Тема 22: Преставление о технических и программных средствах телекоммуникационных технологий

1.Информационные технологии, как важная составляющая процесса использования информационных ресурсов общества.

 2. Основные виды обработки данных

3. Устройства обработки данных и их характеристики

1. Информационные технологии

Технология при переводе с греческого (techne) означает искусство, мастерство, умение, а это не что иное, как процессы. Под процессом следует понимать определенную совокупность действий, направленных на достижение поставленной цели. Процесс должен определяться выбранной человеком стратегией и реализовываться с помощью совокупности различных средств и методов.

Информационная технология – процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта).

Цель информационной технологии – производство информации для ее анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.

Информационная технология является наиболее важной составляющей процесса использования информационных ресурсов общества. К настоящему времени она прошла несколько эволюционных этапов, смена которых определялась главным образом развитием научно-технического прогресса, появлением новых технических средств переработки информации. В современном обществе основным техническим средством технологии переработки информации служит персональный компьютер, который существенно повлиял как на концепцию построения и использования технологических процессов, так и на качество результатной информации. Внедрение персонального компьютера в информационную сферу и применение телекоммуникационных средств связи определили новый этап развития информационной технологии и, как следствие, изменение ее названия за счет присоединения одного из синонимов: «новая», «компьютерная» или «современная».

Прилагательное «новая» подчеркивает новаторский, а не эволюционный характер этой технологии. Ее внедрение является новаторским актом в том смысле, что она существенно изменяет содержание различных видов деятельности в организациях. В понятие новой информационной технологии (НИТ) включены также коммуникационные технологии, которые обеспечивают передачу информации разными средствами, а именно – телефон, телеграф, телекоммуникации, факс и др. Новая информационная технология – информационная технология с «дружественным» интерфейсом работы пользователя, использующая персональные компьютеры и телекоммуникационные средства.

Прилагательное «компьютерная» подчеркивает, что основным техническим средством ее реализации является компьютер.

Вот три основных принципа новой (компьютерной) информационной технологии:

1)       интерактивный (диалоговый) режим работы с компьютером;

2)       интегрированность (стыковка, взаимосвязь) с другими программными продуктами;

3)       гибкость процесса изменения как данных, так и постановок задач.

 

Реализация технологического процесса материального производства осуществляется с помощью различных технических средств, к которым относятся оборудование, станки, инструменты, конвейерные линии и т. п

По аналогии и для информационной технологии должно быть нечто подобное. Такими техническими средствами производства информации будет являться аппаратное, программное и математическое обеспечение этого процесса. С их помощью производится переработка первичной информации в информацию нового качества. Выделим отдельно из этих средств программные продукты и назовем их инструментарием, а для большей четкости можно его конкретизировать, назвав программным инструментарием информационной технологии. Определим это понятие.

Инструментарий информационной технологии – один или несколько взаимосвязанных программных продуктов для определенного типа компьютера, технология работы в котором позволяет достичь поставленную пользователем цель.

В качестве инструментария можно использовать следующие распространенные виды программных продуктов для персонального компьютера: текстовый процессор (редактор), настольные издательские системы, электронные таблицы, системы управления базами данных, электронные записные книжки, электронные календари, информационные системы функционального назначения (финансовые, бухгалтерские, для маркетинга и пр.), экспертные системы и т. д.

 

2. Основные виды обработки данных

Обработка информации состоит в получении одних «информационных объектов» из других «информационных объектов» путем выполнения некоторых алгоритмов и является одной из основных операций, осуществляемых над информацией, и главным средством увеличения ее объема и разнообразия. На самом верхнем уровне можно выделить числовую и нечисловую обработку. В указанные виды обработки вкладывается различная трактовка содержания понятия «данные». При числовой обработке используются такие объекты, как переменные, векторы, матрицы, многомерные массивы, константы и т.д. При нечисловой обработке объектами могут быть файлы, записи, поля, иерархии, сети, отношения и т.д. Другое отличие заключается в том, что при числовой обработке содержание данных не имеет большого значения, в то время как при нечисловой обработке нас интересуют непосредственные сведения об объектах, а не их совокупность в целом. С точки зрения реализации на основе современных достижений вычислительной техники выделяют следующие виды обработки информации: последовательная обработка, применяемая в традиционной фоннеймановской архитектуре ЭВМ, располагающей одним процессором; 

• параллельная обработка, применяемая при наличии нескольких процессоров в ЭВМ;

• конвейерная обработка, связанная с использованием в архитектуре ЭВМ одних и тех же ресурсов для решения разных задач, Причем если эти задачи тождественны, то это последовательный конвейер, если задачи одинаковые -- векторный конвейер.

