Представление вещественных чисел

Вещественное число представляется в нормализованной форме:

M называется мантиссой, 0,1 <1, k называется порядком

В памяти компьютера мантисса и порядок хранятся как два целых двоичных числа. На мантиссу обычно отводится 4 байта, на порядок – 2 байта, т.е. 6 байтов на число

Вещественные вычисления всегда производятся с округлением,

Целые – точно

Вычисления с вещественными числами выполняются по сложным алгоритмам, поэтому требуется больше времени, чем целочисленные

Представление графической информации

Для представления графической информации существует два принципа – растровый и векторный

Растровый – изображение состоит из пикселей, каждый из которых окрашен в один из цветов палитры. Пиксель представляется числовым кодом этого цвета. Качество изображения зависит от размера пикселя и количества цветов в палитре. Удобен для фотореалистических изображений хорошего качества. Требует больших объёмов памяти, объём зависит от размеров изображения. Искажается при преобразованиях. Плохо преобразуется в векторный

Векторный – изображение состоит из графических примитивов, которые представляются в виде математических объектов (уравнений, неравенств). Удобен для простых изображений, схем, чертежей. Занимает мало места, объём не зависит от размеров изображения. Не искажается при преобразованиях. Хорошо преобразуется в растровый.

Кодирование звука и видео

Звук – это воспринимаемые человеческим ухом колебания воздуха с частотой от 16 до 20 КГц

Звук является сложной смесью колебаний разной частоты, интенсивности и фазы и представляет собой аналоговый сигнал, который может быть преобразован в изменения напряжения или тока (электромагнитные колебания). Амплитуда колебаний определяет силу звука (громкость), а частота колебаний – высоту звука

Полученный аналоговый сгнал преобразуется в дискретный. Частота дискретизации стандартизирована и составляет 44,1 КГц

Каждое измеренное значение аналогового сигнала представляется 16,24 или 32 битами

Видео, как и звук, преобразуется в электромагнитный сигнал, затем оцифровывается

Компьютерные сети

Компьютерная сеть – это соединение компьютеров для обмена информацией и совместного использования ресурсов (принтер, модем, дисковая память и т.д.)

Локальная сеть объединяет компьютеры установленные в одном помещении (учебный класс, офис и т.п.), в одном здании или в нескольких близко расположенных зданиях

Обычно компьютеры локальной сети расположены на расстоянии не более одного километра. При увеличении расстояния используется специальное оборудование.

Локальные сети по способу взаимодействия компьютеров подразделяются на:

· Одноранговые – идет одна шина, к ней подключены все компьютеры

· Сети с выделенным сервером - - все компьютеры подключены к серверу

В одноранговой локальной сети все компьютеры равноправны. Общие устройства могут быть подключены к любому компьютеру в сети.

Структура сети с выделенным сервером

Сеть в выделенным сервером

Сервер – компьютер, распределяющий ресурсы между пользователями сети.

В сервере установлен мощный процессор, большая оперативная и дисковая память, хранится основная часть программного обеспечения и данных сети, которыми могут воспользоваться все пользователи сети.

В качестве рабочих станций обычно используются менее производительные компьютеры с меньшей дисковой и оперативной памятью.

ПО сетей с выделенным сервером

В сетях с выделенным сервером реализуется клиент-серверная технология.

На сервере устанавливается серверное ПО:

· Серверная операционная система;

· WEB-сервер (организация Интернет);

· Прокси-сервер (обеспечение работы с Интернет рабочих станций);

· Файл-сервер (обеспечение совместного доступа к файлам) и т.п.

На рабочей станции устанавливается клиентское ПО:

· Операционная система для рабочих станций;

· Клиентская часть прикладного ПО и т.п.

Аппаратное обеспечение сети

Наиболее распространены следующие способы соединения компьютеров:

· Шина (как правило используется для одноранговых сетей);

· Звезда (используется для любых локальных сетей)

· Кольцо (для одноранговых сетей)

Виды топологии сети:

Шина

Кольцо

Звезда

Ячеистая

Иерархическая

Компоненты локальной сети

Для организации локальной сети необходимо иметь в каждом ПК сетевую плату и соединить все компьютеры с помощью специального кабеля.

