Программные средства информационных технологий кратко
Обновлено: 30.06.2024
Программные средства современных информационных технологий в целом подразделяются на системные и прикладные.
Прикладные программные средства классифицируются следующим образом:
- системы подготовки текстовых, табличных и др. документов;
- системы подготовки презентации;
- системы обработки финансово-экономической информации;
- системы управления базами данных;
- личные информационные системы;
- системы управления проектами;
- экспертные системы и системы поддержки принятия решения; Личные информационные системы предназначены для информационного обслуживания рабочего места управленческого работника и, по существу, выполняют функции секретаря. Они, в частности, позволяют:
- планировать личное время на различных временных уровнях, при этом система может своевременно напоминать о наступлении запланированных мероприятии;
- вести персональные или иные картотеки и автоматически выбирать из них необходимую информацию;
- вести журнал телефонных переговоров и использовать функции, характерные для многофункциональных телефонных аппаратов;
- вести персональные информационные блокноты для хранения разнообразной личной информации.
Системы подготовки презентаций предназначены для квалифицированной подготовки графических и текстовых материалов, используемых в целях демонстрации на презентациях, деловых переговорах, конференциях. Для современных технологий подготовки презентаций характерно дополнение традиционных графики и текста такими формами информации, как видео- и аудиоинформация, что позволяет говорить о реализации гипер-медиа технологий.
Системы управления проектами предназначены для управления ресурсами различных видов (материальными, техническими, финансовыми, кадровыми, информационными) при реализации сложных научно-исследовательских и проектно-строительных работ.
Экспертные системы и системы поддержки принятия решений предназначены для реализации технологий информационного обеспечения процессов принятия управленческих решении на основе применения экономико-математического моделирования и принципов искусственного интеллекта.
Системы интеллектуального проектирования и совершенствования управления предназначены для использования так называемых CASE-технологии (Computer Aid System Engineering), ориентированных на автоматизированную разработку проектных решений по созданию и совершенствованию систем организационного управления.
3.Организационно-методическое обеспечение информационных технологий.
Материально-техническая база информационного обеспечения включает в себя также организационно-методическое обеспечение информационных технологий:
- нормативно-методические материалы по подготовке и оформлению управленческих и иных документов в рамках конкретной функции обеспечения управленческой деятельности;
- инструктивные и нормативные материалы по эксплуатации технических средств, в том числе по технике безопасности работы и по условиям поддержания нормальной работоспособности оборудования;
- инструктивные и нормативно-методические материалы по организации работы управленческого и технического персонала в рамках конкретной информационной технологии обеспечения управленческой деятельности.
7. Автоматизированное рабочее место (АРМ) менеджера
В последнее время значительно выросло использование средств вычислительной техники в производстве. Некоторые рабочие места уже невозможно представить без этой техники. Внедрение ПЭВМ в производство предъявляет новые требования к подготовке специалистов. В современных условиях уже недостаточно знать только свою отрасль. Именно поэтому нужны такие специалисты, которые знали бы кроме своей специальности основы работы с вычислительной техникой и могли бы удобнее организовать свои рабочие места. Правильно спроектированное и организованное рабочее место менеджера позволит значительно повысить обоснованность и оперативность управленческих решений. Кроме того, при этом существенно сокращается численность работников управления, а также решается задача децентрализации управления, где предусматривается локальная обработка информации. Под АРМ менеджера следует понимать его рабочее место, оснащенное персональным компьютером и представляющее собой самостоятельный программно-технический комплекс индивидуального или коллективного пользования, который позволяет в диалоге или пакетном режиме вести обработку информации и получать все необходимые выходные данные в виде экранных или печатных форм. Автоматизированное рабочее место менеджера реализуется посредством совокупности информационных, технических, программных средств и методов. На номенклатуру АРМ и совокупность включаемых в них информационных технологий влияют структура управления, сложившаяся в учреждении, технологии предметных областей, схема распределения обязанностей и целей между сотрудниками. Таким образом, номенклатура АРМ зависит от управленческой структуры, а содержание - от целей, реализуемых ЛПР.
АРМ состоит из трех основных компонентов; обучающей системы, комплекса программных продуктов по обработке информации и сервисных средств (рис. 4).
Обучающая система включает в себя: интегрированную строку подсказок, систему закладок, указателей и справок, встроенная система примеров, гипертекстовая система документации, включающая руководство пользователя и руководство программиста, система контроля и обнаружения ошибок.
Комплекс программных продуктов для обработки информации включает в себя:
- для пакетного режима: ввод информации с дискет, сканера, по каналам связи (компьютерная связь, модемная связь), автоматизированные расчеты, обработку данных, вывод данных на печать, формирование архивов за отчетный период.
- для диалогового режима: ввод с клавиатуры, обработку информации в реальном времени, выписку документов с загрузкой базы, вывод данных по запросу на принтер, экран, в файл, работу с архивами.
Сервисные средства для настройки АРМ включают: настройку значности реквизитов, эргономическое обеспечение экранных форм, настройку цвета и звука, визитную карточку предприятия, установку системы доступа к данным, настройку алгоритмов расчетов, настройку таблиц входимости, настройку устройств (принтер, модем, сканер), календарь подготовки и сдачи отчетности.
Сервисные средства для эксплуатации АРМ включают: ведение классификаторов, генератор отчетных форм, администратора баз данных сетевого доступа, инструментарий для устранения последствий аварий, для приема и передачи данных по каналам связи, для копирования и сохранности информации, мониторинга, а также часы, таймер, калькулятор.
Информационная система, осуществляющая процесс поддержки принятия решения менеджерами, должна обеспечить реализацию целей их деятельности. Одной из наиболее распространенных форм реализации является система взаимосвязанных и взаимодействующих АРМ, в том числе руководителя и исполнителя. Руководителю нужна обобщенная, достоверная и полная информация, позволяющая принимать правильные решения, а также средства анализа и планирования различных сфер деятельности хозяйственного субъекта. К этим средствам относятся методы: экономико-математические, моделирования, анализа различных сфер деятельности, статистические, прогнозирования, а также обеспечивающие технологии - табличные, графические и текстовые процессоры, электронная почта, СУБД.
Специалисту-исполнителю необходим удобный инструментарий для обеспечения профессиональной деятельности в конкретной области, что определяется применяемыми в данной сфере предметными технологиями и разделением обязанностей между управленческими работниками. АРМ данного уровня характеризуется жестким включением в программный продукт функциональных и обеспечивающих технологий, что позволяет использовать специалиста невысокой квалификации, поскольку его действия носят декларативный, а не процедурный характер и глубоких знаний предметной технологии от него не требуется, так как они заложены в АРМ разработчиками программного обеспечения.
При выборе технических средств для проектирования и создания АРМ должны учитываться следующие факторы:
- ориентировочные объемы обрабатываемой информации;
- требуемая надежность функционирования технических средств;
- требуемая точность вычислений;
- необходимый объем оперативной памяти технических средств, обеспечивающий применение операционных систем;
- требуемый объем внешней памяти на устройствах прямого доступа, обеспечивающий работу с большими массивами, которые должны находиться в состоянии оперативной готовности.
В целом на выбор варианта комплексов технических средств влияют такие факторы, как количество и сложность алгоритмов решения задач, структура и состав базы данных, требования к объему, времени и достоверности преобразования информации.
При проектировании информационного обеспечения функционирования АРМ менеджера должны соблюдаться требования, выработанные в целом для задач автоматизации управления:
- методическое единство проектирования информационной системы. На основе системного подхода определяются совокупность объектов управления, состав информационной базы и взаимосвязь ее с решаемыми задачами;
- совместимость элементов информационной системы. Реализация этого требования означает создание взаимоувязанной совокупности форм обмена информацией, классификаторов, обеспечивающих обмен информацией во всех звеньях автоматизированной системы управления, выступающей как человеко - машинная система;
- унификация и структуризация форм обмена информации, включая унификацию и сокращение числа форм входных и выходных документов;
- интеграция обработки данных, обеспечивающая одноразовость ввода информации при многократном ее использовании, централизацию обработки данных, рационализацию и упорядочение схем документооборота.
Для создания программного обеспечения АРМ все больше обращаются к так называемому базовому программному обеспечению. Конкретный выбор готового БПО, адекватного автоматизируемым функциям, существенно сокращает сроки разработки и во многом определяет эффективность разрабатываемых АРМ, что в свою очередь влияет на степень повышения производительности труда персонала.
В основе автоматизации труда менеджера с использованием АРМ выделяется прежде всего работа с персональными базами данных. Для такой работы служит программные продукты, относящиеся к классу систем управления базами данных (СУБД). Именно современные СУБД включают в свой состав различные (как по принципам функционирования, так и по характеристикам) программные системы, ориентированные на применение различными группами пользователем.
Создание систем автоматизации организационного управления в современных условиях требует значительных изменений подходов к их разработке. Идеология традиционной автоматизированной системы базировалась на том, что основой управления является процесс обработки информации. Как следствие, реальная продукция АСУ состояла в выдаче громадного количества сводок с учетными, отчетными, аналитическими и другими данными, которые, по замыслу разработчиков, должны были существенно облегчить принятие решений. На самом деле каждое управленческое решение начинается с обзора ситуаций, после чего следует циклическое повторение следующих действий: причинно - следственного анализа, принятия решения (разработка плана) и оценки последствия принятого решения (анализа плана), то есть каждое решение имеет ярко выраженный поведенческий характер. При этом управление производится в условиях неоднозначности его целей и вариации допустимых альтернатив. При таком подходе все математические модели, в частности модели оптимального планирования, становятся лишь "начинкой АРМ", основу которого должны составить средства интеллектуального интерфейса между моделями и пользователями.
Сегодня пользователь и ПЭВМ должны рассматриваться как одно целое. АРМ должно рассматриваться как основной элемент АСУ, причем АРМ должно быть спроектировано таким образом, чтобы имелась возможность его настройки на конкретного пользователя. Важнейшей чертой АРМ менеджера должно быть обеспечение возможности пользовательского проектирования. Следует отметить функции, которые должны быть реализованы в рамках создания АРМ менеджера:
· анализ и описание данных и фактов из предметной области для установления их взаимосвязей и систем;
· поиск, определение и описание состояния управляемого объекта;
· непрерывное отслеживание функционирования АРМ и фиксирования получаемых результатов;
· обеспечение заданной последовательности действий;
· обеспечение пользовательских интерфейсов.
АРМ менеджера сегодня должно быть спроектировано таким образом, чтобы имелась возможность его настройки на конкретного пользователя. Причем АРМ будут настраиваться, и изменяться самим пользователем.
В настоящее время в теории и практике менеджмента возрастает интерес к информации как объекту и ресурсу управления. Это объясняется последовательным расширением информационного воздействия на управленческие решения. Спектр воздействий информационных технологий на менеджмент чрезвычайно широк. Новые технологии, основанные на компьютерной технике, требуют радикальных изменений организационных структур менеджмента, его регламента, кадрового потенциала, системы документации, фиксирования и передачи информации. Особое значение имеет внедрение информационного менеджмента, значительно расширяющее возможности использования компаниями информационных ресурсов. Развитие информационного менеджмента связано с организацией системы обработки данных и знаний, последовательного их развития до уровня интегрированных автоматизированных систем управления, охватывающих по вертикали и горизонтали все уровни и звенья производства и сбыта.
Список использованной литературы
1. Абдеев Р. Ф. "Философия информационной цивилизации". М., 2002 г.
2. Грабауров В. А. "Информационные технологии для менеджеров". М.: "Финансы и статистика", 2004 г.
3. Ларичев О. И. "Теория и методы принятия решений". М.: "Логос", 2005 г.
4. Юзвишин И. И. "Информациология", М., 2000 г.
7. Аладьев В., Тупало В. Компьютерная хрестоматия: программное обеспечение ПК.- Киев: Энциклопедия. 2001.
8. Буренин Б.А. и др. Автоматизированные рабочие места руководителей и специалистов управления предприятием. - М: Машиностроение. 2003.
Раздел: Менеджмент
Количество знаков с пробелами: 46338
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 0
Программные средства информационных технологий можно разделить на две большие группы: базовые и прикладные.
Базовые программные средства относятся к инструментальной страте информационных технологий и включают в себя:
- операционные системы (ОС);
- системы управления базами данных (СУБД).
Прикладные программные средства предназначены для решения комплекса задач или отдельных задач в различных предметных областях.
ОС предназначены для управления ресурсами ЭВМ и процессами, использующими эти ресурсы. В настоящее время существуют две основные линии развития ОС: Windows и Unix.
Большинство алгоритмических языков программирования (Си, Паскаль) созданы на рубеже 60-х и 70-х годов. За прошедший период времени периодически появлялись новые языки программирования, однако на практике они не получили широкого и продолжительного распространения. Другим направлением в эволюции современных языков программирования были попытки создания универсальных языков (Алгол, PL/1, Ада), объединявших в себе достоинства ранее разработанных.
Появление ПК и ОС с графическим интерфейсом (Маc OS, Windows) привело к смещению внимания разработчиков программного обеспечения в сферу визуального или объектно-ориентированного программирования, сетевых протоколов, баз данных. Это привело к тому, что в настоящее время в качестве инструментальной среды используется конкретная среда программирования (Delphi, Ассеss и др.) и знания базового языка программирования не требуется. Поэтому можно считать, что круг используемых языков программирования стабилизировался.
Язык — это система записи, набор правил, определяющих синтаксис и семантику программы. Реализация языка — это программа, которая преобразует запись высокого уровня в последовательность машинных команд. Существуют два способа реализации языка: компиляция и интерпретация. При компиляции специальная рабочая программа (компилятор) осуществляет перевод рабочей программы в эквивалентную на машинном коде и в дальнейшем ее выполнение совместно с данными. В методе интерпретации специальная программа (интерпретатор) устанавливает соответствие между языком и машинными кодами, применяя команды к данным.
Программные среды реализуют отдельные задачи и операции информационных технологий. К их числу относятся:
1. Текстовые процессоры 2. Электронные таблицы:
Вопрос№26
Технические средства информационных технологий
Основу технического обеспечения информационных технологий составляют компьютеры. Первоначально компьютеры были созданы для реализации большого объема вычислений, представляющих длинные цепочки итераций. Главным требованием при этом были высокая точность и минимальное время вычислений. Такие процессы характерны для числовой обработки.
По мере внедрения ЭВМ, их эволюционного развития, в частности, создания персональных компьютеров, стали возникать другие области применения, например, обработка экономической информации, создание информационно-справочных систем, автоматизация учрежденческой деятельности и т.п. В данном случае не требовались высокая точность и большой объем вычислений, однако объем обрабатываемой информации мог достигать миллионов и миллиардов записей. При этом требовалось не только обработать информацию, а предварительно ее найти и организовать соответствующую процедуру вывода.
ЭВМ классической (фоннеймановской) архитектуры состоит из пяти основных функциональных блоков
- запоминающего устройства (ЗУ);
- устройств управления и арифметически-логического устройства, рассматриваемых вместе и называемых центральным процессором; • устройства ввода; • устройства вывода.
В фоннеймановской архитектуре для обработки огромного объема информации (миллиарды байт) используется один процессор. Связь с данными осуществляется через канал обмена. Ограничения пропускной способности канала и возможностей обработки в центральном процессоре приводят к тупиковой ситуации при нечисловой обработке в случае увеличения объемов информации. Для выхода из тупика было предложено два основных изменения в архитектуре ЭВМ:
- использование параллельных процессоров и организация параллельной обработки;
- распределенная логика, приближающая процессор к данным и устраняющая их постоянную передачу.
Другой недостаток фоннеймановской архитектуры связан с организацией процесса обращения к ЗУ, осуществляемого путем указания адреса для выборки требуемого объекта из памяти. Это приемлемо для числовой обработки, но при нечисловой обработке обращение должно осуществляться по содержанию (ассоциативная адресация). Поскольку для нечисловой обработки в основном используется та же архитектура, необходимо было найти способ организации ассоциативного доступа. Он осуществляется путем создания специальных таблиц (справочников) для перевода ассоциативного запроса в соответствующий адрес.
Для преодоления ограничений организации памяти были предложены ассоциативные запоминающие устройства.
ЭВМ для нечисловой обработки должна удовлетворять следующим требованиям: ассоциативность, параллелизм, обработка в памяти. На более высоком уровне к архитектуре предъявляются следующие требования:
- перестраиваемость параллельных процессоров и запоминающих устройств;
- сложные топологии соединений между процессорами;
- мультипроцессорная организация, направленная на распределение функций.
Такие ограничения и требования были реализованы в машинах баз данных
Классификация архитектур ЭВМ:
Методические средства информационных технологий. Классификация стандартов. Перечислите основные стандарты в области разработки информационных технологий, их характеристики и другие методические материалы.
Для большинства технологий характерной чертой их развития является стандартизация и унификация.
Стандартизация — нахождение решений для повторяющихся задач и достижение оптимальной степени упорядоченности.
Унификация — относительное сокращение разнообразия элементов по сравнению с разнообразием систем, в которых они используются.
Главная задача стандартизации в области ИТ — создание системы нормативно-справочной документации, определяющей требования к разработке, внедрению и использованию всех компонентов информационных технологий.
Многообразные стандарты и подобные им методические материалы упорядочим по следующим признакам:
1. По утверждающему органу:
- официальные международные стандарты;
- официальные национальные стандарты;
- национальные ведомственные стандарты;
- стандарты международных комитетов и объединений;
2. По предметной области стандартизации:
- функциональные стандарты (стандарты на языки программирования, интерфейсы, протоколы, кодирование, шифрование).
- стандарты на фазы развития (жизненного цикла) информационных систем (стандарты на проектирование, материализацию, эксплуатацию, сопровождение и др.).
В качестве примера рассмотрим ряд стандартов различного уровня.
Международный стандарт ISO/IEC— базовый стандарт процессов жизненного цикла программного обеспечения, ориентированный на различные его виды, а также типы информационных систем, куда программное обеспечение входит как составная часть..
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
1. Классификация ПО
2. Операционная система
3. Операционная система Windows : объекты, элементы управления, работа с мышью, панель задач
5. Файлы и папки
Классификация программного обеспечения
Бурное развитие новой информационной технологии и расширение сферы ее применения привели к интенсивному развитию программного обеспечения (ПО). Достаточно отметить, что еще в 1996 г. Мировым сообществом на программное обеспечение затрачено свыше 110 миллиардов долларов. Причем тенденция развития ПО показывает, что динамика затрат имеет устойчивую тенденцию к росту, примерно 20% или больше в год.
Программное обеспечение - это совокупность программных и документальных средств для создания и эксплуатации систем обработки, данных средствами вычислительной техники.
В зависимости от функций, выполняемых программным обеспечением, всё программное обеспечение можно разделить на 2 группы: базовое (системное) программное обеспечение и прикладное программное обеспечение.
Базовое (системное) ПО организует процесс обработки информации в компьютере и обеспечивает нормальную среду для прикладных программ. Оно настолько тесно связано с аппаратными средствами, что иногда считают базовое программное обеспечение средствами компьютера.
Прикладное программное обеспечение предназначено для решения конкретных задач пользователя и организации вычислительного процесса информационной системы в целом.
В состав базового (системного) ПО входят:
Ø Операционные системы;
Ø Сервисные программы;
Ø Трансляторы языков программирования;
Ø Программы технического обслуживания.
Операционная ( ОС) – совокупность программных средств, которая
· осуществляет управление ресурсами компьютера,
· управляет файловой системой компьютера,
· и обеспечивает диалог пользователя с компьютером.
Ресурсом является любой компонент компьютера и представляемые им возможности: центральный процессор, оперативная или внешняя память, внешнее устройство, программа и т.д.
Оперативная память загружается при включении компьютера. Она предоставляет пользователю удобный способ общения (интерфейс) с вычислительной системой.
Интерфейс – способ взаимодействия пользователя с компьютером.
Включение и выключение компьютера.
Начало работы:
Включить кнопку монитора
Esc – отмена пароля
Завершение работы:
Проверить на панели задач, все ли окна закрыты и программы завешены.
Нажать кнопку Пуск кнопкой мыши.
Нажать на завершение работы кнопкой мыши.
Выключить компьютер нажать ОК.
(некоторые ПК отключаются автоматически).
Выключить БЛОК БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ (Если есть).
Прикладное программное обеспечение (ППО).
Прикладное программное обеспечение предназначено для разработки и выполнения конкретных задач польз ователя.
Прикладное программное обеспечение работает под управлением базового ПО.
В состав прикладного ПО входят:
· пакеты прикладных программ различного назначения;
· рабочие программы пользователя и информационной сист емы (ИС) в целом.
Пакеты прикладных программ являются мощным инструм ентом автоматизации решаемых пользователем задач, практич ески полностью освобождая его от необходимости знать, как выполняет компьютер те или иные функции и процедуры по обработке информации.
В настоящее время существует целый ряд ППО, различающ ихся по своим функциональным возможностям и способам реализации.
Пакет прикладных программ (ППП) — это комплекс прог рамм, предназначенный для решения задач определенного класса (функциональная подсистема, бизнес-приложение).
Различают следующие типы ППП:
· общего назначения (универсальные):
· организации (администрирования) вычислительного проц есса.
Пакет прикладных программ (ППП) общего назначения — это уни версальные программные продукты, предназначенные для автоматизации разработки и эксплуатации функциональных задач пользователя и информационных систем в целом.
К этому типу ППП относят:
· текстовые (текстовые процессоры) и графичес кие редакторы ;
· системы управления базами данных (СУБД);
· экспертные системы и системы искусственного интеллекта.
Основные приложения Ms Office :
◦ Word – текстовый процессор;
◦ Excel – табличный процессор;
◦ Access – система управления базами данных;
◦ Power Point – система подготовки презентаций;
◦ Outlook – менеджер персональной информации;
◦ Front Page – система редактирования web -узлов Интернета;
◦ PhotoDraw – графический редактор для создания и редактирования рисунков и деловой графики;
◦ Publisher – настольная издательская система;
◦ Small Business Tools – специализированный инструментарий для работы с информацией и осуществления бизнес-анализа;
В основу любого устройства, предназначенного для преобразования или хранения информации, должен быть положен принцип ее представления, то есть ее физический носитель. Известны, например, механические устройства, в которых информация представляется углами поворота или перемещения объектов относительно друг друга. Так как автоматизация процесса обработки информации всегда являлась важной задачей для дальнейшего прогресса промышленности и науки, предлагались устройства, принцип представления информации в которых зависел от уровня развития техники: механические устройства с ручным, а затем с паровым приводом, электромеханические, электрические устройства и, наконец, электронные устройства. Последние получили широкое распространение и за 30-40 лет вытеснили устройства других типов. Исключение составляют случаи, когда преобразование информации требует наличия движущихся объектов, например, лентопротяжные или дисковые механизмы памяти больших объемов, исполнительные механизмы и приводы, и некоторые другие. Преимущество использования электронных устройств обусловлено многими факторами, главными из которых являются удобство преобразования и передачи электрических сигналов, малая инерционность электронных устройств и, следовательно, их высокое быстродействие.
Вычислительные устройства, использующие непрерывную форму представления информации, называются аналоговыми вычислительными машинами (АВМ). Вычислительные устройства, использующие дискретную форму представления, называются цифровыми вычислительными машинами (ЦВМ) .
В дальнейшем мы будем рассматривать только вычислительные устройства с дискретным представлением информации, поэтому здесь остановимся несколько подробнее на принципе построения и полезных свойствах АВМ.
АВМ имели блочную структуру, т.е. представляли собой систему связанных между собой базовых элементов. Связи между базовыми элементами, их состав и количество изменялись для каждой задачи, решаемой на АВМ. В качестве базового элемента использовался операционный усилитель, схема которого показана на рис. 1.
Он состоит из усилителя, входных элементов (Е1, …, Еп) и элемента обратной связи (Еос). В качестве элементов используются радиоэлектронные компоненты: резисторы, конденсаторы, индуктивности. В зависимости от типов элементов, базовый элемент может производить сложение, интегрирование, дифференцирование и некоторые другие операции над входными напряжениями (Uвx1, н., Uвхn), результат операции снимается в виде выходного напряжения (Uвых). Основными достоинствами АВМ являлись простота аппаратной реализации и высокая скорость получения решения. Основным же недостатком являлась низкая точность результата, так как радиоэлектронные компоненты, подвергаясь воздействиям внешней среды, изменяли свои параметры, что и влияло на точность решения.
ЦВМ имеют гораздо более высокую сложность аппаратной и программной реализации. Информация в них имеет определенные границы представления, т.е. точность представления информации конечна. Для расширения границ представления необходимо увеличивать аппаратную часть или увеличивать время обработки. Основными достоинствами ЦВМ, а в дальнейшем - компьютерных систем (КС) являются:
универсальность – способность обрабатывать данные любыми методами, представляемыми последовательностью простых арифметических и логических операций;
Устройства обработки информации.
Для обработки информации компьютер должен иметь устройство, выполняющее основные арифметические и логические операции над числовыми данными. Такие устройства называются арифметико-логическими устройствами (АЛУ). В основе АЛУ лежит устройство, реализующее арифметическую операцию сложения двух целых чисел. Остальные арифметические операции реализуются с помощью представления чисел в специальном дополнительном коде. Сумматор АЛУ представляет собой многоразрядное устройство, каждый разряд которого представляет собой схему на логических элементах, выполняющих суммирование двух одноразрядных двоичных чисел с учетом переноса из предыдущего младшего разряда. Результатом является сумма входных величин и перенос в следующий старший разряд. Такое функциональное устройство называется одноразрядным, полным сумматором. Его условное обозначение показано на рис. 2.
Рассмотренные выше функциональные элементы являются основными при построении схем компьютерных систем.
Принцип автоматической обработки информации вычислительным устройством.
Основным отличием вычислительной машины от таких счетных устройств, как счеты, арифмометр, калькулятор, заключается в том, что вся последовательность команд на вычисление предварительно записывается в память вычислительной машины и выполняется последовательно автоматически. Впервые принцип вычислительной машины с автоматическим выполнением команд предложил американский ученый фон Нейман. Он описал основные узлы, которые должна содержать такая машина. Этот принцип получил название фон-неймановской вычислительной машины. Большинство современных КС в настоящее время построено именно по этому принципу.
Машина фон Неймана состояла из памяти, представлявшей собой набор регистров, АЛУ, устройства ввода-вывода и устройства управления (рис. 3).
Микропрограмма выполнения любой команды обязательно содержит сигналы, изменяющие содержимого счетчика команд на единицу. Таким образом, после завершения выполнения очередной команды, счетчик команд указывал на следующую ячейку памяти, в которой находилась следующая команда программы. Устройство управления читает команду, адрес которой находится в счетчике команд, помещает ее в регистр команд и т.д. Этот процесс продолжается до тех пор, пока очередная исполняемая команда не оказывается командой останова исполнения программы1. Интересно отметить, что и команды, и данные, находящиеся в памяти, представляют собой целочисленные двоичные наборы. Отличить команду от данных устройство управления не может, поэтому, если программист забыл закончить программу командой останова, устройство управления читает следующие ячейки памяти, в которых уже нет команд программы, и пытается интерпретировать их как команды.
Особым случаем можно считать команды безусловного или условного перехода, когда требуется выполнить команду, не следующую по порядку за текущей, а отстоящую от данной на какое-то количество адресов. В этом случае команда перехода содержит адрес ячейки, куда требуется передать управление. Этот адрес записывается устройством управления непосредственно в счетчик команд и происходит переход на соответствующую команду программы.
Поколение цифровых устройств обработки информации
В период развития цифровых технологий были разработаны компьютеры самых разных типов. Многие из них давно забыты, но другие оказали сильное влияние на развитие современных вычислительных систем. Здесь мы дадим краткий обзор некоторых этапов развития вычислительных машин, чтобы показать, как человеческая мысль пришла к современному пониманию компьютерных технологий.
Устройства, облегчающие счет или запоминание его результатов, известны давно, но нас будут интересовать только устройства для вычислений, которые автоматически выполняют заложенные в них программы. Поэтому мы не рассматриваем здесь такие устройства, как счеты, механические арифмометры и электронные калькуляторы.
Первая счетная машина с хранимой программой была построена французским ученым Блезом Паскалем в 1642 г . Она была механической с ручным приводом и могла выполнять операции сложения и вычитания. Немецкий математик Готфрид Лейбниц в 1672 г . построил механическую машину, которая могла делать также операции умножения и деления. Впервые машину, работающую по программе, разработал в 1834 г . английский ученый Чарльз Бэббидж. Она содержала запоминающее устройство, вычислительное устройство, устройство ввода с перфокарт и печатающее устройство. Команды считывались с перфокарты и выполняли считывание данных из памяти в вычислительное устройство и запись в память результатов вычислений. Все устройства машины Бэббиджа, включая память, были механическими и содержали тысячи шестеренок, при изготовлении которых требовалась точность, недоступная в XIX в. Машина реализовала любые программы, записанные на перфокарте, поэтому впервые для написания таких программ потребовался программист. Первым программистом была англичанка Ада Ловлейс, в честь которой уже в наше время был назван язык программирования Ada.
В ХХ в. начала развиваться электроника и ее возможности немедленно взяли на вооружение разработчики вычислительных машин. С построения вычислительных машин, базовая система элементов которых была построена на электронных компонентах, начинается отсчет поколений цифровых вычислительных машин. Отметим, что деление периода развития цифровой техники на этапы связано, в основном, с переводом базовой системы элементов на новые технологии производства электронных компонентов.
Первое поколенuе – электронные лампы (1945-1955 гг.)
В основе базовой системы элементов этого поколения компьютеров лежали электронные лампы. Их использование определяло и достоинства и недостатки цифровых устройств. Электронные лампы обеспечивали высокую скорость переключения логических элементов, что увеличивало скорость вычисления по сравнению с попытками создать вычислительную машину, базовый элемент которой был построен на основе электромеханического реле. Электронные лампы были достаточно долговечны и обеспечивали надежную работу компьютера. К сожалению, недостатков у ламповых компьютеров тоже было достаточно. Электронные лампы работали с напряжениями в десятки вольт и расходовали много энергии, кроме того, размер электронных ламп, по современным понятиям микроэлектроники, был огромным – несколько десятков кубических сантиметров. Для построения вычислительной машины нужны были тысячи логических элементов, поэтому размер ламповых вычислительных машин по занимаемой площади составлял десятки квадратных метров, а потребляемая мощность колебалась в пределах от единиц до десятков и даже сотен киловатт. Такая мощность приводила к перегреванию ламп, которые были размешены довольно компактно, и ставила задачу эффективного охлаждения электронных компонентов машины. Скорость обработки информации в ламповых машинах колебалась от нескольких сотен до нескольких тысяч операций в секунду.
Второе поколение – транзисторы (1955-1965 гг.)
Полупроводниковые приборы – транзисторы были изобретены в 1948 г . Они отличались от электронных ламп малыми размерами, низким напряжением питания и малой потребляемой мощностью. Все эти достоинства полупроводниковых приборов произвели революцию в радиоэлектронной промышленности. Стали появляться миниатюрные приемо-передающие радио- и телеустройства, появилась возможность встраивать управляющие устройства непосредственно в объекты управления и т. д. Новая элементная база для компьютеров на основе транзисторов произвела революцию и в производстве компьютеров. Значительное уменьшение габаритов, снижение потребляемой мощности и стоимости позволило создавать архитектуры компьютера с большими функциональными возможностями, резко повысить быстродействие компьютеров до сотен тысяч и даже миллионов операций в секунду. Увеличение производительности обеспечивалось как за счет более высокой скорости работы транзисторов по сравнению с электронными лампами, так и путем введения в состав вычислительной машины нескольких обрабатывающих устройств, работающих параллельно. Площадь, требуемая для размещения компьютера, снизилась до нескольких квадратных метров, предпринимались попытки изготавливать и настольные варианты. Снижение стоимости увеличило число потенциальных пользователей компьютеров. Появились крупные фирмы по производству компьютеров широкого назначения: Iпterпatioпal Busiпess Machiпes (IВM), Coпtrol Data Corporatioп (CDC), Digital Equipmeпt Corporatioп (DЕС) и др. Следует отметить компьютер РDР-8 фирмы DЕС – первого миникомпьютера с общей шиной, оказавшего большое влияние на развитие архитектур персональных компьютеров.
Третье поколение – интегральные схемы (1965-1980 гг.)
Полупроводниковые элементы и другие электронные компоненты выпускались электронной промышленностью в виде отдельных элементов. Так, полупроводниковый кристалл, на котором размещался транзистор, заключался в специальный металлический или пластмассовый корпус. Требование уменьшения габаритов электронных устройств привело к тому, что сначала полупроводниковые приборы стали производиться в бескорпусном исполнении, а затем в 1958 г . была предпринята попытка разместить в одном полупроводниковом кристалле все компоненты одного функционального узла. Так появились интегральные схемы (ИС), которые позволили резко уменьшить размеры полупроводниковых схем и снизить потребляемую мощность. На основе ИС строились мини-ЭВМ, которые выполнялись в виде одной стойки и периферийных устройств. Мощность, потребляемая компьютером на ИС, уменьшилась до сотен ватт. Увеличение быстродействия узлов, построенных на ИС, позволило довести быстродействие компьютеров до десятков миллионов операций в секунду. Электронная промышленность приступила к массовому производству электронных компонентов на ИС, что позволило снизить их стоимость и резко уменьшить стоимость аппаратной составляющей компьютеров. Уменьшение стоимости привело к разработке и практической реализации мощных вычислительных систем, использующих параллельную обработку: многопроцессорные и конвейерные вычислители.
Четвертое поколение – сверхбольшие интегральные схемы (с 1980 гг.)
Микроминиатюризация электронных устройств привела к появлению новой отрасли промышленности – микроэлектроники, которая относится к области высоких технологий. Используя последние научно-технические достижения физики, химии, кристаллографии, материаловедения и даже космонавтики (в невесомости можно получить полупроводниковые кристаллы очень высокой чистоты), добились размещения на одном кристалле размером несколько квадратных миллиметров сначала сотен, затем тысяч и, наконец, миллионов транзисторов и других электронных компонентов. Теперь полупроводниковая схема содержала уже не набор нескольких логических элементов, из которых строились затем функциональные узлы компьютера, а целиком функциональные узлы и, в первую очередь процессор, который, учитывая его размеры, получил название микропроцессор, устройства управления внешними устройствами – контроллеры внешних устройств. Такие интегральные схемы получили название сначала больших интегральных схем (БИС), а затем и сверхбольших интегральных схем (СБИС).
Итогом такого бурного развития микроэлектроники стало появление одноплатных ЭВМ, где на одной плате, размером несколько десятков квадратных сантиметров, размешались несколько СБИС, содержащих все функциональные блоки компьютера. Одноплатные компьютеры встраивались в различные промышленные, медицинские и бытовые приборы для оперативной обработки информации и управления. Стоимость одноплатных компьютеров так упала, что появилась возможность их приобретения отдельными людьми. Такой возможностью воспользовались английские инженеры Стив Джобс и Стив Возняк. Используя выпускаемые промышленностью функциональные узлы: плата микро-ЭВМ с процессором и памятью, клавиатура, дисплей, они собрали дешевую настольную вычислительную машину – микрокомпьютер. Его привлекательность для непрофессиональных пользователей заключалась в том, что это было готовое к употреблению устройство, содержащее все необходимое оборудование и программное обеспечение для работы. Этот микрокомпьютер получил название Арplе и стал первым в мире персональным компьютером.
Архитектуры вычислительных систем сосредоточенной обработки информации.
Современный компьютер состоит из нескольких функциональных узлов: процессор, память, контроллеры устройств и т.д. Каждый узел представляет собой сложное электронное устройство, в состав которого могут входить миллионы логических элементов. Для лучшего понимания принципа работы каждого узла и компьютера в целом вводится понятие уровней представления компьютера.
Цифровой логический уровень – уровень логических схем базовой системы элементов.
Микроархитектурный уровень – уровень организации обработки информации внутри функционального узла. Сюда относятся регистры различного назначения, устройство обработки поступающих команд, устройство преобразования данных, устройство управления.
Командный уровень – набор функциональных узлов и связи между ними, система команд и данных, передаваемых между устройствами.
Набор блоков, связей между ними, типов данных и операций каждого уровня называется архитектурой уровня.
Архитектура командного уровня называется обычно компьютерной архитектурой или компьютерной организацией.
Читайте также: