Lection #0

Transcript

1. ИНФОРМАТИКА Храмченков Эдуард Максимович Лекция №0
2. История компьютерных технологий  Компьютер от англ. computer – «вычислитель»  В отечественной традиции ЭВМ – электронно-вычислительная машина  Компьютеры появились как следствие развития средств автоматизации вычислений  Большое количество точных вычислений требуются в промышленности, науке, финансовой сфере
3. История компьютерных технологий  Потребности человека в быстрых и точных вычислениях растут непрерывно вместе с развитием общества  Человеческий мозг плохо приспособлен к выполнению рутинных операций в течении длительного периода времени  Поэтому средства автоматических вычислений получили такое развитие  В ходе своего развития средства вычисления прошли несколько ключевых этапов
4. История компьютерных технологий Простейшие устройства  С древнейших времен до 17 века – счетные палочки, абак, счеты  Использовались при инженерных и финансовых расчетах
5. История компьютерных технологий Механические вычислители  В 1620-1630 годах англичане Уильям Отред и Ричард Деламейн изобретают логарифмическую линейку – прорывная технология для того времени  Это изобретение позволило резко увеличить производительность и точность вычислений  Логарифмические линейки использовались для выполнения инженерных расчётов примерно до начала 1980-х годов
6. История компьютерных технологий Механические вычислители  1642 год – Блез Паскаль строит первое работающее механическое вычислительное устройство. Прототип устройства суммировал и вычитал пятиразрядные десятичные числа  1673 год – немецкий математик Готфрид Лейбниц построил механический калькулятор, который выполнял умножение, деление, сложение и вычитание  Устройство построенное Лейбницем стало известно как арифмометр – однако он оказался слишком сложным и дорогим для реального использования
7. История компьютерных технологий Механические вычислители  Серийный выпуск арифмометров начался в 1820 году. Арифмометры использовались до конца 1970х  В работе арифмометра в качестве элементной базы используются различные виды механических реле  С их помощью отмечаются разряды, хранятся числа и выполняются арифметические операции  Элементная база – совокупность технических средств с помощью которых машина хранит и обрабатывает данные для работы
8. История компьютерных технологий Арифмометр Лейбница Самый массовый советский арифмометр «Феликс»
9. История компьютерных технологий Электро-механические машины  1888-1890 год – Герман Холлерит (США) создает табулятор, первое автоматическое вычислительное устройство  Табулятор – электромеханическая машина для автоматической обработки числовой и буквенной информации, записанной на перфокартах  В 1896 Герман Холлерит основывает компанию Tabulating Machine Company ныне известную как IBM  Табуляторы Холлерита использовались в переписях населения США 1890 и 1900 годов и Российской империи в 1897 году
10. История компьютерных технологий Табулятор Холлерита Перфокарта
11. История компьютерных технологий Электро-механические машины  В 1938 году немецкий инженер Конрад Цузе создал Z1. Это полностью механическая программируемая машина на основе двоичной логики  1943 год – в США создан программируемый электромеханический вычислитель Mark-1 для баллистических расчетов ВМФ США  Он представлял собой усовершенствованный арифмометр, работающий в автоматическом режиме  Элементная база подобных машин – сочетание механических реле и электрического привода
12. История компьютерных технологий Модель машины Z1 Часть компьютера Mark-1
13. История компьютерных технологий Первое поколение ЭВМ  В 1946 году в США для расчетов таблиц артиллерийской стрельбы создана первая универсальная электронная вычислительная машина ENIAC  В качестве элементной базы для хранения информации и выполнения арифметических операций используются электронные лампы, поэтому первое поколение ЭВМ называют «ламповым»  ЭВМ использовалась для расчетов ядерных бомб, прогнозирования климата, инженерных расчетов
14. История компьютерных технологий Первое поколение ЭВМ  1949 год – в Великобритании создан EDSAC. Это первый в мире действующий и практически используемый компьютер с хранимой в памяти программой  В 1950 году разработана МЭСМ (Малая электронная счётная машина) – первая ЭВМ в СССР и континентальной Европе  В 1952 году в СССР создана БЭСМ-1 – самая быстродействующая на тот момент ЭВМ в Европе
15. История компьютерных технологий МЭСМ EDSAC
16. История компьютерных технологий Второе поколение ЭВМ  В 1947 году в США создают первый действующий биполярный транзистор  Транзисторы заменили электронные лампы в качестве элементной базы, обладая лучшей надежностью и производительностью  Так появилось второе, «транзисторное» поколение ЭВМ  Второе поколение датируется с середины 1950-х до середины 1960-х
17. История компьютерных технологий Третье поколение ЭВМ  В 1959 году в США совершается технологический прорыв – появляются первые интегральные схемы (ИС)  ИС представляет собой множество (от нескольких тысяч) полупроводниковых транзисторов размещенных в одном корпусе  ИС заменили собой транзисторы в качестве элементной базы, как те в свое время заменили электронные лампы  Надежность интегральных схем на порядок выше надежности аналогичных схем на дискретных компонентах
18. История компьютерных технологий Третье поколение ЭВМ  За счет повышения плотности упаковки электронных схем, уменьшилось время передачи сигнала по проводникам и увеличилось быстродействие ЭВМ  Производство интегральных схем хорошо поддается автоматизации, что при серийном производстве резко уменьшает себестоимость производства  Высокая плотность упаковки электронных схем уменьшила на несколько порядков габариты, массу и потребляемую мощность ЭВМ, что позволило использовать их в авиации и космической технике
19. История компьютерных технологий Первый транзистор Интегральные схемы Гибридная микросхема
20. История компьютерных технологий Следующие поколения ЭВМ  Традиционно ЭВМ выпускаемые после 1970х годов называют «четвертым» поколением  В них используются СверхБольшие Интегральные Схемы (СБИС) – от миллиона до нескольких миллиардов полупроводниковых элементов на одном кристалле  Смены элементной базы как в случае второго и третьего поколений не произошло – уменьшился лишь масштаб полупроводниковых транзисторов  Не утихают споры о том, что станет «пятым» поколением – основным претендентом считается квантовый компьютер, который будет работать на квантовой двоичной логике
21. История компьютерных технологий Еще несколько важнейших дат  1957 - впервые реализован язык программирования высокого уровня, носивший название Фортран  В 1973 г. исследовательский центр Xerox PARC предоставил Xerox Alto — первый в мире образец компьютера с графическим интерфейсом  В 1963 г. Дуглас Энгельбарт изобрёл компьютерную мышь  В 1966 г. Роберт Нойс и Гордон Мур основывают корпорацию Intel  В 1969 г. Пентагон создает четыре узла сети ARPAnet – прообраза современной Internet
22. История компьютерных технологий  В 1969 году компания Honeywell выпускает H316 – первый домашний компьютер (стоимость 10 600 $)  В 1975 г. Билл Гейтс и Пол Аллен и основали компанию Micro-Soft  1 апреля 1976 г. Стив Джобс и Стив Возняк основали фирму Apple Computer  1985 г. – Microsoft выпускает операционную систему Windows 1.0  1990 г. – разработка языка HTML для создания сетевых документов.  1993 г. – разработка первого графического браузера Netscape Mosaic
23. Принцип работы компьютера Как это устроено
24. Принцип работы компьютера Базовые принципы  В истории развития компьютера можно выделить несколько ключевых моментов, определивших его современное устройство  В XVII веке Г. Лейбниц во время работы над арифмометром формулирует двоичную систему счисления, в которой все числа представляются через 1 и 0  В середине XIX века на основе двоичной системы разрабатывается булева алгебра – логическая система операций на основе состояний «ИСТИНА» и «ЛОЖЬ»  В середине 1940-х Джон фон Нейман разрабатывает базовую архитектуру современных ЭВМ
25. Принцип работы компьютера Двоичная система  Все числа и символы представляются в виде последовательности 0 и 1  Пример: число 5 в двоичной системе равно 101. Это следует из разложения числа по степеням двойки:  1 или 0 в каждом разряде двоичного представления означают присутствует ли соответствующая степень 2 в этом числе
26. Принцип работы компьютера Двоичная система  Единичный разряд двоичного представления называется бит  Бит принимает только 2 значения – 0 или 1  Символы, такие как буквы (а, А, В), знаки (%, №, ?) кодируются с помощью специальных таблиц, где каждому символу ставится в соответствие некоторое целое число  Термин байт означает последовательность из 8 битов  В одном байте можно получить 256 (28) различных сочетаний 0 и 1. Каждое из сочетаний соответствует числу из диапазона 0..255  В двоичной системе существуют все те же арифметические операции что и в обычной математике
27. Принцип работы компьютера Архитектура фон Неймана  Предложена в 1945 году в ходе работ по усовершенствованию ЭВМ ENIAC  По сути является схемой того, как организовать передачу и обработку данных в компьютере  На момент возникновения существовало несколько конкурирующих подходов к построению ЭВМ  Архитектура фон Неймана на данный момент является стандартной архитектурой ЭВМ, претерпев при этом довольно значительные улучшения и изменения  Существуют другие архитектуры применяющиеся в специальных электронных устройствах
28. Принцип работы компьютера Принципы фон Неймана  Принцип однородности памяти – команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы  Принцип адресности – структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка  Принцип программного управления – все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов — команд  Принцип двоичного кодирования – согласно этому принципу, вся информация, как данные, так и команды, кодируются двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат
29. Принцип работы компьютера
30. Принцип работы компьютера Элементы современного компьютера  Блок питания – необходим для подачи питания на устройства. Преобразует напряжение электрической сети в рабочие напряжения устройств компьютера  Материнская плата – служит для крепления основных компонентов, организации их взаимодействия и передачи данных  Центральный процессор – вычислительное устройство для обработки данных. Все действия процессора это последовательность арифметических операций  Жесткий диск – устройства для постоянного хранения данных. Хранит информацию даже тогда, когда компьютер выключен
31. Принцип работы компьютера Элементы современного компьютера  Оперативная память – устройство для временного хранения данных необходимых для работы в настоящий момент  Видеокарта – служит для вывода изображения на внешний экран. Может быть встроена в материнскую плату либо подсоединяться к ней в виде отдельного устройства  Аудиокарта – устройство для вывода звуковой информации. В настоящее время все материнские платы имеют встроенную аудиокарту  Сетевая карта – устройство для работы с сетевым окружением, локальными и глобальными сетями. В настоящее время все мат. платы обладают встроенными сетевыми картами
32. Принцип работы компьютера Элементы современного компьютера  Оптические приводы – устройства для чтения/записи оптических носителей, например CD, DVD, Blue-Ray  Внешние устройства ввода-вывода – мышь, клавиатура, принтер, монитор, звуковые колонки и наушники, сканеры и т.д.  Корпус – служит для крепления материнской платы, жестких дисков, оптических приводов и блока питания, защищает компоненты от внешних воздействий  Система охлаждения – вентилятор процессора(обязательно), а также разные варианты охлаждения корпуса
33. Принцип работы компьютера Основные элементы компьютера
34. Программное обеспечение  Без программного обеспечения (ПО) компьютер представляет собой лишь набор отдельных устройств  ПО компьютера представляет собой систему, в которой работа одних программ создает условия для запуска программ следующего уровня  ПО часто делят на системное и прикладное  Системное ПО отвечает за работу устройств, хранение данных, обеспечивает условия корректной работы прикладного ПО  Прикладное ПО решает широкий спектр задач пользователей компьютера
35. Системное ПО  При включении компьютера первой начинает работать программа под названием BIOS  BIOS – Basic Input Output System, программа инициализирующая и тестирующая устройства компьютера. BIOS «зашит» непосредственно в материнскую плату на заводе-изготовителе. Это критически важное ПО, при его повреждении ПК просто не включится. Если все устройства работают нормально, BIOS ищет на дисках (жестких, оптических, USB) загрузчик операционной системы и передает ему управление. Если загрузчиков несколько то вызывается первый по списку (клавиша F8/F12). Порядок также вызова можно менять в самом BIOS
36. Системное ПО Экран включения компьютера и работа BIOS
37. Системное ПО Экран настроек BIOS
38. Системное ПО  Файловая система – порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. п. Файловая система определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имен файлов и (каталогов), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов
39. Системное ПО  Операционная система (ОС, «ось») – комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой стороны – предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между процессами и организации надёжных вычислений. Все современные ОС обладают графическим интерфейсом пользователя (например Windows 7) – рабочий стол, папки, меню, курсор и т.д. Все прикладные программы работают в среде конкретной операционной системы
40. Системное ПО  Существует несколько больших «семейств» ОС, ниже приведены несколько наиболее известных  Самая известная и распространенная семья – Microsoft Windows. В нее все ОС корпорации MS, например Windows Server, Windows 7, Windows 8  ОС от компании Apple MacOS, iOS (мобильная ОС) – устанавливаются на продукты компании Apple  ОС семейства Linux: Ubuntu, Mint, Gentoo, Debian и т.д.. Как правило встречаются на серверах и на компьютерах IT-специалистов. Мобильная ОС Android также может быть отнесена к Linux семейству
41. Системное ПО  Драйверы («дрова») – специальные программы, с помощью которых операционная система получают доступ к определенному устройству. Обычно с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Однако для некоторых устройств (таких, как видеокарта или принтер) могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства. Как правило при каких- либо неполадках в работе оборудования (отсутствие звука, вылет графических приложений, ошибки печати) имеет смысл попробовать переустановить драйвер соответствующего устройства (с диска, либо скачать с сайта производителя)
42. Системное ПО  Драйверы («дрова») – специальные программы, с помощью которых операционная система получают доступ к определенному устройству. Обычно с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Однако для некоторых устройств (таких, как видеокарта или принтер) могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства. Как правило при каких- либо неполадках в работе оборудования (отсутствие звука, вылет графических приложений, ошибки печати) имеет смысл попробовать переустановить драйвер соответствующего устройства (с диска, либо скачать с сайта производителя)
43. Прикладное ПО  Прикладное ПО – программы, предназначенные для выполнения определенных пользовательских задач и рассчитанная на непосредственное взаимодействие с пользователем. Как правило прикладные программы не могут обращаться к ресурсам компьютера напрямую, а взаимодействуют с оборудованием посредством операционной системы  Можно перечислить большие группы прикладного ПО: офисные пакеты (MS Office, OpenOffice), развлекательные программы (игры, аудио и видеоплееры), профессиональные пакеты (Геоинформационные системы, системы автоматического проектирования, системы управления базами данных)
44. Программное обеспечение Иерархия компьютерной системы
45. Сетевые технологии  Сетевые технологии – набор программных и аппаратных средств обеспечивающих доступ пользователей к локальным сетям и сети Интернет  Локальная сеть - компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). На уровне оборудования доступ к локальной сети осуществляется с помощью сетевого кабеля и сетевой карты  Беспроводная сеть(Wi-Fi) – локальная сеть работающая без сетевых кабелей. Сигнал передается на радиочастотах (от 0,9 до 5 МГц). Для работы с такими сетями требуется специальная Wi-Fi сетевая карта (встроена во все ноутбуки и смартфоны)
46. Сетевые технологии  Для доступа в Интернет раньше использовались телефонные модемы которые работали через обычный телефонный кабель. При выходе в Интернет телефонная линия становилась занята  В настоящее время доступ в Интернет осуществляется через специальные модемы или приставки (например DSL модемы, кабельные и спутниковые приставки), которые подсоединяются к компьютеру через интерфейс локальной сети (реже через USB порт)  На программном уровне за все сетевое взаимодействие отвечает ОС (используя драйвер сетевой карты, модема, приставки или другого сетевого оборудования)
47. Сетевые технологии  Сервер – компьютер, выделенный из группы персональных компьютеров (или рабочих станций) для выполнения какой-либо сервисной задачи без непосредственного участия человека  Как правило пользователь сетевых ресурсов выступает в роли клиента. Рассмотрим как это работает на примере  В адресной строке браузера пользователь набирает название сайта (например vk.com) и нажимает Enter  Браузер отправляет запрос, который при помощи ОС и сетевого соединения передается на один из серверов (у крупных компаний их количество может достигать от нескольких тысяч до миллиона) компании Vkontakte
48. Сетевые технологии  Сервер обрабатывает запрос и выдает в ответ веб- страницу с авторизацией (логин и пароль)  Если эти данные сохранены в браузере клиента то авторизация происходит автоматически, иначе от пользователя требуют ввести логин и пароль  При успешной авторизации сервер формирует и отправляет браузеру клиента личную страницу пользователя в виде специального документа  Браузер обрабатывает эту информацию и выдает ее пользователю в конечном виде его персональную страницу  Если авторизация прошла неудачно сервер формирует страницу с формой для восстановления пароля и также отправляет ее клиенту
49. Сетевые технологии  Такой принцип сетевого взаимодействия называется клиент-сервер. Его преимущества заключаются в том, что пользователь может получить свои данные из любого места где есть интернет и браузер  Все данные пользователя находятся на серверах компании, с высокой степенью защиты от хакеров, надежностью и дублированием. Даже в случае повреждения некоторой части серверов их данные будут сохранены на резервных серверах  Данные на серверах с большой долей уверенности можно считать «неуничтожимыми»  Если компьютер пользователя сломается, то его данные на сервере останутся целыми
50. Сетевые технологии  Современным трендом развития ИТ является перенос все большего процента данных пользователей в так называемые «облака» - специальные серверы-хранилища, на которые пользователи закачивают свои данные и имеют доступ к ним везде, где есть Интернет  Примеры облаков – Google Диск, Яндекс.Диск, Mail.Облако, Microsoft SkyDrive  Все что требуется от пользователя – зарегистрироваться в соответствующем сервисе и загрузить туда те данные которые он считает нужными  Как правило такие сервисы бесплатны и предоставляют несколько гигабайт свободного места
51. Сетевые технологии  Некоторые компании предоставляют возможность редактировать текстовые документы прямо «в облаке» – Google Документы, Microsoft Office 365  Также существуют специализированные облака с платным доступом, например к музыке или фильмам – Apple iTunes, Google Play  У этого подхода есть и ряд недостатков – например, не везде присутствует доступ в Интернет (удаленные районы, заграница)  Кроме того данные пользователя находятся в полном распоряжении компании владельца облака – там рискованно хранить какие-либо конфиденциальные данные