Получатель информации оценивает ее в зависимости от того, где и для чего она будет использована. Поэтому информация имеет свойство относительности и имеет разную ценность для разных получателей.

Тема 2. Компьютерные технологии обработки информации

Машины фон-Неймановского типа

В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине, Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров. Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман. Расскажем поэтому об этих принципах. Как работает компьютер, или принципы фон Неймана.

В своем докладе Джон фон Нейман описал, как должен быть устроен компьютер для того, чтобы он был универсальным и эффективным устройством для обработки информации.

Устройства компьютера

В основу построения подавляющего большинства ЭВМ положены общие принципы, сформулированные в 1945 году Джоном фон Нейманом.

Прежде всего, компьютер должен иметь следующие устройства:

арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;

устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;

запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;

внешние устройства для ввода-вывода информации.

Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.

Вот каковы должны быть связи между устройствами компьютера (одинарные линии показывают управляющие связи, двойные -- информационные).

Принципы работы компьютера

В основе работы компьютера лежат следующие принципы:

Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.

Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Как правило, после выполнения одной команды устройство управления начинает выполнять команду из ячейки Памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Эти команды указывают устройству управления, что ему следует продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в некоторой другой ячейке памяти. Такой «скачок», или переход, в программе может выполняться не всегда, а только при выполнении некоторых условий, например, если некоторые числа равны, если в результате предыдущей арифметической операции получился пуль и т.д. Это позволяет использовать одни и те же последовательности команд в программе много раз (т.е. организовывать циклы), выполнять различные последовательности команд в зависимости от выполнения определенных условий и т.д., т.е. создавать сложные программы. Таким образом, управляющее устройство выполняет инструкции программы автоматически, т.е. без вмешательства человека. Оно может обмениваться информацией с оперативной памятью и внешними устройствами компьютера. Поскольку внешние устройства, как правило, работают значительно медленнее, чем остальные части компьютера, управляющее устройство может приостанавливать выполнена программы до завершения операции ввода-вывода с внешним устройством. Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит к ожиданию каких-либо сигналов внешних устройств.

Особенности современных компьютеров. Следует заметить, что схема устройства современных компьютеров несколько отличается от приведенной выше. В частности, арифметическо-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в единое устройство -- центральный процессор. Кроме того, процесс выполнения программ может прерываться для выполнения неотложных действий связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компьютера -- прерываний. Многие быстродействующие компьютеры осуществляют параллельную обработку данных на нескольких процессорах. Тем не менее, большинство современных компьютеров в основных чертах соответствуют принципам, изложенным фон Нейманом.

Представление информации в компьютере

Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (например, звуки, изображения, показания приборов и т.д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Например, чтобы перевести в цифровую форму музыкальный звук, можно через небольшие промежутки времени измерять интенсивность звука на определенных частотах, представляя результаты каждого измерения в числовой форме. С помощью программ для компьютера можно выполнить преобразования полученной информации, например «наложить» друг на друга звуки от разных источников. После этого результат можно преобразовать обратно в звуковую форму,

Аналогичным образом на компьютере можно обрабатывать и текстовую информацию. При вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешние устройства (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся соответствующие изображения букв. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов.

Как правило, все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц (а не десяти цифр, как это привычно для людей). Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом их устройство получается значительно более простым. Ввод чисел в компьютер и вывод их для чтения человеком может осуществляться в привычной десятичной форме -- все необходимые преобразования могут выполнить программы, работающие на компьютере.

Единицей информации в компьютере является один бит, т.е. двоичный разряд, который может принимать значение 0 или 1. Как правило, команды компьютеров работают не с отдельными битами, а с восемью битами сразу. Восемь последовательных битов составляют байт. В одном байте можно закодировать значение одного символа из 256 возможных (256=2). Более крупными единицами информации являются килобайт (сокращенно обозначаемый Кбайт), равный 1024 байтам (1024=2), и мегабайт (сокращенно обозначаемый Мбайт), равный 1024 Кбайтам

Когда фон Нейман впервые предложил хранить последовательность инструкций, так называемые программы, в той же памяти, что и данные, это была поистине новаторская идея. Опубликована она в "First Draft of a Report on the EDVAC" в 1945 году. Этот отчет описывал компьютер состоящим из четырех основных частей: центрального арифметического устройства, центрального управляющего устройства, памяти и средств ввода-вывода.

Сегодня, с таким колоссальным развитием ИТ-технологий и массовой компьютеризацией нашей планеты, когда компьютеры становятся нашим незаменимым помощником, все больше внедряясь в повседневную жизнь человека, принципы архитектуры компьютера остаются неизменными еще с того момента, как знаменитый математик Джон фон Нейман в 1945 году подготовил доклад об устройстве и функционировании универсальных вычислительных устройств, то есть компьютеров.

Компьютеры начинают затрагивать жизнь каждого человека. Если вы заболеете, и если вас направят в больницу, то попав туда, вы окажетесь в мире, где от компьютеров зависят жизни людей (в части современных больниц вы даже встретите компьютеров больше, чем самих пациентов, и это соотношение будет со временем расти, перевешивая число больных). Постепенно изучение компьютерной техники пытаются вводить в программы школьного обучения как обязательный предмет, чтобы ребёнок смог уже с довольно раннего возраста знать строение и возможности компьютеров. Даже в начальной школе компьютеры внедряются для изучения курсов элементарной математики и физики. Сами микропроцессоры получили не менее широкое распространение чем компьютеры -- они встраиваются в кухонные плиты для приготовления пищи, посудомоечные машины и даже в часы. Очень широкое распространение получили игры, построенные на основе микропроцессоров. Сегодня игровая индустрия занимает очень большую часть рынка, постепенно вытесняя с него другие раз влечения детей. Но для детского организма очень вредно сидеть часами за монитором и отчаянно нажимать на клавиши, так как у ребёнка может развиться своеобразная болезнь -- когда у него только одно на уме - компьютер, и больше ничего. Дети с такой болезнью обычно становятся агрессивными, если их начинают ограничивать в доступе к играм. У таких детей сразу пропадает какое-либо желание делать что-то, что не относится к компьютеру и что им не интересно -- так они начинают забрасывать свою учёбу, что ведёт к не очень хорошим последствиям. Уже сейчас компьютеры могут чётко произносить различные фразы, словосочетания, проигрывать музыку и.т.д. Человек теперь может сам записать какие-нибудь слова, предложения и даже музыкальные композиции на своём компьютере для того, чтобы потом компьютер мог их воспроизводить в любое назначенное время. Компьютеры способны также воспринимать устную речь в качестве сигналов, однако им приходится выполнять большую работу по расшифровке услышанного, если форма общения жестко не установлена. Ведь одну и ту же команду один и тот же человек может произнести несколькими способами, и всё время эта команда будет звучать по-разному; а в целом мире -- миллиарды людей, и каждый произносит одну и ту же команду несколькими различными способами. Поэтому в данное время довольно сложно создать компьютер, который будет управляться при помощи голоса человека. Многие фирмы пытаются решить эти проблемы. Некоторые фирмы делают небольшие шажки на пути к данной цели, но всё равно эти шажки пока ещё почти незаметные. Но проблема распознавания речи является частью более широкой проблемы, называемой распознаванием образов. Если компьютеры смогут хорошо распознавать образы, они будут способны анализировать рентгенограммы и отпечатки пальцев, а также выполнять многие другие полезные функции (сортировкой писем они занимаются уже сейчас). Следует заметить, что человеческий мозг прекрасно справляется с распознаванием образов даже при наличии различных шумов и искажений, и исследования в этой области, направленные на приближение соответствующих возможностей компьютера к способностям человека, представляются весьма перспективными. Если компьютеры смогут достаточно качественно распознавать речь и отвечать на неё в словесной форме, то, по-видимому, станет возможным вводить в них в этой форме программы и данные. Это позволит в буквальном смысле слова говорить компьютеру, что он должен делать, и выслушивать его мнение по этому поводу при условии, конечно, что выдаваемые ей указания чёткие, не содержат противоречий и.т.д. Устное общение с компьютерами позволит упростить его программирование, однако остаётся нерешённая проблема, на каком именно языке следует с ним общаться. Многие предлагают для этих целей английский язык, но он не обладает точностью и однозначностью, необходимыми с точки зрения компьютера и исполняемых в нём программ. В этой области уже многое сделано, но ещё много предстоит сделать.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15