Урок 3. Как работает компьютер

Обработка больших данных: основные методы

Обработка больших данных в настоящее время с помощью обычных программных методов и аппаратных средств совершенно нерациональна, а зачастую невозможна, так как этого не позволяет огромный объем имеющейся информации. Впрочем, несколько эффективных методов для проведения подобных операций все же существует. Хотя и тут есть свои сложности.

Для каждого конкретного случая необходимо выбирать наиболее подходящий способ обработки данных, только тогда результаты окажутся удовлетворительными: и с технологической, и с экономической точки зрения. О принципах и проблемах этого процесса мы подробно рассказали ниже.

Как хранится информация на компьютере

Компьютер хранит, передаёт и обрабатывает информацию в виде нолей «0» и единиц «1», то есть используется двоичный код и двоичная система счисления.

Например, десятичное число «9» он видит как двоичное число «1001».

В виде нолей и единиц хранятся и все данные, которые необходимо обработать, и все программы, которые руководят процессом обработки.

Например, фотографию компьютер видит так (только первые две строчки файла из 527 строк):

Так человек видит изображение:

Компьютер видит набор «0» и «1»

(первые две строчки файла):

А текст для компьютера выглядит так:

Человек видит текст:

Компьютер опять видит набор «0» и «1»:

Сегодня мы не будем разбираться в тонкостях вычислений и преобразований, посмотрим на процесс в общем.

Способы представления алгоритма:

Исполнитель – человек или какое-либо устройствоможет выполнять алгоритмы формально, не вникая в содержание поставленной задачи, а только строго выполняя последовательность действий, содержащихся в алгоритме.

• среда;
• элементарные действия;
• система команд;
• отказы.

Компьютер может выполнить алгоритм, если он записан на языке, понятном компьютеру. Программа – это последовательность инструкций и правил, которые сообщают компьютеру определенный порядок выполнения заданий.

2. «Все есть число», — говорили пифагорийцы, подчеркивая необычайно важную роль чисел в практической деятельности. Известно множество способов представления чисел. В любом случае число изображается символом или группой символов (словом) некоторого алфавита. Будем называть такие символы цифрами. Для представления чисел используются непозиционные и позиционные системы счисления.

Представление числовой информации с помощью систем счисления.
Система счисления (сс) – это знаковая система, в которой числа записываются по определенным правилам с помощью символов некоторого алфавита, которые называют цифрами.

Все системы счисления делятся на позиционные и непозиционные.

В непозиционных системах счисления значение (величина) числа определяется как сумма или разность цифр в числе (пример: римская система счисления).

В позиционных сс значение цифры зависит от ее места (позиции) в числе, а в непозиционных не зависит.

В позиционной ссодин и тот же числовой символ приобретает различные значения (имеет различный вес) в зависимости от позиции.

Каждая позиция соответствует определенной степени основания системы счисления. Основание равно количеству цифр (знаков в алфавите системы счисления) и определяет, во сколько раз отличаются значения одинаковых цифр, стоящих в соседних позициях.

Запишем десятичное число 5555₁₀ в развернутой форме:

5555₁₀ = 5*10 3 + 5*10 2 + 5*10 1 + 5*10 0
П
еревод целого десятичного числа в позиционную систему счисления с другим основанием

1. Разделить число на основание системы счисления и зафиксировать остаток и частное.

Для перевода в десятичную систему счисления необходимо записать число в любой системе счисления в развернутом виде и выполнить вычисления.

От Гутенберга до лампы

Попытки упростить и ускорить набор текста с помощью комплектов заранее отлитых словоформ или букв и ручного пресса предпринимали еще в Китае в 11 веке. Почему же мы мало знаем об этом и привыкли считать родиной печати Европу? Распространению наборной печати в Китае помешала их собственная сложная письменность. Производство литер для полноценной печати на китайском было слишком трудоемким.

Благодаря Гутенбергу же, у книг появилось понятие экземпляра. Библия Гутенберга была отпечатана 180 раз. 180 копий текста, и каждая копия повышает вероятность, что пожары, наводнения, ленивые переписчики, голодные грызуны не будут помехой для будущих поколений читателей.

Печатный станок Гутенберга

Ручной пресс и ручной подбор литер, однако, не являются, конечно, оптимальным по скорости и трудозатратам процессом. С каждым столетием человеческое общество стремилось не только найти способ сохранить информацию, но и распространить ее как можно более широкому кругу лиц. С развитием технологий, эволюционировала как печать, так и производство копий.

Ротационная печатная машина была изобретена в конце девятнадцатого века, и ее вариации используются вплоть до сегодняшнего дня. Эти махины, с непрерывно вращающимися валами, на которых закреплены печатные формы, были квинтэссенцией индустриального подхода и символизировали очень важный этап в информационном развитии человечества: информация стала массовой, благодаря газетам, листовкам и подешевевшим книгам.

Массовость, однако, не всегда идет на пользу конкретному кусочку информации. Основной носитель, бумага и чернила, все так же подвержены износу, ветхости, утере. Библиотеки, полные книг по всем возможным областям человеческих знаний, становились все более объемны, занимая огромные пространства и требуя все больше ресурсов для своего обслуживания, каталогизации и поиска.

Очередной сдвиг парадигмы в сфере хранения информации произошел после изобретения фотопроцесса. Нескольким инженерам пришла в голову светлая мысль, что миниатюрные фотокопии технических документов, статей и даже книг могут продлить исходникам жизнь и сократить необходимое для их хранения место. Получившиеся в результате подобного мыслительного процесса микрофильмы (миниатюрные фотографии и оборудование для их просмотра) вошли в обиход в финансовых, технических и научных кругах в 20-х годах двадцатого века. У микрофильма много плюсов — этот процесс сочетает в себе легкость копирования и долговечность. Казалось, что развитие способов хранения информации достигло своего апогея.

Микроплёнка, используется до сих пор

Принцип работы ПК

Похожие статьи:

Реферат Учебная дисциплина Информационные технологии в профессиональной деятельности Тема: Классификация программного обеспечения Работу выполнила:…

2.1. Что такое компьютер? Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать…

Этим термином принято характеризовать совокупность правил, процедурных наборов, программных компонентов, официальной сопроводительной документации, позволяющей обрабатывать данные и реализовывать заявленную функциональность системы.

До изобретения письменности

До того, как появилось то, что можно без сомнения назвать письменностью, основным способом сохранить важные факты была устная традиция. В такой форме передавались социальные обычаи, важные исторические события, личный опыт или творчество рассказчика. Эту форму сложно переоценить, она продолжала процветать вплоть до средних веков, далеко после появления письменности. Несмотря на неоспоримую культурную ценность, устная форма — эталон неточности и искажений. Представьте себе игру в «испорченный телефон», в которую люди играют на протяжении нескольких столетий. Ящерицы превращаются в драконов, люди обретают песьи головы, а достоверную информацию о быте и нравах целых народностей невозможно отличить от мифов и легенд.

Боян

Устройство компьютера (ПК)

Итак.

Думаю правильно будет начать нашу тему с того, что всё аппаратное обеспечение ПК можно разбить на несколько категорий:

1. основные устройства . К ним относятся всего 4 компонента: системный блок, монитор, клавиатура, мышка (т.е. то, без чего нельзя пользователю работать!);
2. дополнительные устройства : джойстики, сканеры, колонки, наушники, принтеры и т.д. (т.е. те устройства, которые нужны далеко не всегда и не всем!).
3. Периферийные устройства (популярная аббревиатура) . К ним относятся любые устройства, подключаемые к системному блоку для расширения его возможностей. Например, клавиатура, мышка, сканер, монитор, джойстик и т.д. (Почему монитор как и джойстик явл. периферией? Потому, что системный блок/компьютер, в отличие от пользователя, может работать с информацией без монитора. ) ;

Слайд 1 — основные и дополнительные устройства ПК (сист. блок, монитор, джойстик и т.д.)

Кстати!

«Железки», находящиеся вне системного блока, называют внешними устройствами компьютера . Например: дисплей, колонки, клавиатура и пр.

