n n n Компьютер помогает в решении самых разных задач, учит, развлекает Компьютер послушно выполняет указания в виде определенных команд Компьютер обладает чрезвычайно высокой по сравнению с человеческими возможностями скоростью работы, благодаря чему команды исполняются почти мгновенно
n n n Для решения всех этих задач необходимы технические устройства и программы Совокупность технических устройств называют аппаратным обеспечением (англ. hardware– аппаратные средства) Аппаратное обеспечение ПК – система взаимосвязанных технических устройств, выполняющих ввод, хранение, обработку и вывод информации
Монитор n используется для отображения вводимых данных, а также для вывода на экран результатов обработки информации
Мышь n устройство «графического» управления при перемещении мыши по коврику на экране перемещается указатель мыши, при помощи которого можно указывать на объекты и/или выбирать их
n n n n Принтер Сканер Модем и DVB Веб-камера Наушники Звуковые колонки Микрофон Джойстик
Принтер служит для вывода информации на бумажный носитель (бумагу) Существуют три типа принтеров: n матричный n струйный n лазерный
Сканер служит для автоматического ввода текстов и графики в компьютер Сканеры бывают двух типов: ручные n планшетные n
Модем и DVB Модем или модемная плата служит для связи удалённых компьютеров по телефонной сети. Модем бывает внутренний (установлен внутри системного блока) и внешний (располагается рядом с системным блоком и соединяется с ним при помощи кабеля DVB-карта и спутниковая антенна служат для так называемого «асинхронного» подключения компьютера к сети Интернет. При наличии DVB-карты и спутниковой антенны для соединения с Интернетом используется два канала связи: для передачи данных от пользователя используется модем, а для приема – спутниковый канал, скорость потока данных в котором в несколько раз превышает модемную
n n Независимо от комплектации компьютера нас всегда будут интересовать характеристики его возможностей, которые также позволяют сравнивать компьютеры между собой Одна из таких важнейших характеристик – производительность компьютера, которая приближенно характеризуется количеством элементарных операций, выполняемых за одну секунду (оп/с)
n n n Центральным устройством в компьютере является процессор Он выполняет различные арифметические и логические операции, к которым сводится решение любой задачи обработки информации на компьютере Процессор управляет работой всех устройств компьютера
n n Процессор – это устройство, обеспечивающее преобразование информации и управление другими устройствами компьютера Современный процессор представляет собой микросхемуили чип (англ. chip - чип), выполненную на миниатюрной кремниевой пластине – кристалле Поэтому его принято называть микропроцессором англ. Central Processing Unit, CPU
1971 г. Intel® 4004 n Первый процессор фирмы Intel® был 4 -х разрядным, имел 2300 транзисторов и тактовую частоту 108 к. Гц
Операции: Арифметические базовые математические операции (сложение, вычитание, умножение и деление) n Логические специальные операции, которые чаще всего используются при проверке соотношений между различными величинами (необходимо для управления работой компьютера) n
В состав процессора входят: ь Арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее базовые арифметические и логические операции ь Устройство управления (УУ) ь Элементы памяти
Процессор должен обеспечить автоматическое исполнение программы, хранящейся в памяти компьютера, для чего выполняет следующие действия: § § § извлечь из памяти команду расшифровать команду выполнить команду
n n n Эти действия процессор выполняет до команды окончания программы Важной характеристикой процессора является его производительность (количество элементарных операций, выполняемых им за одну секунду), которая и определяет быстродействие компьютера в целом Производительность компьютера зависит от двух других характеристик – тактовой частоты и разрядности
Тактовая частота задает ритм жизни компьютера n n это количество тактов в секунду Такт – интервал времени между началами двух соседних тактовых импульсов Единица измерения – герц (Гц) Для современных компьютеров – гигагерцы (ГГц) 1 ГГц = 10 -9 Гц
Разрядность процессора n n n определяет размер минимальной порции информации, обрабатываемой процессором за один такт Эта порция называется – машинным словомкоторое, представлено последовательностью двоичных разрядов (бит) 8, 16, 32, 64 бит С повышением разрядности увеличивается объем информации, обрабатываемой процессором за один такт Чем выше разрядность, тем с большим объемом памяти может работать процессор
Повторение: n n n n n Назначение компьютера Основные этапы обработки информации Определение «аппаратное обеспечение компьютера» Что входит в базовый комплект ПК Периферийные устройства ПК Что понимается под производительностью компьютера Назначение микропроцессора Характеристики микропроцессора Назначение сопроцессора
1. Основные этапы обработки информации на эвм. Электронно-вычислительные машины (эвм): назначение и общественные аспекты применения эвм.
Основные этапы обработки информации на ЭВМ:
1. Первоначальный сбор из внешних источников (чаще всего это просто
Интернет). 2. Отчистка, первичная обработка и приведение к унифицированному виду.
Это упрощает ее последующую обработку. 3. Систематизация и организация хранения накопленных данных, для
последующего использования, а также осуществлению внутреннего поиска и быстро извлечения нужных документов. 4. Глубокий анализ информации, систематизация и получение знаний. 5. Формирование отчета по конкретной тематике.
Назначение ЭВМ:
Обработка информации;
Помощь в учебе и работе;
Создание архивов;
Средство коммуникации.
2. Сбои, встречающиеся в работе пользователя эвм. Понятия о настройке и оптимизации работы эвм.
Сбой - это нарушение нормального функционирования отдельной программы, устройства или компьютера в целом. Внешне это выглядит как появление различных сообщений: звуковых из системного динамика либо диалоговых окон на экране монитора, зависание, резкое замедление работы компьютера и т. п.
Программные сбои
Аппаратные неполадки
Программные сбои
Сбои операционной системы - сюда относятся любые проблемы, связанные
со стабильностью работы программного обеспечения, которое входит в
комплект операционной системы, а также основных системных файлов,
таких как C 0 MMAND . COM , EXPLORER . EXE , KERNEL . DLL и т. п.
Сбои прикладных программ.
Аппаратные сбои
Сбои и неполадки, вызванные несовместимостью отдельных устройств,
версий драйверов и т. п;
Сбои и неполадки, вызванные несоблюдением условий эксплуатации
устройств. Наиболее яркие примеры: перегрев центрального процессора,
видеоплаты, блока питания и т. п;
Сбои и неполадки, вызванные неисправностью устройств. Электронные
компоненты персонального компьютера могут ломаться в основном по
следующим причинам:
Перегрев из-за отсутствия охлаждения либо из-за его низкого качества;
Статический разряд от прикосновения к отдельным элементам
(системному блоку в целом);
Чрезмерное повышение напряжения питания в электросети.
3. Понятие об архитектуре и общем устройстве эвм. Характеристики пк.
Архитектурой компьютера называется описание совокупности устройств и блоков ЭВМ, а также связей между ними, то есть описание принципа действия ЭВМ.
Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств.
Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) - одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд - программа. Это однопроцессорный компьютер.
Открытая архитектура – это когда регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями.
Наrdwаrе – аппаратные средства т.е. механические, электрические и электронные узлы и компоненты компьютера.
Основные устройства компьютера :
Микропроцессор
Память компьютера (внутренняя и внешняя)
Устройства ввода информации
Устройства вывода информации
Устройства передачи и приема информации
Системный блок содержит такие основный устройства ПК как системная плата с процессором и ОП, накопители на магнитных дисках, CD-ROM, блок питания.
Материнская (системная) плата – основной аппаратный компонент где находятся разъемы для установки микропроцессора, оперативной памяти, кварцевый резонатор, базовая система ввода-вывода BIOS, вспомогательные микросхемы, интерфейс ввода-вывода (последовательный порт, параллельный порт, интерфейс клавиатуры, дисковый интерфейс и тд.) и шина.
Часть технического обеспечения, конструктивно отделенных от основного блока компьютера называют периферийными (устройства ввода-вывода)
Для подключения устройств ввода-вывода на системном блоке имеются разъемы различных портов:
СОМ - Последовательные порты. Передают последовательно электрические импульсы, несущие информации. К ним обычно подключают мышь и модем.
LPT - Параллельный порт. Передает одновременно 8 электрических импульсов. Реализует более высокую скорость информации, используют для подключения принтера.
USB - Последовательная универсальная шина (Universal Serial Bus) – обеспечивает высокоскоростное подключение нескольких периферийных устройств (сканер, цифровая камера и тд)
Характеристики ПК
Производительность ПК – возможность компьютера обрабатывать большие объёмы информации. Определяется быстродействием процессора, объёмом ОП и скоростью доступа к ней.
Производительность процессора – количество элементарных операций выполняемых за 1 секунду.
Тактовая частота процессора - число тактов процессора в секунду, а такт – промежуток времени за который выполняется элементарная операция. Таким образом Тактовая частота - это число вырабатываемых за секунду импульсов, синхронизирующих работу узлов компьютера. Именно ТЧ определяет быстродействие компьютера
Разрядность процессора – max длина (кол-во разрядов) двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться процессором целиком.
Разрядность связана с размером специальных ячеек памяти – регистрами.
Время доступа - Быстродействие модулей ОП, это период времени, необходимый для считывание min порции информации из ячеек памяти или записи в память. Современные модули обладают скоростью доступа свыше 10нс (1нс=10 -9 с)
Объем памяти – max объем информации, который может храниться в ней.
Плотность записи – объем информации, записанной на единице длины дорожки (бит/мм)
Скорость обмена информации – скорость записи/считывания на носитель, которая определяется скоростью вращения и перемещения этого носителя в устройстве.
