Файл: Диалектическое единство методов и данных в информационном процессе.pdf

Сбор информации – это деятельность субъекта, в ходе которой он получает сведения об интересующем его объекте. Способы сбора информации могут быть разные, что нужно обсудить для объектов живой, неживой природы, общества, техники.

Обмен информацией – это процесс, в ходе которого источник информации ее передает, а получатель ее получает. Если в передаваемых сообщениях обнаружены ошибки, то организуется повторная передача этой информации. В результате обмена информацией между источником и получателем устанавливается своеобразный «информационный баланс», при котором в идеальном случае получатель будет располагать той же информацией, что и источник.

Обмен информации производится с помощью сигналов, являющихся ее материальным носителем. Источниками информации могут быть любые объекты реального мира, обладающие определенными свойствами и способностями. Если объект относится к неживой природе, то он вырабатывает сигналы, непосредственно отражающие его свойства. Если объектом-источником является человек, то вырабатываемые им сигналы могут не только непосредственно отражать его свойства, но и соответствовать тем знакам, которые человек вырабатывает с целью обмена информации. Привести примеры.

Принятую информацию получатель может использовать неоднократно. С этой целью он должен зафиксировать ее на материальном носителе. Процесс формирования исходного, несистематизированного массива информации называют накоплением информации.

Хранение информации – это процесс поддержания исходной информации в виде, обеспечивающем выдачу данных по запросам конечных пользователей в установленные сроки.

Составляющие информационного процесса обеспечиваются наличием информационной системы, складывающейся из источника информации, канала связи, по которому информация в форме материально-энергетического сигнала может поступить к потребителю, а также некоторого соглашения (кода), которое позволит потребителю установить смысл воспринятого сообщения. Источник и приемник – относительные понятия, могут меняться в зависимости от конкретных условий. Канал передачи информации характеризуется скоростью передачи данных, надежностью канала, достоверностью передаваемой информации.

Таким образом, информационные процессы имеют общие черты в живой природе, обществе и технике (докажите самостоятельно). Всей неживой природе информационный процесс не свойственен – ни камню, ни умершему живому организму. При воздействии окружающей среды на них могут происходить различные физико-химические изменения, но здесь нет информационной системы, обеспечивающей все составляющие информационного процесса. В неживой природе, рассматривая информационные процессы, можно говорить лишь о технике, которая моделирует некоторые действия человека и способна в этих случаях заменить его.

Таким образом, важным выводом должно стать, что информационные процессы, одинаково определяемые, присущи живой природе и технике.

Что касается человеческого общества, то оно немыслимо без информационных процессов, и здесь определяющую роль в информационной системе, обеспечивающей составляющие информационного процесса, играет язык.

Существуют следующие виды обработки информации:

• получение новой информации из данной путем математических вычислений или логических рассуждений (например, решение математической задачи);
• изменение формы представления информации без изменения ее содержания (кодирование текста);
• упорядочение (сортировка) информации (сортировка списка класса в алфавитном порядке по фамилиям учеников);
• поиск нужной информации в некотором информационном массиве (поиск номера телефона в телефонной книге)

Изучая информационные системы в живой природе и в обществе, человек пытается создать кибернетическую систему, способную выполнять за человека некоторые функции, связанные с переработкой информации и управлением этим процессом.

Кибернетическая система может рассматриваться как совокупность двух систем: объекта управления и управляющей системы. При этом, под управлением понимается процесс целенаправленного воздействия на объект управления, который обеспечивает требуемое поведение или работу. Управлять можно, используя два основных принципа управления, что и определяет тип системы управления: разомкнутые и замкнутые.

Замкнутые системы управления, в отличие от разомкнутых, отличаются тем, что управляющий не только отдает команды, но и принимает информацию от объекта управления о его состоянии и состоянии внешней среды, т.е. существует обратная связь. Канал передачи такой информации носит название канала обратной связи. Система управления с обратной связью называются замкнутыми системами управления, а системы управления, не имеющие корректирующей обратной связи, - разомкнутыми.

Можно утверждать, что при наличии обратной связи управление – это информационное взаимодействие между объектом управления и управляющей системой. Принцип замкнутой системы управления, или принцип управления с обратной связью, лежит в основе действия большинства современных систем автоматического управления, в том числе компьютера.

Восьмеричная система счисления. Основанием восьмеричной системы является ряд степени числа 8. Разрядность системы m = 8. В восьмеричной системе счисления 8 цифр (от 0 до 7). Возьмем, к примеру, восьмеричное число 573Q (Q–идентификатор восьмеричной системы счисления). Число, состоит из трех цифр - трехзначное, т.е. n = 3. Используя выше приведенную формулу, получим десятичное число.

N(8) = 3*80 + 7*81 + 5*82 = 379,

т.е. восьмеричное число 573Q = десятичному числу 379.

Шестнадцатеричная система счисления . Основанием шестнадцатеричной системы является ряд степени числа 16. Разрядность системы m = 16. В шестнадцатеричной системе счисления 16 цифр (от 0 до F), первые десять цифр от 0 до 9 совпадают с цифрами десятичной системы, а затем идут цифры: A – цифра десять; B – цифра одиннадцать; C – цифра двенадцать; D – цифра тринадцать; E – цифра четырнадцать; F – цифра пятнадцать. Возьмем, к примеру, шестнадцатеричное число 1A7H (H–идентификатор шестнадцатеричной системы счисления). Число, состоит из трех цифр - трехзначное, т.е. n = 3. Используя выше приведенную формулу, получим десятичное число.

N(16) = 7*160 + 10*161 + 1*162 = 423,

т.е. шестнадцатеричное число 1A7H = десятичному числу 423.

Каждый раз, вычисляя число N(m) по приведенной выше формуле мы получаем число в десятичной системе. Таким образом, числа из 2-ой, 8-ой и 16-ой системы мы переводили в десятичную систему счисления.

Центральный процессор, системные шины.

Процессор , иначе, центральный процессор – Central Processing Unit (CPU) – это основной элемент компьютера, в современных компьютерах представляет собой сверхбольшую интегральную схему, реализованную на одном полупроводниковом кристалле. Процессор это программно управляемое устройство обработки информации, в котором производятся все вычисления.

Для современных процессоров характерно:

-¾ простота производства, что обеспечивается единой технологией производства;

-¾ низкая стоимость, так производство современных процессоров является массовым;

-¾ малые габариты, современный микропроцессор имеет площадь несколько квадратных сантиметров, размер одной стороны всего несколько миллиметров

-¾ высокая надежность;

-¾ малое потребление энергии.

Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти. Внутренние ячейки процессора называют регистрами . Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в регистрах. Среди регистров процессора есть и такие, которые в зависимости от содержания способны модифицировать исполнение команд. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано исполнение программ.

С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами . Основных шин три.

Адресная шина . Комбинация из нолей и единиц в этой шине образует адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. В процессоре эта шина связана с регистром, который называют «программный счетчик». Регистр «программный счетчик» всегда содержит адрес оперативной памяти, из которого считывается текущая, то есть выполняемая в данный момент процессором, команда.

Шина данных . По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора для обработки, и после выполнения над ними необходимых действий, запись их обратно из процессора в оперативную память.

Шина команд . Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды. Он должен знать, что следует делать с теми байтами, которые хранятся в его регистрах. Эти команды поступают в процессор тоже из оперативной памяти, в регистр процессора, который называют «регистр команд». Команды тоже представлены в виде байтов.

В процессе работы процессор обслуживает данные. Находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора. Часть данных он интерпретирует непосредственно как данные, часть – как адресные данные, а часть – как команды. Совокупность всех возможных команд процессора, которые может выполнить процессор над данными, образует так называемую систему команд процессора. Процессоры, относящиеся к одному семейству, имеют близкие системы команд.

Таким образом, в процессе работы процессор выполняет следующие функции:

-¾ чтение и дешифрация команд из основной памяти;

-¾ чтение данных из оперативной памяти и регистров на адаптерах внешних устройств;

-¾ прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;

-¾ обработку данных и их запись в оперативную память и регистры адаптеров внешних устройств;

-¾ выработку управляющих сигналов для всех узлов и блоков персонального компьютера.

Часто различают процессоры CISC (Common Instruction Computer процессоры с полным набором команд) и RISC (Reduced Instruction Set Computer - процессоры с сокращенным набором команд).

Основные характеристики процессора.

Разрядность процессора. Это число двоичных разрядов, одновременно обрабатываемых при выполнении одной команды. В настоящее время в основном работают 64-разрядные процессоры. Очевидно, что чем больше разрядность, тем выше производительность процессора.

Производительность процессора определяется также скоростью выполнения команд программы. Поскольку время исполнения разных команд существенно варьируется, то для характеристики производительности процессора используют тактовую частоту.

Тактовая частота . В основе работы процессора лежит тактовый принцип, что и в обычных часах. Тактовый период – это время, за которое в процессоре, в одной ячейке памяти (бите) может произойти смена данных (т.е. ноль обратится в единицу или единица в ноль). Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. В персональном компьютере тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессорный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате. Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем выше его производительность, но строгой зависимости нет.

Система команд. В составе команд современного процессора, как правило, присутствуют арифметические и логические команды над числами с фиксированной и плавающей запятой, а также дополнительные команды, реализующие обработку графических, видео- и аудиоданных. В предшествующих моделях для реализации таких команд нужно было создавать программу, включающую несколько десятков или сотен машинных команд. За счет этого соответствующие действия выполняются намного быстрее. Общее количество команд, реализуемых современным процессором, достигает нескольких сотен.

Наличие и характеристики кэш-памяти.

Кэш-память в процессорах используется для ускорения доступа к данным, размещенным в ОЗУ. Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область – так называемую кэш-память. В общем случае кэш-память – это определенным способом организованная память - место, куда помещается информация, подготовленная для использования каким - либо устройством. (В данной ситуации это сверхоперативная память, но кэш может быть создан и другими микросхемами памяти, например кэш-память между оперативной памятью и жестким диском ускоряет обмен информацией между этими устройствами).

Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор заносит его одновременно и в кэш-память.

Обычно используется кэш-память первого и второго уровня. Кэш-память первого уровня имеет меньший объем, чем кэш-память второго уровня, но она размещается непосредственно в процессоре и потому намного быстрее. Различия между процессорами Pentium и Celeron состоят главным образом в том, что у первых размеры кэш-памяти существенно больше. У процессоров серии Хеоп, предназначенных для серверов, кэш-память еще больше. С каждым новым поколением процессоров кэш-память увеличивается, и таким образом увеличивается производительность компьютера.