«Железки», находящиеся внутри системного блока , называют внутренними устройствами . К ним относятся:

• материнская плата (в обиходе: «мать»);
• центральный процессор (ЦП);
• оперативная память (ОЗУ);
• блок питания (БП);
• жесткий диск (также называют: винчестер или HDD), твердотельный накопитель (SSD). Об этом более подробно далее —>

Правила поиска информации в Интернете

Для опытного пользователя поиск информации в Интернете предельно прост, однако, для людей, столкнувшихся с вопросом автоматизированного информационного поиска впервые, этот процесс может показаться довольно сложным из-за обилия всевозможных поисковых операторов. Ниже мы рассмотрим простой поиск и расширенный поиск, а также укажем дополнительную информацию, которая будет полезна при поиске данных в Интернете.

Простой поиск информации в Интернете

Для начала стоит сказать, что наиболее популярной поисковой системой в мире является «Google». В России к нему добавляется «Яндекс», «Поиск@mail.ru» и «Rambler».

Чтобы найти нужную информацию, нужно просто внести в поисковую строку сервиса интересующий запрос, например «Иван Грозный» или «Как правильно водить машину», и нажать «Найти» или клавишу «Enter» на клавиатуре компьютера. В результате поисковик выдаст множество страниц, на которых представлена информация по запрашиваемому запросу. Обратите внимание на то, что наиболее актуальными считаются результаты, расположенные на первой странице поисковой системы.

Расширенный поиск информации в Интернете

По своему принципу расширенный поиск ничем не отличается от простого, кроме того, что можно указывать дополнительные параметры.

При помощи специальных фильтров у пользователя есть возможность задать дополнительные условия для своего запроса. Это может быть ограничение по региону, конкретному сайту, нужному языку, форме слова или фразы, дате размещения материала или типу файла.

Чтобы активировать эти функции, нужно щёлкнуть по специальному значку, расположенному на странице поисковика. Откроется дополнительное меню, где и задаются ограничения. Сбрасываются фильтры (ограничения) нажатием кнопки «Очистить» на странице поисковика.

Дополнительная информация

Каждый пользователь должен иметь в виду, что:

• Ограничение по региону запускает поиск в указанном регионе. В качестве стандарта (По умолчанию) обычно выдаются запросы по тому региону, откуда выходит в Сеть пользователь.
• Ограничение по форме запроса запускает поиск по тем документам, где слова имеют конкретно ту форму, которая стоит в запросе, однако порядок слов может меняться. Пользователь может задать регистр букв (заглавные или строчные), любую часть речи и форму, т.е. склонение, число, род, падеж и т.д. По умолчанию поисковые системы ищут все формы запрашиваемого слова, т.е. если задать «написал», поисковик будет искать «написать», «напишу» и т.п. Однокоренные слова поисковик искать не будет.
• Ограничение по сайту запускает поиск информации среди документов, имеющихся на конкретном сайте.
• Ограничение по языку запускает поиск информации на выбранном языке. Есть возможность установить поиск по нескольким языкам одновременно.
• Ограничение по типу файла запускает поиск по конкретному формату документа, т.е. при указании соответствующих расширений можно найти текстовые документы, аудио- и видеофайлы, документы, предназначенные для открытия специальными программами и редакторами и т.д. Есть возможность установить поиск по нескольким типам файлов одновременно.
• Ограничение по дате обновления запускает поиск по конкретной дате размещения документа. Пользователь может найти документ от конкретного числа, месяца и года, а также установить временной промежуток – тогда поисковик выдаст всю информацию, добавленную за этот период времени.

Этих правил будет достаточно для поиска информации в Интернете. Освоить его в состоянии любой человек, причём потребуется на это совсем немного времени – обычно хватает буквально 2-3 практических подходов.

Но что делать с найденной информацией, ведь весь её массив не обязателен для изучения? Неважно, как вы предпочитаете искать данные на интересующую тему – ходить в библиотеку или кликать по сайтам, одновременно попивая кофе – помимо того, что вы должны обладать навыками поиска, вы также должны уметь обрабатывать тот материал, который изучаете. И для этого как нельзя лучше подходит конспектирование и некоторые другие техники.

