Яшин В.Н. Информатика: аппаратные средства персонального компьютера Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

ИнформатИка:

аппаратные средства

персонального

компьютера

Допущено

Учебно-методическим объединением по образованию

в области прикладной информатики в качестве

учебного пособия для студентов высших учебных заведений,

обучающихся по специальности «Прикладная информатика

(по областям)» и другим специальностям

Москва

ИНФРА-М

2008

Учебное пособИе

в.н. Яшин

Финансовая академия при Правительстве Российской Федерации

Яшин В.Н.

Информатика: аппаратные средства персонального

компьютера: Учеб. пособие / – М.: ИНФРА-М, 2008. —

254 с. — (Высшее образование).

ISBN 978-5-16-003190-3

Рассмотрены основы информатики и описаны современные аппарат-

ные средства персонального компьютера. Сформулированы подходы к

определению основных понятий в области информатики и раскрыто их

содержание. Дана классификация современных аппаратных средств пер-

сонального компьютера и приведены их основные характеристики. Все

основные положения иллюстрированы примерами, в которых при решении

конкретных задач используются соответствующие программные сред-

ства.

Рекомендуется для подготовки по дисциплине «Информатика». Для

студентов, аспирантов, преподавателей вузов и всех интересующихся

вопросами современных информационных технологий.

ББК 22.18я73

Я96

УДК

681.3.06(075.8)

ББК 22.18я73

Я96

ISBN 978-5-16-003190-3

Реце н з е н т ы:

д-р экон. наук, д-р техн. наук, профессор кафедры «Математиче-

ские методы в экономике», зав. лабораторией «Информационные

технологии в экономике и управлении» Самарского государственного

аэрокосмического университета Семенычев В.В.;

канд. техн. наук, профессор кафедры «Информатика и математика»

Самарского института (филиала) «Государственный торгово-эконо-

мический университет» Мотов В.В.



Предисловие

Учебное пособие предназначено для подготовки специалистов

экономического профиля в соответствии с Государственным стан-

дартом в области общих математических и естественно-научных

дисциплин по базовой дисциплине «Информатика» (ЕН.Ф.02),

предусмотренной учебными планами высших учебных заведений,

занимающихся подготовкой специалистов в области экономики.

Основная цель данного учебного пособия — возможность при-

обретения студентами теоретических и практических знаний в

области основ информатики и аппаратных средств персонального

компьютера, который является одним из базовых компонентов

любой современной информационной системы. Одной из частных

целей является преодоление негативной тенденции, связанной с

поверхностным рассмотрением вопросов, касающихся аппаратных

средств персональных компьютеров. Считается, что в области ин-

формационных технологий для специалиста экономического про-

филя наиболее важны знания в узкой области программного обес-

печения, связанного с его непосредственной деятельностью,

а вопросы аппаратного обеспечения должны решать за него техни-

ческие специалисты. С одной стороны, это оправдано, поскольку

реализуется принцип разделения труда, но, с другой — техничес-

кий прогресс в области информатики и информационных техно-

логий требует от специалистов экономического профиля отслежи-

вать состояние и тенденции развития аппаратных средств, по-

скольку эффективное решение многих экономических задач

опирается на аппаратные средства персонального компьютера.

Кроме того, многим студентам, обучающимся на различных эко-

номических специальностях, из-за отсутствия соответствующей

базовой подготовки по информатике и зачастую в связи с нехват-

кой времени, бывает достаточно трудно разобраться в сложных

вопросах технического устройства персонального компьютера,

решение которых нужно искать в различных литературных источ-

никах. В данном учебном пособии обобщены и систематизированы

необходимые студентам сведения.

Первая глава посвящена рассмотрению таких понятий, как ин-

формация, информационный процесс и информационная система,

с современных позиций информатики. Рассмотрены существу-

ющие подходы к определению количества информации и единицы

ее измерения.

Вторая глава связана с рассмотрением вопросов, касающихся

кодирования информации с помощью систем счисления. Рассмот-

рены системы счисления, применяемые при компьютерной обра-

ботке информации, арифметические операции над числами в раз-

личных системах счисления, и показано, как кодируются числа в

компьютере.

Третья глава посвящена кодированию текстовой и графической

информации, показаны способы ее кодирования и их отличия.

В четвертой главе рассмотрены логические основы компьютер-

ной техники: логические переменные и логические операции; ос-

новные законы алгебры логики и правила преобразования логи-

ческих выражений; логические функции и таблицы истинности;

логические схемы и их синтез.

В пятой главе, посвященной структурной организации и аппа-

ратным средствам персонального компьютера, рассмотрены во-

просы классификации компьютеров, структуры персонального

компьютера и его аппаратных средств, определения состава и ха-

рактеристик оборудования персонального компьютера.

В шестой главе рассматривается компьютерная организация

данных и их обработка. Даны основные определения и понятия

информации и данных, приведены типы и структуры данных, по-

казана организация данных на устройствах с прямым и последова-

тельным доступом, рассмотрены файлы данных, файловые струк-

туры и системы. Описаны технические средства, используемые в

качестве накопителей информации. В конце каждой главы приве-

дены примеры и упражнения для самостоятельного выполнения,

которые могут быть использованы при проведении практических

занятий.

Для решения задач в многочисленных примерах часто привле-

каются различные компьютерные программные средства, приве-

дено их описание и применение. Такой подход способствует фор-

мированию убеждения в необходимости оптимального выбора

программных и аппаратных средств персонального компьютера

при решении конкретных задач, а также позволяет приобрести

навыки при работе с этими программными средствами.

Автор выражает глубокую признательность доценту А.А. Тихо-

мирову, профессору В.В. Мотову, доценту В.А. Лукиных,

Е.М. Бородавкиной за критические замечания и советы, высказан-

ные в ходе подготовки данного учебного пособия, а также доценту

Б.Н. Леонтьеву за поддержку и помощь при его написании.



Глава 1

Информация, информационные

процессы и системы

1.1. Понятия информации,

информационного Процесса

и информационной системы

Понятия «информация», «информационный процесс» и «ин-

формационная система» являются основополагающими в курсе

информатики, поэтому их формирование было и остается сложной

проблемой, связанной в первую очередь с различными мировоз-

зренческими подходами как отдельных авторов, так и представи-

телей различных научных направлений и школ. Информация как

научная категория — предмет изучения многих научных дисцип-

лин: философии, информатики, физики, биологии и т.д. Инфор-

мация, материя, энергия являются базовыми научными категори-

ями, для которых не существует строгих научных определений,

поэтому их заменяют соответствующими понятиями, и попытки

выразить одно базовое понятие через другое нельзя считать успеш-

ными. Слово «информация» происходит от латинского слова infor-

matio, что в переводе означает «сведение, ознакомление, разъясне-

ние». Дословная трактовка означает то, что присуще человеческо-

му сознанию и общению и не отражает многообразия свойств

информации, которое проявляется не только на уровне общения

между людьми, но и на уровне живой и неживой природы, включая

и технические устройства, созданные человеком.

Существует достаточно много различных определений понятия

«информация», но ни одно из них не может быть принято в каче-

стве основного, поскольку все они отражают только отдельные

свойства информации, к которым можно отнести:

дуализм — свойство информации, которое характеризует ее

двойственность. С одной стороны, она объективна, так как не

зависит от воспринимаемого ее объекта, а с другой — субъек-

тивна, поскольку может трактоваться субъектами по-разному;

достоверность — свойство информации, которое характеризует

степень соответствия информации реальному объекту с задан-

ной точностью;

•



адекватность — свойство информации, которое устанавливает

соответствие создаваемого с помощью информации образа ре-

альному объекту, процессу или явлению и т.д.

Этот ряд свойств информации может быть продолжен. Однако

здесь наиболее важно отметить следующее: совокупность свойств

информации, характеризующих степень ее соответствия потреб-

ностям пользователей, называется качеством информации [1].

При определении понятия информации целесообразно исполь-

зовать подход, нашедший применение в теории информации и

основанный на введении соответствующих ограничений на сово-

купность свойств информации, проявляющихся при взаимодей-

ствии объектов, организованных в систему.

Введем общее ограничение, при котором будем рассматривать

свойства информации, проявляющиеся только на уровне челове-

ческого сознания.

Если не принимать во внимание такие свойства информации,

как смысловое содержание, полезность, актуальность и т.д., то при

определении понятия информации можно ограничиться только

вероятностным (энтропийным) уровнем рассмотрения этого по-

нятия. (Этот уровень рассмотрения называют также синтаксичес-

ким.) На данном уровне устанавливаются внешние характеристи-

ки информации независимо от ее смыслового содержания и харак-

тера использования. При таком рассмотрении под информацией

следует понимать меру устранения неопределенности в отношении

интересующего нас исхода или, что то же самое, информация есть

снятая неопределенность при осуществлении выбора из множества

альтернатив.

Если принять во внимание только свойство информации, свя-

занное с ее смысловым содержанием, то при определении понятия

информации можно ограничиться смысловым или семантическим

уровнем рассмотрения этого понятия. В этом случае под инфор-

мацией следует понимать меру, связывающую ее смысловое содер-

жание со способностью человека ее осмыслить.

Если принять во внимание только свойство информации, свя-

занное с ее полезностью, то при определении понятия информации

можно ограничиться прагматическим уровнем рассмотрения.

В этом случае под информацией можно понимать меру достижения

потребителем информации (человеком) поставленной практичес-

кой цели.

•



Таким образом, принципиально может существовать бесконеч-

но много уровней ограничений и соответственно понятий инфор-

мации. Данный вывод не содержит противоречий, поскольку учи-

тывает одно из основных свойств информации быть всеобъемлю-

щей. Если постулировать данное свойство, т.е. принять его как

всеобщее свойство материи, связанное с отражением (материалис-

тический подход), то можно говорить о существовании информа-

ционного поля, для которого необходимо наличие соответству-

ющих условий.

К таким условиям можно отнести наличие:

а)

источника информационного поля;

б) среды распространения информационного поля (канала пе-

редачи);

) материальных посредников распространения информаци-

онного поля;

г) приемника информационного поля.

В качестве источника информационного поля могут выступать

естественные природные источники, т.е. явления живой и неживой

природы, и искусственные источники, созданные человеком. На-

личие источника информационного поля — необходимое условие

для возникновения и существования информационного поля.

Среда распространения разделяется на среду с распределенны-

ми параметрами (естественные природные среды — воздушные,

водные и др.) и среду с сосредоточенными параметрами (искусст-

венные каналы передачи), созданные человеком. Наличие среды

распространения информационного поля — также необходимое

условие для возникновения и существования информационного

поля.

В качестве материальных посредников распространения инфор-

мационного поля можно выделить естественных (природных) и

искусственных посредников, к которым можно отнести знаки,

сигналы и сообщения. Существует достаточно много определений

этих понятий, однако остановимся на их трактовке исходя из пред-

ставлений, выработанных семиологией — наукой, изучающей зна-

ковые системы.

Знак, или символ, можно рассматривать как некий чувственно

воспринимаемый объект, который условно представляет и отсы-

лает к обозначаемому им предмету, явлению, событию или дей-

ствию. Если придерживаться этого определения, то между знаком

(символом) и обозначаемым им предметом (референтом) устанав-



ливается условная связь в виде понятия (референции) об этом

предмете, которую можно представить с помощью известного тре-

угольника Огдена и Ричардса (рис. 1.1).

Связь между знаком и предметом условна (на рис. 1.1 она пока-

зана пунктирной линией), поскольку прямой связи между ними

нет. В действительности существуют знаки (символы), у которых

есть понятия, но нет предмета, например некоторые знаки Зодиа-

ка (Водолей, Стрелец), мифологические персонажи (Единорог)

и т.д.

Сигнал можно рассматривать как материальный носитель, с

помощью которого передаются характеристики информационно-

го поля. В общем случае под сигналом следует понимать физичес-

кий процесс, представленный в той или иной материально-энер-

гетической форме (электрической, световой, звуковой и т.д.) и

распространяющийся в определенной среде. Сигналу как процес-

су свойственны непрерывность и дискретность во времени, т.е.

сигналы могут быть непрерывными или дискретными. Для пере-

дачи характеристик информационного поля сигнал как материаль-

ный носитель подвергается модуляции, т.е. определенному воздей-

ствию со стороны этих характеристик. Кроме того, на сигнал может

воздействовать и сама среда распространения сигнала в виде не-

благоприятного воздействия — помехи. Свойства сигналов изуча-

ется в отдельном разделе кибернетики — теории сигналов и це-

пей.

Сообщение можно отнести к основной характеристике инфор-

мационного поля. Оно является формой представления информа-

ционного поля в виде совокупности знаков, которое передается с

помощью сигналов от источника к приемнику. Сообщение как

форма представления информационного поля подвергается соот-

ветствующему кодированию с помощью различных знаковых сис-

тем. Примерами сообщений могут быть телеграммы, речь, музыка,

Рис. 1.1. Треугольник Огдена и Ричардса



телевизионное изображение, данные на выходе вычислительных и

измерительных систем и т.д.

В качестве приемника информационного поля могут выступать

естественные природные приемники, т.е. объекты живой и нежи-

вой природы, и искусственные приемники, созданные человеком

и соответствующим образом настроенные на прием. В качестве

приемника информационного поля может выступать непосред-

ственно и сам человек. Наличие приемника информационного

поля не является необходимым условием для возникновения и

существования информационного поля, поскольку оно существует

объективно, т.е. независимо от нас, и необязательно подлежит

осмыслению.

Таким образом, в общем случае коммуникативный процесс

между источником и приемником сообщений можно представить

в виде структурной схемы (рис. 1.2).

В подтверждение тому, что существует много различных поня-

тий информации, приведем еще одно, сформулированное на ос-

нове условий существования информационного поля: информация

есть свойство информационного поля, которое проявляется при

обязательном выполнении всех условий его возникновения и су-

ществования.

Говоря об информационном поле, необходимо также заметить,

что ему присущи многообразие видов и форм представления, на-

личие энергетических, геометрических (пространственных), вре-

менных и других характеристик, а также изменение этих характе-

ристик под воздействием неблагоприятных факторов (помех).

Рис. 1.2. Коммуникативный процесс

между источником и получателем сообщений

Многообразие видов информационного поля приводит и к мно-

гообразию видов самой информации. Для выявления определен-

ных видов информации необходимо согласно существующим

методам классификации применить тот или иной классификаци-

онный признак (критерий) для их разграничения. Таких класси-

фикационных признаков может быть достаточно много. В табл. 1.1

приведены некоторые из них и соответствующие им виды инфор-

мации.

Приведенные в табл. 1.1 виды информации могут образовывать

иерархические структуры, для которых характерно расположение

видов информации в порядке от высокого уровня к низкому. На-

пример, по области возникновения (классификационный признак

первого уровня) различают: механическую (отражающую процес-

сы и явления неживой природы), биологическую (отражающую

процессы и явления живой природы) и социальную (отражающую

процессы и явления в человеческом обществе). Социальную ин-

формацию в свою очередь по назначению (классификационный

признак второго уровня) можно разделить на три вида: массовую,

специальную и личную. Если использовать классификационный

признак третьего уровня (специфика проявления), то массовый и

специальный вид информации можно разделить на подвиды. Так,

массовую информацию можно представить в виде общественно-

политической и научно-популярной, а специальную — в виде на-

учной, технической, экономической и управляющей [2].

Таким образом, может существовать достаточно много класси-

фикационных признаков и соответствующих им видов информа-

ции.

Поскольку данное учебное пособие ориентировано в основном

на студентов экономических специальностей, приведем здесь одно

Таблица 1.1

Классификационный признак Вид информации

1. Область возникновения Механическая, биологическая, социальная

Тип материального

носителя

Документальная, речевая, телекоммуника-

ционная



. Форма представления Аналоговая, дискретная

Форма проявления в

задачах управления

Осведомляющая, управляющая и т.д.

…………………………………....... …………………………………………………….......