Принято относить существующие архитектуры ЭВМ с точки зрении обработки информации к одному из следующих классов.

Архитектуры с одиночным потоком команд и данных (SISD). К этому классу относятся традиционные фоннеймановские однопроцессорные системы, где имеется центральный процессор, работающий с парами «атрибут - значение».

Архитектуры с одиночными потоками команд и данных (SIMD). Особенностью данного класса является наличие одного (центрального) контроллера, управляющего рядом одинаковых процессоров. В зависимости от возможностей контроллера и процессорных элементов, числа процессоров, организации режима поиска и характеристик маршрутных и выравнивающих сетей выделяют:

• матричные процессоры, используемые для решения векторных и матричных задач;
• ассоциативные процессоры, применяемые для решения нечисловых задач и использующие память, в которой можно обращаться непосредственно к информации, хранящейся в ней;
• процессорные ансамбли, применяемые для числовой и нечисловой обработки;
• конвейерные и векторные процессоры.

Архитектуры с множественным потоком команд и одиночным потоком данных (MISD). К этому классу могут быть отнесены конвейерные процессоры. 

Архитектуры с множественным потоком команд и множественным потоком данных (MIMD). К этому классу могут быть отнесены следующие конфигурации: мультипроцессорные системы, системы с мультобработкой, вычислительные системы из многих машин, вычислительные сети.

Обработка аналоговой и цифровой информации

Для информатики основным вопросом является то, каким образом используются средства вычислительной техники для создания, хранения, обработки и передачи информации. В связи с этим информацию классифицируют на аналоговую (непрерывную) и цифровую (дискретную). Человек благодаря своим органам чувств привык иметь дело с аналоговой информацией, а вычислительная техника, наоборот, в основном работает с цифровой информацией. Человек так устроен, что воспринимает информацию с помощью органов чувств. Свет, звук и тепло - это результат воздействия химических соединений, в основе которого тоже энергетическая природа. Человек испытывает энергетические воздействия непрерывно и может никогда не встретиться с одной и той же их комбинацией дважды. Мы не найдем двух одинаковых зеленых листьев на одном дереве и не услышим двух абсолютно одинаковых звуков - это информация аналоговая. Если же разным цветам дать номера, а разным звукам - ноты, то аналоговую информацию можно превратить в цифровую. Музыка, когда мы ее слышим, несет аналоговую информацию, но стоит только записать ее нотами, как она становится цифровой. Разница между аналоговой информацией и цифровой прежде всего в том, что аналоговая информация непрерывна, а цифровая - дискретна. Преобразование информации из аналоговой формы в цифровую называют аналогово-цифровым преобразованием. Такое преобразование происходит, например, при переходе от графической формы представления зависимости к табличной. 

 3. Устройства обработки данных и их характеристики

В современных ЭВМ основные устройства, участвующие в обработке информации, для достижения высокого быстродействия строятся как параллельные, хотя они и требуют большего объема аппаратуры. Для экономии оборудования в некоторых устройствах применяют последовательно-параллельный код, при котором слова разбиваются на части (слоги) и передача, а иногда и обработка производятся последовательно слог за слогом, при этом каждый слог представляется параллельным кодом. Преобразование информации в ЭВМ производится электронными устройствами (логическими схемами) двух классов: комбинационными схемами и цифровыми автоматами. Одновременность появления новых значений входных сигналов на всех входах устройств достигается с помощью тактирующих сигналов, называемых также синхросигналами и обеспечивающих передачу информации с ЗЭ на входы комбинационной схемы одновременно с сигналами, поступающими на ее входы с других устройств. Чтобы устройство управления могло воспринять команды, они должны быть закодированы в цифровой форме. 

Современные компьютеры могут использовать разные типы внешней памяти, каждый из которых имеет свои особенности. Общим для всех типов внешней памяти является их основная характеристика - объем или емкость, измеряемая в байтах. Основным типом внешней памяти являются жесткие магнитные диски (Hard Disk,HD, винчестер ). Их основные особенности: большой объем хранимой информации, возможность как чтения, так и записи информации; высокая скорость чтения и записи; в основном жесткие диски постоянно находятся в компьютере. Ранее носителями  являлись дискеты или гибкие магнитные диски (Floppy Disk, FD ). Их особенностью были: небольшой объем (стандартно - 1.44 Мб) возможность чтения и записи, возможность переноса информации между компьютерами, а так же  компакт-диски (CD, Compact Disk). 

Дальнейшее развитие компакт-дисков идет по двум направлениям: повышение емкости дисков; в частности, технология цифровых видеодисков(DVD) , предоставление пользователям возможности записи информации на компакт-диски (перезаписываемые диски - CD RW).

Процессор

Процессор компьютера - это устройство, которое выполняет обработку данных, хранящихся в основной памяти, в соответствии с программой, также находящейся в основной памяти. Любые действия, выполняемые компьютером, определяются соответствующими программами. Любая программа состоит из отдельных команд (инструкций), реализующих набор основных элементарных операций, таких как сложение двух чисел, выбор необходимого числа из памяти, запись числа в память, сравнение двух чисел и т.д. Все команды закодированы и понятны процессору. Процессор выполняет одну команду за одной и тем самым реализует необходимую обработку данных. Основной характеристикой процессора является его быстродействие, т.е. количество выполняемых в секунду операций. Процессоры, используемые в ПК семейства IBM, обеспечивают выполнение нескольких миллионов операций в секунду, причем этот показатель постоянно растет. Довольно часто быстродействие оценивается с помощью косвенного показателя - так называемой тактовой частоты процессора. Значение процессора как важнейшего компонента компьютера привело к тому, что тип компьютера определяется типом лежащего в его основе процессора. В частности, IBM-совместимые ПК используют процессоры фирмы Intel, которая является крупнейшим производителем процессоров в мире.

 

Информация в компьютере обрабатывается процессорами. Самым “главным” устройством компьютера является центральный процессор, но каким бы мощным он ни был, без “помощников” ему не обойтись. Большинство устройств компьютера имеют собственные встроенные процессоры. Процессор клавиатуры обеспечивает перевод сигнала, поступившего от нажатой клавиши, в двоичный код; процессор игольчатого принтера преобразует двоичные коды в команды, управляющие сменой положения иголок печатающей головки; процессор сетевой карты обеспечивает “посредничество” между компьютером и сетью, подготавливает нужный формат данных, передаваемых от рабочей станции к серверу. Тем не менее, когда речь идет об обработке информации в сети, почти всегда имеется в виду центральный процессор.

Наименование: ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР

Назначение.

Центральный процессор – это устройство компьютера, которое обеспечивает общее управление компьютером и осуществляет вычисления по хранящейся в ОЗУ программе.

Центральный процессор (ЦП) определяет производительность, эффективность всей вычислительной системы, он регулирует, управляет и контролирует рабочий процесс.

Кроме центрального процессора, в компьютерной системе могут присутствовать и другие процессоры, отвечающие за обработку информации на своих участках (процессор клавиатуры, математический сопроцессор, процессор принтера, процессор видеокарты и пр.). Дополнительные процессоры нередко бывают установлены на периферийных устройствах и платах расширения. Но именно центральный процессор выполняет все важные вычисления в компьютере, именно здесь происходит основной процесс обработки информации.

Принцип работы

В персональных компьютерах центральный процессор конструктивно выполнен как микропроцессор. Это полупроводниковый кристалл или комплект кристаллов, на которых реализуются компоненты процессора.

Логически центральный процессор представляет собой совокупность арифметико-логического устройства (АЛУ) и центрального устройства управления (УУ).

Выполнение процессором программ предусматривает: арифметические действия, логические операции, передачу управления, перемещение данных из одного места памяти в другое.

Как выполняются программы?

В ЦПУ имеются два регистра специального назначения: счетчик команд и регистр команд. Счетчик команд содержит адрес команды, которую предстоит выполнить следующей, таким образом счетчик отслеживает порядок выполнения программы. Регистр команд используется для хранения команды, выполняемой в текущий момент.

Устройство управления непрерывно реализует один и тот же алгоритм, совершая машинный цикл, который включает в себя три шага: извлечь, декодировать, выполнить.

Рис. Машинный цикл

 

На шаге извлечения блок управления требует, чтобы оперативная память предоставила ему следующую команду, которую необходимо выполнить. Блоку управления известно, где именно находится следующая команда, т.к. ее адрес хранится в счетчике команд. Полученную из памяти команду блок управления помещает в свой регистр команд и увеличивает содержимое счетчика команд на такую величину, чтобы он содержал адрес следующей команды.

В тот момент, когда команды оказывается в регистре команд, блок управления начинает шаг декодирования. Он анализирует код операции и поле операндов, чтобы определить, какие действия требуется выполнять по данной машинной команде.

Получив расшифрованную команду, блок управления начинает шаг выполнения. На первом шаге он активизирует схемы, нужные для решения данной задачи. Например, если выполняемой командой окажется команда загрузки информации из оперативной памяти, блок управления даст сигнал на выполнение операции загрузки; если команда окажется арифметической операции, блок управления активизирует соответствующие схемы арифметико-логического блока, выбрав нужные регистры с входными данными.

После того как команда будет выполнена, блок управления вновь приступит к началу машинного цикла, к шагу извлечь. Обратите внимание, что в конце предыдущего шага извлечь содержимое программного счетчика было увеличено, и поэтому блок управления получит опять правильный адрес.

 

Особенности

Процессоры, как и все электрические схемы, подразделяются по типам. Для ПК обозначение ЦПУ начинается с 80, затем следуют две или три цифры, после которых может быть дополнительно указана тактовая частота процессора. Перед обозначением типа процессора чаще всего имеется обозначение фирмы-изготовителя: i - Intel, AMD - AMD, CX - Cyrix.

Основные характеристики некоторых процессоров

 

Наименование процессора	Дата появления на рынке	Разрядность, бит	Тактовая частота, МГц	Технология изготовления, мкм	Кол-во транзисторов, млн
8086	1978	16	5	3,0	0,029
i486DX2	1992	32	50	0,8	1,2
P5	1993	32	60	0,8	3,1
P6 (Pentium Pro)	1995	32	150	0,6	5,5
Celeron	1998	32	300	0,25	7,5
Pentium III MMX2	1999	32	500	0,25	9,5

 

 

Название. МАТЕМАТИЧЕСКИЙ СОПРОЦЕССОР

Назначение. Математический сопроцессор предназначен для выполнения арифметических операций с плавающей точкой. Известно, что основные арифметические операции, такие как сложение и вычитание, приносят меньше забот, чем возведение в степень, вычисление тангенсов или операции над вещественными числами, представленными в форме с плавающей точкой. Сопроцессор может быть как самостоятельным устройством и располагаться на материнской плате, так и быть встроенным в центральный процессор.

 

ЗНАТЬ

Центральный процессор (ЦП) определяет производительность, эффективность всей вычислительной системы, он регулирует, управляет и контролирует рабочий процесс.

В современных персональных компьютерах центральный процессор конструктивно выполнен как микропроцессор на базе сверхбольшой интегральной схемы (СБИС). Это полупроводниковый кристалл или комплект кристаллов, на которых реализуются компоненты процессора.

Логически центральный процессор представляет собой совокупность арифметико-логического устройства (АЛУ) и центрального устройства управления (УУ).

 

Пользовательские характеристики:

степень интеграции микросхемы;

тактовая частота;

адресное пространство.

разрядность;

технология изготовления;

архитектура МП.

 

ПЛАТЫ

Наименование. МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА (Motherboard, Mainboard) или СИСТЕМНАЯ ПЛАТА

Назначение

Материнская плата является основным компонентом каждого персонального компьютера. Это не только “сердце компьютера”, но и самостоятельный элемент, который упрвляет внутренними связями и с помощью системы прерывания взаимодействует с внешними устройствами. Материнская плата влияет на производительность компьютера в целом. Супербыстрый винчестер или высокопроизводительная графическая карта нисколько не смогут повысить его производительность, если тормозится поток данных к материнской плате и от нее.

 

Основные компоненты материнской платы:

процессор, установленный в специальный разъем;

микросхемы кэш-памяти;

разъемы (слоты) для установки карт расширения;

микросхема ПЗУ-BIOS;

разъемы для подключения накопителей (винчестера, флоппи-дисков, CD-ROM);

последовательные порты для подключения периферийных устройств (мышь, модем и др.);

последовательные порты для подключения периферийных устройств (принтера, сканера и др.);

набор микросхем Chipset высокой степени интеграции для управления обменом данными между всеми компонентами компьютера;

аккумуляторная батарея для питания микросхемы памяти, в которой хранятся текущие настройки BIOS.

Все компоненты материнской платы соединены между собой шинами.

 

Наименование: ПЛАТЫ РАСШИРЕНИЯ

Для упрощения подключения устройств ввода/вывода используются специальные платы, на которых установлены адаптеры соответствующих устройств.

 

Адаптер (от лат. adaptare – прилаживать) – устройство, обеспечивающее связь (сопряжение) периферийных устройств ПК с центральными. Иногда осуществляет функции управления периферийным устройством.

Назначение

Электронные схемы, управляющие внешними устройствами компьютера и обеспечивающие интерфейс устройств ввода/вывода (УВВ).

Необходимость данных схем вызвана тем, что УВВ нецелесообразно подключать непосредственно к центральным устройствам. Одна из причин этого заключается в том, что количество и характер сигналов, передаваемых по системной магистрали, с которой связаны все компоненты ПК, как правило, отличаются от количества и типа сигналов, формируемых или воспринимаемых УВВ. Соответствующий интерфейсный блок обеспечивает согласование этих сигналов.

 

Поясним необходимость контроллеров (адаптеров) на следующем примере. Пример образный, а следовательно, не претендующий на научную точность, но, надеемся, проясняющий ситуацию.

ПРИМЕР

Представьте себе некую фирму, основную работу по переработке информации в которой взял на себя ее руководитель. Он знает только свой родной язык, например, русский. Конечно, и поставщиками, и потребителями, и партнерами фирмы могут быть представители разных стран, которых могут и не владеть русским языком. В этом случае руководителю фирмы потребуются переводчики, благодаря которым будет возможным общение с иностранными представителями и которые в этом случае будут контролировать процесс обмена информацией.

Предположим теперь, что лучше всего руководитель “думает” и принимает правильные решения, когда информация к нему поступает в стихотворной форме. Теперь уже для общения с клиентами и партнерами руководителю потребуются специалисты-переводчики, которые могут не только “формально” переводить все поступающие сообщения, но и приводить их (адаптировать) к заданной форме.

И совсем уж редкий в реальной жизни вариант, когда руководитель хочет получать всю информацию не просто в стихотворной форме, а в виде, например, сонетов в стиле В.Шекспира или торжественных од в стиле Г.Р.Державина. Такое преобразование информации требует уже гораздо больше времени и умений. Чтобы руководитель не “простаивал” и процесс обмена информацией не замедлялся, переводчику, кроме перевода и адаптации входной информации, потребуется производить некоторую ее обработку. Подобную роль в компьютере выполняют сопроцессоры.

И хотя каждое дополнительное устройство понижает надежность работы системы и делает компьютер более громоздким и дорогим, и контроллеры, и адаптеры, и сопроцессоры необходимы (на настоящий момент), чтобы компьютер работал быстро и точно, какие бы периферийные устройства к нему бы не подключили.

Принцип действия

Платы расширения вставляются в унифицированные разъемы (слоты расширения), чаще всего располагающиеся на системной плате. Через эти разъемы адаптеры (контроллеры) устройств подключаются непосредственно к системной магистрали. Таким образом наличие свободных разъемов обеспечивает возможность добавления к компьютеру новых устройств. Чтобы заменить одно устройство другим (например, устаревший адаптер монитора), надо просто вынуть соответствующую плату из разъема и вставить вместо нее другую.

Как правило платы расширения оборудованы собственным процессором и памятью.

 

Основные виды плат расширения:

видеокарта;

звуковая карта (soundblaster);

мультикарта;

сетевая карта (адаптер локальной сети).