Практическое занятие по информатике Программный принцип работы компьютера Примеры компьютерных моделей различных процессов

Цель занятия: изучить программный принцип работы компьютера, рассмотреть примеры моделей различных процессов.

Сведения из теории:

А) Программный принцип работы компьютера

Главной особенностью работы ЭВМ является программный принцип работы. Принцип программы, хранимой в памяти компьютера, считается важнейшей идеей современной компьютерной архитектуры. Суть идеи заключается в том, что:

1) программа вычислений вводится в память ЭВМ и хранится в ней наравне с исходными числами;

2) команды, составляющие программу, представлены в числовом коде по форме ничем не отличающемся от чисел.

В основу работы компьютеров положен программный принцип управления, состоящий в том, что компьютер выполняет действия по заранее заданной программе. Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается задача соответственно выбранной программе. После ее завершения в память загружается другая программа и т.д.

Программа состоит из набора команд, выполняющихся процессором автоматически в определенной последовательности. Конечной целью любой компьютерной программы является управление аппаратными средствами.

Для нормального решения задач на компьютере нужно, чтобы программа была отлажена, не требовала доработок и имела соответствующую документацию. Поэтому, относительно работы на компьютере часто используют термин программное обеспечение (software), под которым понимают совокупность программ, процедур и правил, а также документации, касающихся функционирования системы обработки данных.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и взаимодействии. Состав программного обеспечения вычислительной системы называется программной конфигурацией.

Информация, представленная в цифровой форме и обрабатываемая на компьютере, называется данными.

Уровни программной конфигурации компьютера:

На самом нижнем уровне находятся программы базовой системы ввода-вывода (BIOS). Их код записан в одной из микросхем компьютера. В момент включения компьютера эти программы выполняют проверку оборудования и обеспечивают простейшее взаимодействие с клавиатурой и монитором — клавиатура способна реагировать на нажатие некоторых клавиш, а на мониторе отображается информация о ходе запуска компьютера. Взаимодействие с человеком у программ этого уровня крайне ограниченно и возможно только в первые секунды после запуска компьютера.

Системные программы предназначены для работы со всеми устройствами компьютера. Они принадлежат к промежуточному уровню. Одни системные программы управляют работой устройств и используют программы нижнего уровня, а другие отвечают на запросы программ более высоких уровней. Те системные программы, которые непосредственно управляют устройствами, еще называют драйверами устройств. Люди работают с программами этого уровня только в тех сравнительно редких случаях, когда требуется настроить оборудование.

Служебные программы — это следующий уровень, программы которого предназначены для обслуживания компьютера, проверки его устройств, а также для настройки устройств и программ. Одни программы общаются с программами нижних уровней, другие передают данные программам верхнего уровня по их запросу. Степень взаимодействия с человеком определяется необходимостью. Например, мастера по наладке и настройке оборудования активно работают со служебными программами. Обычные пользователи используют их сравнительно редко.

Уровень прикладных программ — самый верхний. Здесь находятся программы, обслуживающие человека и удовлетворяющие его потребности. С их помощью выполняется набор и редактирование текстов, создание чертежей и иллюстраций, коммуникация между людьми, воспроизведение музыки и видео, а также многое другое. Сверху программы прикладного уровня общаются с человеком, а снизу — с программами нижележащих уровней. Прямого доступа к устройствам программы прикладного уровня, как правило, не имеют.

Первая вычислительная машина, способная хранить программу в своей памяти, разрабатывалась в 1943—1948 гг. в США под руководством Джона Мочли и Преснера Экерта.

В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств.

Первый компьютер, в котором были полностью реализованы эти принципы, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом.

Б) Компьютерные модели

Человек в своей деятельности (научной, образовательной, технологической, художественной и т.д.) постоянно использует модели окружающего мира. Моделирование он использует для исследования объектов, процессов и явлений, что помогает человеку принимать обоснованные и продуманные решения, предвидеть последствия своей деятельности. Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия. Понятие «модель» в обыденной жизни чаще ассоциируется с «макетом», имеющим внешнее и функциональное сходство с определённым объектом. Всё многообразие моделей отличает нечто общее, а именно — моделью может быть искусственно созданный человеком абстрактный или материальный объект.

Исходя из этого, предложим следующее определение модели:

Модель — это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.

Выделим существенные черты понятия:

 модель-это, в свою очередь, тоже объект;
 модель может быть как материальной, так и мысленной;
 модель сохраняет существенные для данной модели черты моделируемого объекта. Иначе это модель другого объекта;
 модель может сохранять только некоторые черты моделируемого объекта, важные для данного исследования. Некоторые упрощения, огрубление неизбежно.

Анализ модели и наблюдение за ней позволяют познать суть реально существующего, более сложного объекта, процесса, явления, называемого прототипом или оригиналом.

Моделирование – это процесс построения моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений.

1. Объекты Примеры моделей объектов:

копии архитектурных сооружений;

копии художественные произведения;

модель атома водорода или солнечной системы;

модель, демонстрирующая одежду ит.д.

2. Явления Примеры моделей явлений:

модели физических явлений: грозового разряда, магнитных и электрических сил. ;

геофизические модели: модель селевого потока, модель землетрясения, модель оползней.

3. Процессы Примеры моделей процессов:

модель развития вселенной;

модели экономических процессов;

модели экологических процессов.

При выполнении человеком какого-либо действия ему обычно предшествует возникновение в его сознании модели будущего поведения. Собирается ли он строить дом или решать задачу, переходит улицу или отправляется в поход – он непременно сначала представляет себе все это в уме. Это главное отличие человека мыслящего от всех других живых существ на земле.

Один и тот же объект в разных ситуациях, в разных науках может описываться различными моделями. Например, рассмотрим объект “человек” с точки зрения различных наук:

в механике человек – это материальная точка;

в химии – это объект, состоящий из различных химических веществ;

в биологии – это система, стремящаяся к самосохранению и т.д.

Вследствие того, что компьютер стал мощнейшим помощником человека в его деятельности, более подробно остановимся на компьютерном моделировании.

Компьютерная модель-это модель, реализованная средствами программной среды. Каждый, кто работал на компьютере, даже в качестве конечного пользователя, понимает, что решение проблемы начинается до прикосновения к компьютеру. В наше время всё успешнее становятся попытки создания высоко реалистичных компьютерных изображений. При использовании компьютера появляется возможность присваивать объектам свойства, не существующие в реальной действительности. При «смешивании» реальных и нереальных (некорректных с точки зрения окружающего мира) свойств (характеристик) объекта, его существование кажется вполне реальным. Этой важной и присущей только компьютерной графике возможностью смешивания реальных и вымышленных свойств пользуются:

 в кино и на телевидении (там, где необходимо создать фантастику, претендующую на реальность);
 в дизайнерских и издательских фирмах (чтобы показать, каким образом будут выглядеть предметы бытовой техники, одежды и т.д.);
 в рекламной деятельности (для создания различного рода рекламных роликов);

 в промышленности для представления заказчику разработки, ещё несуществующей в реальности, но существующей в документации;
 для создания игровых персонажей.

Моделирование- процесс создания модели, точнее, это исследование какого-либо объекта путём построения и изучения его модели.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что при компьютерном моделировании необходимо иметь представление о программных средствах, их назначении, инструментарии и технологических приёмах работы. В этом случае можно легко преобразовать исходную информационную модель в компьютерную. В дальнейшем из всего многообразия компьютерных моделей выделим только компьютерные модели трёхмерных объектов.

Трёхмерные объекты — это объекты, которые имеют ширину, длину и высоту, т.е. при их построении необходимо оперировать с тремя осями координат. Выделим основные этапы моделирования трёхмерных объектов.

Задание № 1. Дать определение программы. Запишите: в чём заключается суть программного принципа работы компьютера.

Задание № 2. Выписать определение модели, моделирования. Выписать примеры моделей процессов.

Задание № 3. В таблицу внесите существующие модели для указанных объектов: