поява мікропроцесорів (1971 р. ). Перші мікропроцесори випускалися компанією Intel, що й призвело до появи нового покоління ПК. Внаслідок виникнення в суспільстві масового інтересу до таких комп'ютерів компанія IBM (International Business Machines Corporation) розробила новий проект по їхньому створенню, а фірма Microsoft програмне забезпечення для даного комп'ютера. Проект завершився в серпні 1981 р. , і новий ПК став називатися IBM PC. Розроблена модель комп'ютера стала дуже популярна й швидко витіснила з ринку всі інші моделі у наступні кілька років. З винаходом комп'ютера IBM PC почався випуск стандартних IBM PC-сумісних комп'ютерів, які становлять більшу частину сучасного ринку ПК. Крім IBM PC-сумісних комп'ютерів існують і інші різновиди ЕОМ, призначені для рішення завдань різної складності в різних сферах людської діяльності.

IBM PC / XT або IBM 5160 (скорочення від e. Xtended Technology) сімейство персональних комп'ютерів корпорації IBM, друге покоління IBM PC. Представлено в березні 1983 на базі шістнадцятибітного (з восьмибітною шиною даних) процесора Intel 8088. Випуск тривав до 1986 року. На відміну від оригінального IBM PC включає встановлений в системний блок MFM-жорсткий диск з інтерфейсом ST-412, об'ємом 10 Мбайт (у більш пізніх модифікаціях - 20 Мбайт), ОЗУ ємністю 128 Кбайт (базова модифікація) або 256 Кбайт

Osborne 1 - перший комерційно успішний портативний мікрокомп'ютер, випущений в продаж 3 квітня 1981 року американською компанією Osborne Computer Corporation. На одній стороні корпусу знаходилася ручка для перенесення, на іншій клавіатура, конструктивно виконана у вигляді відкидної кришки, під нею знаходився монохромний дисплей розміром п'ять дюймів по діагоналі (13 см) і два дисководи для гнучких магнітних дисків 5, 25 дюймів. Комп'ютер мав масу 11 кг, продавався за ціною 1795 доларів.

П’яте покоління ЕОМ пов’язане з випуском у 1989 році компанією Intel мікропроцесора Intel-80486 (Intel-80486 DX). Цей процесор ознаменував початок п'ятого покоління. Даний процесор був повністю сумісний з PC сімейства Intel-80 x 86, крім того, містив у собі математичний сопроцесор і 8 Кбайт кеш-пам'яті. Цей процесор був більш досконалий порівняно з мікропроцесором Intel -80386, його тактова частота складала 33 МГц.

1989 рік Intel 486 DX 2 2006 рік AMD Athlon 64 X 2 5600+ 2012 рік Intel Core і 7 -3960 X

Розвиток мікроелектроніки призвів до появи мікромініатюрних інтегральних електронних елементів, що прийшли на зміну напівпровідниковим діодам і транзисторам, і стали основою для розвитку й використання ПК. Ці комп'ютери мали ряд достоїнств: були компактні, прості в застосуванні й відносно дешеві. Після винаходу інтегральної мікросхеми розвиток комп'ютерної техніки різко прискорився. Цей емпіричний факт, помічений у 1965 році співзасновником компанії Intel Гордоном Е. Муром, назвали його іменем «Законом Мура» . Він висловив припущення, що кількість транзисторів на кристалі мікросхеми буде подвоюватися кожні 24 місяці.

Спочатку ПК розроблялися на базі 8 -розрядних мікропроцесорів. Одним з перших виробників комп'ютерів з 16 -розрядним мікропроцесором стала компанія IBM. В 1981 р. вона вперше випустила ПК, у якому використовувався принцип відкритої архітектури, що дозволив змінити конфігурацію комп'ютера й поліпшити його властивості. В 1984 р. з'явився комп’тер Macintosh фірми Apple - конкурента компанії IBM. У середині 1980 -х рр. були випущені комп'ютери на базі 32 -розрядних мікропроцесорів. У даний час випускаються 64 розрядні процесори.

Незважаючи на величезну розмаїтість обчислювальної техніки і її надзвичайно швидке вдосконалення, фундаментальні принципи будови ЕОМ багато в чому залишаються незмінними. Зокрема, починаючи з найперших поколінь, будь-яка ЕОМ складається з наступних основних пристроїв: процесор, пам'ять (внутрішня й зовнішня) і пристроїв введення й виводу інформації. Розглянемо більш докладно призначення кожного з них. Процесор є головним пристроєм комп'ютера, у якому властиво й відбувається обробка всіх видів інформації. Іншою важливою функцією процесора є забезпечення погодженої дії всіх вузлів, що входять до складу комп'ютера. Відповідно найбільш важливими частинами процесора є арифметикологічний пристрій керування.

Кожний процесор здатний виконувати цілком певний набір універсальних інструкцій, які найчастіше називають машинними командами. Який саме цей набір, визначається будовою конкретного процесора, але він не дуже великий і в основному аналогічний для різних процесорів. Робота ЕОМ полягає у виконанні послідовності таких команд, підготовлених у вигляді програми. Процесор здатний організувати зчитування чергової команди, її аналіз і виконання, а також при необхідності прийняти дані або відправити результати їхньої обробки на необхідний пристрій. Вибрати, яку інструкцію програми виконувати наступною, також повинен сам процесор, причому результат цього вибору часто може залежати від інформації яка в цей момент обробляється.

Хоча всередині процесора завжди є спеціальні регістри для оперативного зберігання даних, що обробляються і деякої службової інформації, у ньому свідомо не передбачене місце для зберігання програми. Для цієї важливої мети в комп'ютері служить інший пристрій - пам'ять. Пам'ять у цілому призначена для зберігання як даних, так і програм їхньої обробки. Починаючи з найперших ЕОМ, пам'ять відразу стали ділити на внутрішню й зовнішню. Історично це було пов'язане з розміщенням усередині або поза процесорною шафою. Однак зі зменшенням розмірів машин усередину основного процесорного корпуса вдавалося помістити все більшу кількість пристроїв, і первісний безпосередній зміст даного розподілу поступово втратився. Проте, термінологія збереглася.

Під внутрішньою пам'яттю сучасного комп'ютера прийнято розуміти швидкодіючу електронну пам'ять, розташовану на його системній платі. Найбільш істотна частина внутрішньої пам'яті називається ОЗП - оперативний запам'ятовувальний пристрій. Його головне призначення полягає в тому, щоб зберігати дані й програми для завдань що в даний момент розв'язуються. Напевно, кожному користувачеві відомо, що при вимиканні живлення вміст ОЗП повністю губиться. Зовнішня пам'ять реалізується у вигляді досить різноманітних пристроїв зберігання інформації й звичайно конструктивно оформляється у вигляді самостійних блоків. Сюди, насамперед, варто віднести накопичувачі на твердому магнітному диску (останні користувачі часто йменують вінчестерами), а також оптичні дисководи (пристрої для роботи з CD, DVD чи Blu-ray дисками).

Якщо процесор доповнити пам'яттю, то така система вже може бути працездатною. Її істотним недоліком є неможливість довідатися що-небудь про те , що відбувається всередині такої системи. Для одержання інформації про результати, необхідно доповнити комп'ютер пристроями виводу, які дозволяють представити їх у доступній людському сприйняттю формі. Найпоширенішим пристроєм виводу є дисплей, здатний швидко й оперативно відображати на своєму екрані як текстову, так і графічну інформацію. Для того щоб одержати копію результатів на папері, використають друкувальний пристрій, або принтер.

Нарешті, оскільки користувачеві часто потрібно вводити в комп'ютерну систему нову інформацію, необхідні ще й пристрої введення. Найпростішим пристроєм введення є клавіатура. Широке поширення програм із графічним інтерфейсом сприяло популярності іншого пристрою введення - маніпулятора миша. Нарешті, дуже ефективним сучасним пристроєм для автоматичного введення інформації в комп'ютер є сканер, що дозволяє не просто перетворити картинку з аркуша паперу в графічний комп'ютерний файл, але й за допомогою спеціального програмного забезпечення розпізнати в прочитаному зображенні текст і зберегти його у вигляді, придатному для редагування у звичайному текстовому редакторі.

n n n Для зв'язку основних пристроїв комп'ютера між собою використовується спеціальна інформаційна магістраль, яку інженери звичайно називають шиною. Шина складається із трьох частин: шина адреси, на якій встановлюється адреса необхідної комірки пам'яті або пристрою, з яким буде відбуватися обмін інформацією; шина даних, по якій властиво й буде передана необхідна інформація; шина керування, що регулює цей процес (наприклад, один із сигналів на цій шині дозволяє комп'ютеру розрізняти між собою адреси пам'яті й пристроїв уведення/виводу).