Устройство обработки информации кратко

Обновлено: 04.07.2024

Теоретический материал для самостоятельного изучения:

В основе любой информационной деятельности лежат так называемые информационные процессы — совокупность последовательных действий (операций), производимых над информацией для получения какого-либо результата (достижения цели). Информационные процессы могут быть различными, но все их можно свести к трем основным: обработка информации, передача информации и хранение информации.

Обработка информации

Обработка информации — это целенаправленный процесс изменения формы ее представления или содержания.

Из курса информатики основной школы вам известно, что существует два различных типа обработки информации:

обработка, связанная с получением новой информации (например, нахождение ответа при решении математической задачи; логические рассуждения и др.);
обработка, связанная с изменением формы представления информации, не изменяющая ее содержания. К этому типу относятся:

— кодирование — переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для восприятия, хранения, передачи или последующей обработки; один из вариантов кодирования — шифрование, цель которого — скрыть смысл информации от посторонних;

— структурирование — организация информации по некоторому правилу, связывающему ее в единое целое (например, сортировка);

— поиск и отбор информации, требуемой для решения некоторой задачи, из информационного массива (например, поиск в словаре).

Общая схема обработки информации может быть представлена следующим образом:

Исходные данные — это информация, которая подвергается обработке.

Правила — это информация процедурного типа. Они содержат сведения для исполнителя о том, какие действия требуется выполнить, чтобы решить задачу.

Исполнитель — тот объект, который осуществляет обработку. Это может быть человек или компьютер. При этом человек, как правило, является неформальным, творчески действующим исполнителем. Компьютер же способен работать только в строгом соответствии с правилами, т.е. является формальным исполнителем обработки информации.

Рассмотрим отдельные процессы обработки информации более подробно.

Кодирование информации

Кодирование информации — это обработка информации, заключающаяся в ее преобразовании в некоторую форму, удобную для хранения, передачи, обработки информации в дальнейшем.

Код — это система условных обозначений (кодовых слов), используемых для представления информации.

Кодовая таблица — это совокупность используемых кодовых слов и их значений.

Нам уже знакомы примеры равномерных двоичных кодов — пятиразрядный код Бодо и восьмиразрядный код ASCII.

Самый известный пример неравномерного кода — код Морзе. В этом коде все буквы и цифры кодируются в виде различных последовательностей точек и тире.

При использовании неравномерных кодов важно понимать, сколько различных кодовых слов они позволяют построить.

Пример 1. Имеющаяся информация должна быть закодирована в четырехбуквенном алфавите . Выясним, сколько существует различных последовательностей из 7 символов этого алфавита, которые содержат ровно пять букв А.

Нас интересует семибуквенная последовательность, т. е.

Если бы у нас не было условия, что в ней должны содержаться ровно пять букв А, то для первого символа было бы 4 варианта, для второго — тоже 4, и т. д.

Тогда мы получили бы: 4 · 4 · 4 · 4 · 4 · 4 · 4 = 16384 варианта.

Теперь вернемся к имеющемуся условию и заполним пять первых мест буквой А. Получим:

Так как на 6-м и 7-м местах могут стоять любые из трех оставшихся букв B, C, D, то всего существует 9 (3 · 3) вариантов последовательностей.

Но ведь буквы А могут находиться на любых пяти из семи имеющихся позиций. А сколько таких вариантов всего?

Префиксный код — код со словом переменной длины, обладающий тем свойством, что никакое его кодовое слово не может быть началом другого (более длинного) кодового слова.

Код, состоящий из слов 0, 10 и 11, является префиксным.
Код, состоящий из слов 0, 10, 11 и 100, не является префиксным.

Также достаточным условием однозначного декодирования неравномерного код является обратное условие Фано. В нем требуется, чтобы никакой код не был окончанием другого (более длинного) кода.

Пример 2. Двоичные коды для 5 букв латинского алфавита представлены в таблице:

Можно заметить, что для заданных кодов не выполняется прямое условие Фано:

B=01, E=011, и D=10, C=100.

А вот обратное условие Фано выполняется: никакое кодовое слово не является окончанием другого. Следовательно, имеющуюся строку нужно декодировать справа налево (с конца). Получим

01 10 100 011 000 = BDCEA

Для построения префиксных кодов удобно использовать бинарные деревья, в которых от каждого узла отходят только два ребра, помеченные цифрами 0 и 1.

Пример 3. Для кодирования некоторой последовательности, состоящей из букв А, Б, В и Г, решили использовать неравномерный двоичный код, позволяющий однозначно декодировать полученную двоичную последовательность. При этом используются такие кодовые слова: А — 0, Б — 10, В — 110. Каким кодовым словом может быть закодирована буква Г? Если таких слов несколько, укажите кратчайшее из них.

Построим бинарное дерево:

Чтобы найти код символа, нужно пройти по стрелкам от корня дерева к нужному листу, выписывая метки стрелок, по которым мы переходим.

Определим положение букв А, Б и В на этом дереве, зная их коды. Получим:

Чтобы код был префиксным, ни один символ не должен лежать на пути от корня к другому символу. Уберем лишние стрелки:

На получившемся дереве можно определить подходящее расположение буквы Г и его код.

Поиск информации

Задача поиска обычно формулируется следующим образом. Имеется некоторое хранилище информации — информационный массив (телефонный справочник, словарь, расписание поездов, диск с файлами и др.). Требуется найти в нем информацию, удовлетворяющую определенным условиям поиска (телефон какой-то организации, перевод слова, время отправления поезда, нужную фотографию и т. д.). При этом, как правило, необходимо сократить время поиска, которое зависит от способа организации данных и используемого алгоритма поиска.

Алгоритм поиска, в свою очередь, также зависит от способа организации данных.

Если данные никак не упорядочены, то мы имеем дело с неструктурированным набором данных. Для осуществления поиска в таком наборе применяется метод последовательного перебора.

При последовательном переборе просматриваются все элементы подряд, начиная с первого. Поиск при этом завершается в двух случаях:

— искомый элемент найден;

— просмотрен весь набор данных, но искомого элемента среди них не нашлось.

— искомый элемент оказался первым среди просматриваемых. Тогда просмотр всего один;

Если же информация упорядочена, то мы имеем дело со структурой данных, в которой поиск осуществляется быстрее, можно построить оптимальный алгоритм.

Одним из оптимальных алгоритмов поиска в структурированном наборе данных может быть метод половинного деления.

Напомним, что при этом методе искомый элемент сначала сравнивается с центральным элементом последовательности. Если искомый элемент меньше центрального, то поиск продолжается аналогичным образом в левой части последовательности. Если больше, то — в правой. Если же значения искомого и центрального элемента совпадают, то поиск завершается.

Пример 4. В последовательности чисел 61 87 180 201 208 230 290 345 367 389 456 478 523 567 590 требуется найти число 180.

Процесс поиска представлен на схеме:

Передача информации

Передача информации — это процесс распространения информации от источника к приемнику через определенный канал связи.

На рисунке представлена схема модели процесса передачи информации по техническим каналам связи, предложенная Клодом Шенноном.

Работу такой схемы можно пояснить на примере записи речи человека с помощью микрофона на компьютер.

Источником информации является говорящий человек. Кодирующим устройством — микрофон, с помощью которого звуковые волны (речь) преобразуются в электрические сигналы. Канал связи — провода, соединяющие микрофон и компьютер. Декодирующее устройство — звуковая плата компьютера. Приемник информации — жесткий диск компьютера.

В современных технических системах связи борьба с шумом (защита от шума) осуществляется по следующим двум направлениям:

Но чрезмерная избыточность приводит к задержкам и удорожанию связи. Поэтому очень важно иметь алгоритмы получения оптимального кода, одновременно обеспечивающего минимальную избыточность передаваемой информации и максимальную достоверность принятой информации.

Важной характеристикой современных технических каналов передачи информации является их пропускная способность — максимально возможная скорость передачи информации, измеряемая в битах в секунду (бит/с). Пропускная способность канала связи зависит от свойств используемых носителей (электрический ток, радиоволны, свет). Так, каналы связи, использующие оптоволоконные кабели и радиосвязь, обладают пропускной способностью, в тысячи раз превышающей пропускную способность телефонных линий.

Современные технические каналы связи обладают, перед ранее известными, целым рядом достоинств:

— высокая пропускная способность, обеспечиваемая свойствами используемых носителей;

— надёжность, связанная с использованием параллельных каналов связи;

— помехозащищённость, основанная на автоматических системах проверки целостности переданной информации;

— универсальность используемого двоичного кода, позволяющего передавать любую информацию — текст, изображение, звук.

Объём переданной информации I вычисляется по формуле:

где v — пропускная способность канала (в битах в секунду), а t — время передачи.

Рассмотрим пример решения задачи, имеющей отношение к процессу передачи информации.

Пример 5. Документ объемом 10 Мбайт можно передать с одного компьютера на другой двумя способами.

А. Передать по каналу связи без использования архиватора.

Б. Сжать архиватором, передать архив по каналу связи, распаковать.

Какой способ быстрее и насколько, если:

— средняя скорость передачи данных по каналу связи составляет 2 18 бит/с;

— объем сжатого архиватором документа равен 25% от исходного объема;

— время, требуемое на сжатие документа — 5 секунд, на распаковку — 3 секунды?

Для решения данной задачи диаграмма Гантта не нужна; достаточно выполнить расчёты для каждого из имеющихся вариантов передачи информации.

Рассмотрим вариант А. Длительность передачи информации в этом случае составит:

Рассмотрим вариант Б. Длительность передачи информации в этом случае составит:

Итак, вариант Б быстрее на 232 с.

Хранение информации

Сохранить информацию — значит тем или иным способом зафиксировать её на некотором носителе.

Носитель информации — это материальная среда, используемая для записи и хранения информации.

Основным носителем информации для человека является его собственная память. По отношению к человеку все прочие виды носителей информации можно назвать внешними.

Основное свойство человеческой памяти — быстрота, оперативность воспроизведения хранящейся в ней информации. Но наша память не надёжна: человеку свойственно забывать информацию. Именно для более надёжного хранения информации человек использует внешние носители, организует внешние хранилища информации.

Виды внешних носителей менялись со временем: в древности это были камень, дерево, папирус, кожа и др. Долгие годы основным носителем информации была бумага. Развитие компьютерной техники привело к созданию магнитных (магнитная лента, гибкий магнитный диск, жёсткий магнитный диск), оптических (CD, DVD, BD) и других современных носителей информации.

В последние годы появились и получили широкое распространение всевозможные мобильные электронные (цифровые) устройства: планшетные компьютеры, смартфоны, устройства для чтения электронных книг, GPS-навигаторы и др. Появление таких устройств стало возможно, в том числе, благодаря разработке принципиально новых носителей информации, которые:

Обладают большой информационной ёмкостью при небольших физических размерах.
Характеризуются низким энергопотреблением при работе, обеспечивая наряду с этим высокие скорости записи и чтения данных.
Энергонезависимы при хранении.
Имеют долгий срок службы.

Название: ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР (ЦП). ЦЕНТРАЛЬНОЕ ПРОЦЕССОРНОЕ УСТРОЙСТВО (ЦПУ)
Назначение. Центральный процессор - это устройство компьютера, которое обеспечивает общее управление компьютером и осуществляет вычисления по хранящейся в ОЗУ программе.
ЦПУ 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 (МП), 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.
Процессоры, как и все электрические схемы, бывают разных типов. 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 стоит обозначение фирмы-изготовителя: i - Intel, AMD - AMD, CX - Cyrix.
Пример. i80486DX-50 указывает процессор типа 80486, изготовленный фирмой Intel, работающий с тактовой частотой 50 МГц.
Пользовательские характеристики:

К элементам архитектуры МП относятся:

система команд и способы адресации;
возможность совмещения выполнения команд во времени.

Основные характеристики некоторых процессоров

Наименование процессора	Год по явления на рынке	Разряд ность, бит	Тактовая частота, МГц	Технология изготовле ния, мкм	Количество транзисто ров, млн.
8086	1978	16	5	3,0	0,029
i486DX2	1992	32	50	0,8	1,2
Р5	1993	32	60	0,8	3,1
Р6 (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 и пр. Сопроцессор может быть как самостоятельным устройством и располагаться на материнской плате, так и встроенным в центральный процессор.

процессор;
микросхемы ОЗУ;
микросхемы кэш-памяти;
разъёмы (слоты) для установки карт расширения;
микросхема ПЗУ;
разъёмы для подключения накопителей (винчестера, дисководов флоппи-дисков, приводов CD-ROM);
последовательные порты для подключения периферийных устройств (мыши, модема, принтера, сканера и др.);
набор микросхем Chipset (чипсет) 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.

Название: ПЛАТЫ РАСШИРЕНИЯ.
Назначение. Платы расширения используются для упрощения подключения устройств ввода/вывода (УВВ). На этих платах установлены адаптеры УВВ.
Принцип действия. Платы расширения вставляются в унифицированные разъемы (слоты расширения), чаще всего располагающиеся на системной плате. Через эти разъёмы 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.
Платы расширения оборудованы собственным процессором и памятью.
Основные виды плат расширения:

видеокарта;
звуковая карта (soundblaster);
мультикарта;
сетевая карта (адаптер локальной сети).

Название: АДАПТЕР.
Назначение. Адаптер (от лат. adaptare - прилаживать) - электронная схема, обеспечивающая связь (сопряжение) периферийных устройств ПК с центральными (системными). Адаптер управляет периферийным устройством, контролирует правильность его работы (тогда он имеет второе название - контроллер), обеспечивает интерфейс устройств ввода/вывода.
Необходимость использования 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.

Заполняем пробелы — расширяем горизонты!

Мы давно уже привыкли к персональным компьютерам (сокращенно ПК). Включаем их и работаем, ни мало не задумываясь над тем, как они устроены и как происходит обработка информации на компьютере.

Все это благодаря тому, что разработчики ПК и программного обеспечения к ним научились создавать надежные продукты, которые не дают нам повода лишний раз задуматься над устройством компьютера или обслуживающих его программ.

Случай на экзамене
Профессор. Как работает трансформатор?
Студент. У-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у…

Вероятно, читателям блога небезынтересно узнать о принципах работы компьютера и программного обеспечения.

Обработка информации на компьютере: основные этапы

Компьютер изначально был задуман для автоматизации процессов обработки информации. Он устроен соответствующим образом, чтобы иметь все возможности для успешного выполнения своего предназначения.

Для того чтобы обрабатывать в компьютере информацию, с ней необходимо делать следующие основные операции:

1) вводить информацию в компьютер:

Эта операция нужна для того, чтобы компьютеру было что обрабатывать. Без возможности ввода информации в компьютер он становится как бы вещью в себе.

2) хранить введенную информацию в компьютере:

Очевидно, что если дать возможность вводить информацию в компьютер, то надо также иметь возможность эту информацию в нем хранить, и затем использовать в процессе обработки.

3) обрабатывать введенную информацию:

4) хранить обработанную информацию

Так же как и с хранением введенной информации, в компьютере должны храниться результаты его работы, результаты обработки входных данных с тем, чтобы в дальнейшем ими можно было бы воспользоваться.

5) выводить информацию из компьютера

Эта операция позволяет вывести результаты обработки информации в удобочитаемом для пользователей виде. Именно эта операция дает возможность воспользоваться результатами обработки информации на компьютере. Иначе эти результаты обработки так и остались бы внутри компьютера, что сделало бы их получение совершенно бессмысленным.

Что такое обработка информации на компьютере

Самое важное умение компьютера – это обработка информации. Прелесть компьютера как раз и состоит в том, что он может информацию преобразовывать. Все устройство компьютера обусловлено требованием обработки информации в кратчайшие сроки, наиболее быстрым способом.

Под обработкой информации на компьютере можно понимать любые действия, которые преобразуют информацию из одного состояния в другое.

Соответственно, компьютер имеет специальное устройство, называемое процессором, которое предназначено исключительно для чрезвычайно быстрой обработки данных, со скоростями, доходящими до миллиардов операций в секунду.

Оперативная память (ОЗУ)

Требуемые для обработки данные процессор получает (берет) из оперативной памяти.

Оперативная память — это устройство, которое предназначено для ВРЕМЕННОГО хранения как входных, так и выходных данных.

Там же в оперативной памяти находится и место для хранения промежуточных данных, формируемых в процессе обработки информации. Таким образом, процессор как получает данные из оперативной памяти, так и записывает обработанные данные в эту память. Там информация хранится временно, до тех пор, пока она находится в обработке.

Наконец, для ввода и вывода данных к компьютеру подключаются внешние устройства ввода-вывода, которые позволяют ВВОДИТЬ информацию, подлежащую обработке, и ВЫВОДИТЬ результаты этой обработки.

Внешний винчестер, внешнее DVD-устройство, флешка, клавиатура, мышь

Процессор и оперативная память работают с одинаково большой скоростью. Как уже говорилось выше, скорость обработки информации может составлять многие миллионы и миллиарды операций в секунду. Никакое внешнее устройство ввода и вывода информации не может работать на таких скоростях.

Поэтому для их подключения в компьютере предусмотрены специальные контроллеры устройств ввода-вывода. Их задача состоит в том, чтобы согласовать высокие скорости работы процессора и оперативной памяти с относительно низкими скоростями ввода и вывода информации.

Эти контроллеры подразделяются на специализированные, к которым могут быть подключены только специальные устройства, и универсальные. Примером специализированного устройства контроллера служит, например, видеокарта, которая предназначена для подключения к компьютеру монитора.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Описание презентации по отдельным слайдам:

Процессоры, платы
27.12.2020
Устройства обработки информации

Центральный процессор (ЦП), центральное процессорное устройство (ЦПУ)
Устройство компьютера, которое обеспечивает общее управление компьютером и осуществляет вычисления по хранящейся в ОЗУ программе.

В современных ПК 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 устройства управления (УУ).

Выполнение процессором программ предусматривает:

Арифметические действия;
Логические операции;
Передачу управления;
Перемещение данных из одного места памяти в другое.

Процессоры, как и все электрические схемы, бывают разных типов.
Для ПК обозначение ЦПУ начинается с 80, а затем следуют две или три цифры, после которых может быть указана тактовая частота процессора.
Перед обозначением типа процессора чаще всего стоит обозначение фирмы-изготовителя:
i – Intel, AMD - AMD, CX – Cyrix.

i80486DX-50
указывает процессор типа 80486, изготовленный фирмой Intel, работающий с тактовой частотой
50 МГц.

Основные пользовательские характеристики
Степень интеграции микросхемы – показывает, сколько транзисторов может в ней уместиться;
Тактовая частота – определяется максимальным временем выполнения элементарной операции в МП;
Адресное пространство – разрядность адресной шины определяет количество ячеек ОЗУ, к которым может адресоваться ЦПУ;
Разрядность – максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться одновременно.
Архитектура МП – принцип действия МП, состав и взаимное соединение его основных узлов.

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 тригонометрических функций и пр. Сопроцессор может быть как самостоятельным устройством и располагаться на материнской плате, так и встроенным в ЦП.

Основные компоненты материнской платы
Процессор;
Микросхемы ОЗУ;
Микросхемы кэш-памяти;
Разъемы (слоты) для установки карт расширения;
Микросхема ПЗУ;
Разъемы для подключения накопителей;
Последовательные порты для подключения ПУ;
Набор микросхем Chipset (чипсет) для управления обменом данными между всеми компонентами компьютера;
Аккумуляторная батарея для питания микросхемы памяти, в которой хранятся текущие настройки BIOS.

Платы расширения
Используются для упрощения подключения устройств ввода/вывода (УВВ). На этих платах установлены адаптеры УВВ.
Как правило, платы расширения оборудованы собственным процессором и памятью.

Основные виды плат расширения:
Видеокарта;
Звуковая карта (SoundBlaster);
Мультикарта;
Сетевая карта (адаптер локальной сети).

Адаптер
От лат. adaptare – прилаживать.
Электронная схема, обеспечивающая связь 9сопряжение) ПУ ПК с центральными (системными).
Адаптер управляет ПУ, контролирует правильность его работы (тогда он имеет второе название – контроллер), обеспечивает интерфейс устройств ввода/вывода.

Читайте также: