Единицы измерения информации

Единицы измерения информации.

Для измерения длины, массы, времени, силы тока и т.д. придуманы  приборы и процедуры измерения. Чтобы узнать длину стержня, достаточно приложить к нему линейку с  делениями, силу тока можно измерить амперметром. А как узнать количество информации в некотором сообщении, в каких единицах эту информацию измерять? Для двоичных сообщений  в качестве такой числовой меры используется количество бит в сообщении. Это  количество называют информационным объемом сообщения. Например, сообщение "МИРУ МИР" имеет информационный объем 8 байт (64 бит).

Биты и байты  используются также для измерения "емкости", размера памяти и  для измерения скорости передачи двоичных сообщений. Скорость передачи измеряется количеством передаваемых бит в секунду (например, 19200 бит/с).

Наряду с битами и байтами для измерения количества информации в двоичных сообщениях используются и более крупные единицы (более  удобные для измерения больших  объемов информации):

1 Кбит (один килобит) = 2¹⁰ =1024 бит (прибл. 1 тыс. бит)

1 Мбит (один мегабит) = 2²⁰ =1048576 бит (прибл. 1 млн. бит)

1 Гбит (один гигабит) = 2³⁰ = (прибл.)10⁹ бит (миллиард бит)

1 Кбайт (один килобайт) = 2¹⁰ =1024 байт (прибл. 1 тыс. байт)

1 Мбайт (один мегабайт) = 2²⁰ =1048576 байт (прибл. 1 млн. байт)

1 Гбайт (один гигабайт) = 2³⁰ = ( прибл. 1 миллиард байт)

К единицам измерения  многих физических величин мы привыкли, и нам не нужно пояснять, что  такое 1 миллиметр или 10 километров. А бит, байт, килобайт, мегабайт, гигабайт - много это или мало?

Например, в учебнике на страницу помещается чуть меньше 50 строк, в каждой строке - примерно 60 символов. Таким образом, полностью  заполненная текстом страница учебника имеет информационный объем около 3000 байт (3 Кбайт). Если считать, что в  учебнике около 200 страниц, то получаем информационный объем учебника равный около 600 Кбайт или 0,6 Мбайт. Если человек  говорит по 8 часов в день без  перерыва, то за 70 лет жизни он наговорит  около 10 Гбайт информации (это 5 млн. страниц - стопка бумаги высотой 500 м.)

Один черно-белый  телевизионный кадр (при 32 градациях  яркости каждой точки) содержит примерно 300 Кбайт информации. Цветной кадр, образованный из трех кадров основных цветов (красный, синий, зеленый), содержит уже около Мбайта информации. А 1,5-часовой цветной телевизионный художественный фильм (при частоте 25 кадров в секунду) - 135 Гбайт.

Если на условной шкале  изобразить бит примерно одним миллиметром (точнее, 1.25 мм), то байт в этом масштабе будет представлен сантиметром, килобайт - десятиметровым отрезком, мегабайт - десятикилометровым отрезком, ну а  гигабайт вытянется в 10 000 километров - это расстояние от Москвы до Владивостока. Как видите, диапазон, который охватывают единицы измерения информации, очень  велик.

Рассмотрим примеры  задач:

1. Найти неизвестные x и y, если верны соотношения:

Решение:

Приведем левую  и правую части каждого уравнения  системы к 
одной единице измерения :

Отбрасывая теперь размерности, получаем:

Отсюда следует, что  x = 17, y = 7

Каким образом  можно раскрыть идею единства программного и аппаратного обеспечения ПК?

Аппаратное  и программное  обеспечение

Собственно компьютер  и все его устройства принято  называть аппаратным обеспечением. Поскольку компьютер — это автомат, выполняющий программу (см. “Исполнение программы”), очевидно, что для нормального функционирования аппаратной части требуются еще программы, т.е. программное обеспечение. Аппаратную и программную составляющие часто называют английскими терминами hardware и software соответственно, что подчеркивает гибкость и вариативность (“мягкость”) программной части, за счет которой выпущенный на заводе стандартный компьютер приспосабливается к потребностям конкретного пользователя непосредственно на его рабочем месте.

Очевидно, что  наличие ПО позволяет адаптировать одно и то же компьютерное оборудование к потребностям специалистов из самых разнообразных областей. В результате и писатель, и бухгалтер, и инженер-технолог могут пользоваться абсолютно одинаковыми вычислительными машинами. С экономической точки зрения такой подход необычайно продуктивен, поскольку универсальные изделия, выпускаемые в больших количествах, получаются существенно дешевле: легче автоматизировать их производство.

Современный компьютер  является воплощением подлинного единства программной и аппаратной части. Не только написание программ без  машины лишено практического смысла, но и компьютер без программного обеспечения не более чем дорогое  украшение стола. Считается, что  роль программной и аппаратной частей примерно одинакова, они должны гармонично соответствовать друг другу. В частности, устанавливаемое на компьютер программное обеспечение должно соответствовать его аппаратным характеристикам, а технические возможности компьютера полностью реализуются только после установки соответствующего ПО (например, многоядерность процессоров сама по себе, без поддержки обновленного программного обеспечения, обещанного подъема производительности не обеспечит).

Оба компонента компьютера необычайно разнообразны по реализации. Так, аппаратная часть образует целые семейства совместимых  моделей, причем индивидуальная конфигурация отдельных однотипных машин также  может существенно различаться. В нашей стране наибольшее распространение  получили компьютеры IBM PC, но это не единственное семейство ПК. Во многих западных университетах, а также  в организациях, обрабатывающих мультимедийную информацию, большой популярностью пользуются компьютеры Apple Macintosh. Существуют и другие модели компьютеров.

Еще большим  разнообразием отличается программное  обеспечение. Тысячи программ на многие случаи жизни уже написаны, но каждый день появляются все новые и новые. Однозначно расклассифицировать такое  великое множество разнообразных  программ невозможно. Тем не менее, если отбросить второстепенные детали, то удается создать довольно простую  классификацию, которая принимается  большинством авторов учебной литературы. В соответствии с ней программное обеспечение можно разделить на системное, прикладное и системы программирования.

Системное программное обеспечение является своеобразным программным продолжением аппаратной части. Оно обеспечивает работоспособность самого компьютера и его устройств, а также поддерживает нормальную работу всех остальных видов программ. Эта “вспомогательная” часть ПО хотя и не решает конкретных задач пользователей, но зато создает возможности для их комфортного решения. К данной категории программного обеспечения принадлежит в первую очередь операционная система (см. “Операционная система”). Кроме того, сюда же можно отнести всевозможные программы “технической” направленности: для проверки и обслуживания внешних устройств, сервисные программы, ПО для повышения удобства работы с папками и файлами на дисках и многое другое. Важной частью этой категории ПО являются антивирусные программы.

В настоящее  время без минимального набора системного ПО нельзя даже полноценно продемонстрировать, что компьютер и все его  внешние устройства работоспособны.

Прикладное  программное обеспечение, как следует из названия, предназначено для решения прикладных задач. Оно делится на ПО общего и специального назначения. Первое требуется всем пользователям независимо от их профессии (текстовый и графический редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных, программы для сетевых коммуникаций и т.п.). Второе для каждой области деятельности имеет собственный набор. Такое специализированное программное обеспечение часто называют пакетами прикладных программ. Сюда относятся, например, различные математические пакеты (Maple, MatCad), бухгалтерские (1C, Бест) или многочисленные пакеты обучающих программ.

Именно ради этой группы программного обеспечения  в основном и приобретает компьютеры большая часть пользователей. 

Как объяснить  учащимся понятие прикладной программы?

Программное обеспечение – это совокупность всех программ, находящихся в долговременной памяти компьютера. Программное обеспечение не является чем-то постоянным и неизменным, оно может пополняться, изменяться.

В программном  обеспечении можно выделить три  уров

Рассматриваем схему снизу вверх:

• Базовое ПО – программа первоначальной загрузки (BIOS), находится в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) на материнской плате, записывается на заводе-изготовителе.
• Системное ПО – программы, необходимые для обеспечения работоспособности компьютера. Это операционная система и обслуживающие программы.
• Прикладное ПО – программы для работы пользователей.

Быть грамотным  пользователем непросто. Ведь необходимо уметь не только работать с несколькими  распространёнными программами, но и ориентироваться в море программ, чтобы в случае необходимости  легко и быстро найти нужную и научиться с ней работать. 
Давайте посмотрим, какие классы прикладных программ существуют. Сразу скажу, что существует огромное количество различных прикладных программ, и каждый день появляются новые, поэтому наш перечень будет далеко не полным.

Прикладные  программы:

• программы для работы с текстом (редакторы, переводчики, программы распознавания текста)
• программы для работы с графикой (редакторы изображений, программы создания рисунков и анимации)
• программы для работы с числовой информацией (табличные процессоры)
• системы управления базами данных
• программы для работы со звуком
• обучающие программы и тренажеры
• электронные энциклопедии
• компьютерные игры

Слайд 26. Несмотря на всё многообразие, в любой программе всегда присутствуют три компонента: рабочее поле, инструменты и элементы управления программой. Чтобы определить назначение программы, во многих случаях достаточно изучить окно программы. Вид и содержание меню и кнопок инструментов обычно позволяют определить, к какому классу относится данная программа.

С какими свойствами операционной системы должны быть в первую очередь ознакомлены ученик

Некоторые свойства и виды ОС:

• Многозадачность [multitasking, multiprogramming ] - Свойство операционной системы и ЭВМ, при которой один процессор может обрабатывать несколько разных программ или разных частей одной программы одновременно. При этом все программы вместе удерживаются в оперативной памяти и каждая выполняется за какой то период времени. Например, одна программа может работать, пока другие ожидают включения периферийного устройства или сигнала (команды) оператора. Способность к многозадачности зависит в большей степени от операционной системы, чем от типа ЭВМ. Наиболее распространенной многозадачной системой является Unix фирмы AT&T`s Bell Laboratories (США) .
• Многопользовательская система , система с коллективным доступом , система коллективного доступа [multiuser system, multiaccess system ] - Вычислительная система или ее часть (например, операционная система ), позволяющая нескольким пользователям одновременно иметь доступ к одной ЭВМ со своего терминала ( локального или удаленного). Многопользовательский характер работы достигается благодаря режиму разделения времени, который заключается в очень быстром переключении ЭВМ между разными терминалами и программами и соответственно быстрой отработке команд каждого пользователя. При этом последний не замечает задержек времени, связанных с обслуживанием других пользователей. Примерами разработок указанного вида могут служить ОС NetWare , созданная фирмой Novell (США) для локальных информационных и вычислительных систем, Unix фирмы AT&T`s Bell Laboratories ( США), REAL/32 и др.
• REAL/32 - многопользовательская многозадачная операционная система реального времени. В этой системе каждый терминал, состоящий из монитора и клавиатуры, для его пользователя работает как максимально простой ПК. Эта система и ей подобные могут выступать в качестве альтернативы локальным сетям или UNIX , поскольку они похожи: и те и другие являются многопользовательскими и многозадачными. Однако в отличие от последней они предоставляют своим пользователям возможность работать в программной среде, которая максимально приближена к DOS , и в режиме аналогичном тому, что каждый из них имеет в своем распоряжении персональную сетевую рабочую станцию под DOS [380].
• Однопользовательская система [one user system ]- Вычислительная система или ее часть (например, операционная система ), не обладающая свойствами многопользовательской (см. выше). Примерами однопользовательских ОС являются MS DOS фирмы Microsoft System (США) и ОС/2 , созданная совместно Microsoft Corp . и IBM (см. ниже).
• Сетевая операционная система , СОС [network operating system] - Операционная система, предназначенная для обеспечения работы вычислительной сети (см. также “многопользовательская система “, “Unix“, “Windows NT“).