Адаптер сетевого интерфейса (networkinterfacecard, NIC), или плата сетевого интерфейса, или плата сетевого интерфейса, установленная в слот расширения, обеспечивает связь между компьютером и сетью.

Сетевой адаптер может быть встроенными в материнскую плату, а может быть платами расширения компьютера.

Иногда необходимые для связи компьютеров компоненты уже установлены на системной плате и тогда отдельная сетевая плата не нежна. В этом случает гнездо………..

Коаксиальный кабель

· Внешняя оболочка;

· Оплетка из медных…

Экранизированная витая пара – это 4 пары проводов, тонкой алюминиевой проволокой, изоляция.

Оптоволоконный кабель:

· Защитная внешняя оболочка;

· Пористая лента;

· Плакировка;

· Оптические волокна;

· Силовые элементы – армированные нити;

· Центральный силовой элемент;

Эффективность связи в компьютерных сетях зависит от следующих характеристик (параметров) каналов связи:

· Пропускной способности (скорость передачи данных), измеряемой количеством бит информации, переданной по сети в секунду;

· Надёжности – способности передавать информации без искажений и потерь

· Стоимости;

· Возможности расширения (подключения новых компьютеров и устройств).

Характеристики каналов связи

Общая скорость соединения в сети при использовании HUBопределяется скоростью самой медленной сетевой платы.

Для Switchскорость соединения любой пары компьютеров определяется скоростью самой медленной сетевой платы в паре (группе).

Для организации локальной сети необходимо:

· Определить имя рабочей группы;

· Присвоить каждому компьютеру уникальное в данной Рабочей группе имя и IP- адрес, а также установить адрес маски подсети (в некоторых случаях явный IP–адрес и адрес маски подсети можно не устанавлявать).

Данное окно используется….

Концентраторы– служат для соединения компьютеров в сети.

Концентратор может иметь различное количество портов подключения (обычно от 8 до 32)

Данное окно используется для установки имени компьютера и Рабочей группы

Данные окна используются для установки явного IP–адреса и параметров маски подсети

Данное окно используется для установки уровня доступа к локальным ресурсам компьютера

Локальный ресурс. Запрещается доступ к ресурсам компьютера пользователям сети. Для обеспечения доступности локальных ресурсов нужно установить переключатель в положение Общий ресурс.

Общий ресурс. Позволяет использовать ресурсы компьютера (дисковую память и периферийные устройства – принтер, модем) пользователям сети. Для этого, нужно разрешить Открытие общего доступа к папке. При этом требуется определить уровень доступа.

Только чтение

Позволяет пользователям сети открывать или копировать файлы и папки.

Полный доступ

Позволяет пользователям сети выполнять все операции над файлами, папками (переность, удалять редактировать, переименовать и т.п.)

Доступ, определяемый паролем

Данный режим предоставляет разным категориям пользователе различные права доступа, например, только чтение или полный доступ

Глобальные компьютерные сети.

Глобальная компьютерная сеть или сеть дальней связи соединяет компьютеры, удаленные на большие расстояния.

Глобальная сеть – объединение компьютеров и локальных сетей расположенных на удаленном расстоянии, для общего использования мировых информационных ресурсов. «Каркас» Интернет составляет более сорока миллионов серверов, постоянно подключенных к сети. К ним в свою очередь могут подключаться с помощью локальных сетей или коммутируемых телефонных линий сотни миллионов пользователей Интернета.

Возможности интернета:

Информационные услуги:

· Доступ к информации любой области человеческой деятельности (наука, культура, обучение, коммерция и т.д.)

· Оперативная информация (сводки новостей, курсы валют, программы телепередач, расписания движения транспорта и т.д.)

· Архивные данные (библиотеки, музыка, живопись и т.д.)

· Размещение в сети информации о себе

Коммуникативные услуги:

· Обмен текстовыми сообщениями между двумя пользователями сети или группой пользователей в отсроченном режиме

· Общение в режиме реального времени

· Совместная работа над документами

· Видеоконференции и т.д.

Для того чтобы в процессе обмена информацией компьютеры могли найти друг друга, в Интернет существует единая система адресации, основанная на использовании IP-адреса.

Каждый компьютер, подключенный к Интернет, имеет свой уникальный 32-битный (в двоичной система) IP-адрес.

IP-адрес состоит из двух частей, одна из которых является адресом сети, а другая адресом компьютерной сети.

Для обеспечения максимальной гибкости в процессе распределения IP-адресов, в зависимости от количества компьютеров в сети, адреса разделяются на А, В, С.

Первые биты адреса отводятся для идентификации класса, а остальные разделяются на адрес сети и адрес компьютера.

IP-адресация в сетях различных классов

Например:

Адрес сети класса А имеет только 7 бит для адреса сети 24 бита для адреса компьютера, т.е. может существовать лишь 2⁸=128 сетей этого класса, зато в каждой сети может содержаться 224=16777216 компьютеров.

В десятичной записи IP-адрес состоит из 4 чисел, раздельнных точками, каждое из которых лежит в диапазоне от 0 до 255.

Например, IP-адрес сервера записывается как 195.34.32.11.

Достаточно определить по первому числу IP-адреса компьютера, его принадлежность к сети того или иного класса:

· Адреса класса А – число от 0 до 127

· Адреса класса В – число от 128 до 191

· Адреса класса С – число от 192 до 255

Например, если адрес компании 195.34.32.11, то сервер находится к сети класса С, адреса которой 195.34.32, а номер компьютера 11.

Компьютеры могут легко найти друг друга по числовому IP-адресу, однако запомнить числовой адрес человеку трудно, и для удобства была введена Доменная Система Имен.

Доменная система имен ставит в соответствии IP-адресу уникальное имя.

Некоторые имена доменов верхнего уровня

Алгоритмизация.

Понятие алгоритма – одно из фундаментальных неопределяемых понятий информатики.

Алгоритм – это описание, определяющее содержание и последовательность исполнимых элементарных операций, переводящих исходные данные в искомый результат.

Алгоритм всегда связан с определенным исполнителем, способным «понять» и выполнить все операции.

Исполнителем может быть человек, животное, группа людей, техническое устройство.

Важную роль в современной технике играют формальные исполнители (компьютеры, промышленные автоматы и т.п.)

Набор доступных исполнителю действий называется системой команд исполнителя.

Свойства алгоритмов:

Дискретность. Одно из первых требований, которое предъявляется к алгоритму, состоит в том, что описываемый алгоритмом процесс должен состоять из последовательности законченных действий-шагов. Переход к следующему шагу возможен только после завершения предыдущего.

Понятность. Алгоритм должен содержать только те команды, которые входят в систему команд исполнителя.

Результативность. Алгоритм должен приводить к правильному результату при корректных исходных данных, и не приводить к ошибочному результату ни при каких исходных данных.

Конечность. Это способность алгоритма заканчиваться за конечное число шагов.

Определенность. Алгоритм должен при одних и тех же исходных данных всегда приводить к одному и тому же результату.

Массовость. Возможность с помощью одного алгоритма решать любую задачу некоторого класса. Это свойство значительно увеличивает практическую ценность алгоритма.

Способы записи алгоритмов:

Словестный способ представляет собой запись последовательности действий на естественном языке. Этот способ рассчитан на исполнение алгоритма человеком.

Формализованные языки различных наук (химические формулы, технологические карты и т.п.)

Графический способ (блок-схемы). Команды изображаются в виде геометрических фигур, внутри которых описываются словестно или с помощью формул выполняемые действия. Обозначения регулируются стандартами.

Языки программирования, позволяющие записать алгоритм для выполнения его компьютером.

Основные алгоритмические конструкции:

Линейная – последовательность – все действия алгоритма выполняются последовательно и ровно один раз.

Задача: ввести данные о размерах помещения (длина, ширина, высота) и вывести его объем, площадь пола и площадь стен.

Условная – ветвление – выполняется проверка условия и в зависимости от результата выполняется либо один, либо другой блок.

Отсутствие одного из блоков – неполное ветвление.

Задача: ввести коэффициенты квадратного уравнения и вывести его корни, либо сообщение о том, что корней нет.

Циклическая – повторение – действия повторяются многократно до тех пор пока выполнено заданное условие.

Условие может проверяться либо до, либо после выполнения действий.

Если проверяется перед действием – цикл с предусловием.

Если проверяется после действия – цикл с постусловием.

Задача: ввести данные об оценках группы из 25 студентов на экзамене по информатике и вывести средний балл.

Все конструкции могут быть вложены друг в друга в любых сочетаниях.

Задача: ввести данные об оценках группы из 25 студентов на экзамене и вывести количество студентов, сдавших экзамен на повышенную оценку.

Понятие модели. Компьютерное моделирование.

Модель – это материальный или мысленно представляемый объект, замещающий объект-оригинал и сохраняющий значимые для заданной задачи его черты.

Для одного и того же объекта может быть построено множество различных моделей, применяемых для разных целей и отражающих различные свойства оригинала.

Одна и та же модель может отражать свойства различных реальных объектов (на этом держится вся математика).

Моделирование является мощным инструментом познания мира.

Модели строятся:

1. Для исследования;

2. Для обучения;

3. Для анализа и прогнозирования.

Человечество в целом каждый и каждый человек в отдельности постоянно строит модели и живет среди них.

Классификация моделей.

Классификация моделей может проводить по различным основаниям:

1. По способу отражения мира: материальные (предметные) и информационные (знаковые) модели.

Важные разновидности информационных моделей:

Математическая модель: описание объекта, процесса или явления на языке математики.

Компьютерная модель: модель, реализованная компьютерными средствами.

Имитационная модель: имитация поведения системы с возможностью управления некоторыми параметрами.

2. По уровню формализации:

Описательные.

Формализованные.

Формальные.

3. По моделируемых характеристикам:

Структурные (модель устройства).

Функциональные (модель функционирования).

4. По отношению ко времени:

Статические.

Динамические.

5. По области использования:

Экономические.

Экологические.

Медико-биологические.

Компьютерное моделирование.

Компьютерное моделирование предполагает использование специализированной компьютерной программы (типовой или уникальной) для решения какой-либо практической задачи.

Примеры:

АСУ деканат – моделирует информационные аспекты работы факультета. Служит для анализа и управления деятельностью преподавателей и студентов.

Компьютерная модель управления автомобилем служит для обучения водителей.

Часто компьютерная модель базируется на математической модели.

Примеры:

Математическая модель атмосферных процессов, реализованная на компьютере, служит для прогнозирования погоды.

Математическая модель движения планет служит основой обучающих программ по физике и астрономии.

Этапы построения компьютерной модели:

1. Постановка цели.

2. Выделение существенных факторов в моделируемом объекте, отбрасывание несущественных.

3. Определение параметров входной и выходной информации (параметры модели).

4. Определение связей между входной и выходной информацией (формулы, алгоритмы, эвристики)

Эвристика – метод анализа, который мы делаем на основании предыдущих опытов.

5. Выбор инструменты моделирования (использовать готовый программный продукт или создать новый)

6. Реализация модели с помощью выбранного инструмента (разработка программы, заполнение таблиц, занесение формул и т.п.)

7. Компьютерный эксперимент

8. Анализ адекватности модели (сопоставление полученных результатов с реальностью)

9. В случае расхождений – возврат к п. 2.

Пример:

1. Цель – определить вероятную причину крушение самолета.

2. Учесть – характеристики самолета, погоды, действия экипажа.

Отбросить – характер местности, действия пассажиров.

3. Параметры. Входные – технические параметры самолета, сила и направление ветра, облачность.

Выходные – траектория движения самолета, визуальное представление событий (падение, взрыв, разрушение)

4. Связи – формулы для расчета.

5. Инструмент – необходимо создать специализированную программу, которую затем можно использовать для других аналогичных ситуаций.

6. Разработка программы.

7. Проверка программы.

8. Сопоставление результатов.

9. Возвращаемся к п. 2 и видим, что неучет характера местности привел к неадекватности модели.

Свойства логических операций.

Приоритет операций: сначала отрицание, затем конъюнкция, затем дизъюнкция.

A or not B and C

При необходимости изменить порядок использования скобки

A or not (B and C) (A or not B) and C

Коммутативность конъюнкции и дизъюнкции (результат не зависит от порядка)

AandB = BandA

Ассоциативность конъюнкции и дизъюнкции.

(A and B) and C = A and (B and C)

(A or B) or C = A or (B or C)

Дистрибутивность.

A and (B or C) = (A and B) or (A and C)

A or (B and C) = (A or B) and (A or C)

Системы управления базами данных.

База данных и СУБД

База данных (БД) – совокупность организованных данных на электронных носителях.

Система управления базами данных (СУБД) – комплекс программ, обеспечивающий добавление, удаление, корректировку и поиск в базе данных.

Модели данных:

· Реляционная (основанная на таблицах)

· Иерархическая (основанная на отношении подчинения)

· Сетевая (основанная на многочисленных связях)

Таблица – информация об однотипных объектах.

Атрибут столбец таблицы, информация о конкретном признаке.

Запись – строка таблицы, информация об одном объекте.

Поле – ячейка таблицы, информация о конкретном признаке.

Ключевое поле – поле, однозначно определяющее конкретную запись, не допускает совпадений.

Связи между таблицами.

Один к одному – каждая запись одной таблицы связана ровно с одной записью другой таблицы, при этом запись другой таблицы содержат разную информацию об одних и тех же объектах.

Один ко многим – каждая запись одной таблицы связана с любым количеством записей другой таблицы.

Много ко многим – каждая запись первой таблицы связана с любым количеством записей второй таблицы и наоборот.

Такая связь, как правило, реализуется не прямо, а с помощью третьей таблицы.

Примеры СУБТ

MicrosoftAccess – входитвсоставпакетаMicrosoftOffice.

FoxBase и FoxPro(на этой основе построены информационные системы УрГУПС)

В системе программирования Delphiимеются специализированные классы компонентов для создания СУБД.

Примеры использования баз данных.

Продажа железнодорожных и авиабилетов.

Учет движения товаров в магазине.

Учет успеваемости студентов.

Базы данных являются коммерческим продуктом, их охраняют, продают, воруют. Вопросы охраны личных данных и коммерческих секретов регламентируются правовыми нормами.

Понятие об экспертных системах.

ЭС – это набор программ, выполняющий функции эксперта при решении задач из некоторой предметной области (медицины, химии, геологии, радиоэлектроники и т.д.)

Как и эксперт-профессионал, в процессе своей работы они оперируют со знаниями. Они выдают советы, проводят анализ нечисловых данных и ситуаций, выдвигают и отбрасывают гипотезы, оценивают достоверность фактов, самостоятельно пополняют свои знания, контролируют их непротиворечивость, дают консультации, ставят диагноз и т.д.

Главным достоинством ЭС является возможность получения знаний от большого числа экспертов и сохранение их в течение длительного времени.

ЭС используют эвристические методы поиска информации (от греч.Heuresko – отыскиваю, открываю)

Эвристические методы – специальные методы решения задач, которые обычно противопоставляются формальным методам решения, опирающимся на точные математические модели.

Использование эвристических методов (эвристик) может сократить время решения задачи по сравнению с методом полного перебора возможных вариантов.

Применение экспертных систем.

Успешно: Плохо формализованные области и знаний. Мало специалистов. Много накопленных фактов при отсутствии точных алгоритмов их применения.

Неуспешно: Хорошо формализованные области и знаний. Много специалистов. Наличие четких алгоритмов оперирования данными.

Разработчики ЭС.

Эксперт в той проблемной области, задачи которой будешь решать ЭС определяет знания (факты, данные и правила манипулирования ими), характеризующие проблемную область, обеспечивает полноту и правильность введения в ЭС знаний.

Инженер по знаниям помогает эксперту выявлять и структурировать знания, необходимые для работы ЭС.

Программист разрабатывает инструментальное средство, содержащее все основные компоненты ЭС.

Преимущества ЭС перед человеком-экспертом.

У них нет предубеждений.

Они не делают поспешных выводов.

Эти системы работают системазировано, рассматривая все ситуации и детали, часто выбирая наилучшую альтернативу из всех возможных.

База знаний может быть очень и очень большой. Будучи введены в машину один раз, знания сохраняются навсегда.

Системы, основанные на знаниях, устойчивы к «помехам». Человек-эксперт легко поддается влиянию внешних фактов и пользуется побочными знаниями, часто не связанными с решаемой задачей. ЭС, не обремененные знаниями из других областей, по своей природе менее подвержены «шумам».

Дата добавления: 2014-01-06