Информация -- это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности (неполноты знаний). В кибернетике информация -- это любая совокупность сигналов, воздействий или сведений, которые воспринимаются некоторой системой из окружающей среды. Применительно к автоматизированной обработке данных информация -- это последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов или звуков и т. п.), несущая смысловую нагрузку и представленная в понятном компьютеру виде.
Весь процесс обработки информации разбивается на несколько этапов.
Первый этап: первоначальный сбор из внешних источников.
Второй этап: отчистка, первичная обработка и приведение к унифицированному виду.
Третий этап: систематизация и организация хранения накопленных данных, для последующего использования, а также осуществлению внутреннего поиска и быстро извлечения нужных документов.
Четвертый этап: глубокий анализ информации, систематизация и получение знаний.
Пятый, завершающий этап: формирование отчета по конкретной тематике.
В ходе информационного процесса информация, циркулирующая на предприятии или в организации, подвергается той или иной обработке в зависимости от рода их деятельности. По месту возникновения выделяют входящую и выходящую, внутреннюю и внешнюю информацию. В процессе обработки информация может быть первичной и вторичной, промежуточной и результатной, при этом обрабатываемые данные преобразуются из одного вида в другой. По мере развития информационного общества трудозатраты на обработку данных возрастают и требуют совершенствования применяемых технологий.
Технология (гр. techne -- мастерство, logos -- учение, учение о мастерстве) -- совокупность знаний о способах и средствах производственных процессов, при которых происходит необходимое качественное изменение обрабатываемых объектов.
Информационная технология -- процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления.
Цель информационной технологии -- производство информации для ее анализа человеком и последующего принятия решений по осуществлению каких-либо действий. В более узком понимании информационная технология представляет собой совокупность четко определенных целенаправленных действий человека по переработке информации на компьютере. Технологический процесс обработки информации состоит из этапов, операций и конкретных действий оператора, выполняющего обработку данных. В структуре возможных операций с данными можно выделить следующие:
сбор данных и их формализация, т. е. приведение к одинаковой форме;
фильтрация и сортировка;
обработка и преобразование данных в соответствии с поставленной задачей;
архивация данных, т. е. организация хранения данных в компактной, удобной и легкодоступной форме;
защита данных - комплекс мер, направленных на предотвращение утраты данных и их модификаций;
транспортировка данных, т. е. прием и передача данных между удаленными участниками информационного процесса.
Введение
Методология любой научной дисциплины, в том числе социологическая методология, представляет собой определенную оптику - взгляд на мир, как разумно устроенную систему, которая в принципе поддастся рациональному познанию. Предположение об абсурдности мира делает учение о методе ненужным. Методология - это техника получения знания. Кроме вопросников, шкал и статистических коэффициентов, технический инструментарий включает способы аргументации и представления результатов работы. Не менее важное значение имеет этика - нормы поведения в научном сообществе, в соответствии с которыми осуществляется дисциплинарное воспроизводство знания. Методика социологического исследования должна выполняться по правилам даже в том случае, когда в обществе правила перестают соблюдаться. При проектировании социологического исследования нужно решить семь задач:
1) составить словарь переменных;
2) определить единицы исследования и объект;
3) построить пространство признаков;
4) сформулировать гипотезы; 5) перевести концептуальные определения в операциональные;
6) разработать проект выборки;
7) обработать и проанализировать социологическую информацию, подвести итоги и внедрить результаты. Именно характер и суть седьмой задачи я хочу раскрыть в своей контрольной работе. Целью работы является анализ социологической информации, выявление итогов, а также построение и внедрение результатов в социальной работе. Объектом исследования является социологическая информация. Предметом - обработка, анализ и внедрение результатов соц. исследования.
Задачи работы: - раскрыть понятие обработки данных, выявить их этапы и механизмы; - установить какие математические средства обработки данных существуют в статистическом анализе; - выявить каким образом подводятся итоги соц. исследования, какова структура отчёта, и как составить рекомендации к исследованию.
Понятие обработки информации
Этапы и механизмы обработки данных
Главная задача заключительного этапа социологического исследования -- анализ и интерпретация полученных данных, обобщение выводов и выдача рекомендаций по совершенствованию или изменений работы изучаемого социального механизма.
После проведения исследования осуществляются заключительные этапы, истолкование полученных данных. Вначале информация проходит стадию предварительной подготовки к обработке. Она включает в себя проверку методического инструментария на точность, полноту и качество заполнения, происходит выбраковка некачественно заполненных анкет. Данные, полученные в социологическом исследовании на стадии: сбора эмпирического материала, как правило, обрабатываются на ЭВМ. Современная технология обработки включает целый ряд этапов: редактирование данных, кодирование данных, контроль данных и исправление ошибок, выбор средств математической обработки данных, анализ данных .
Редактирование. Цель этого этапа - подготовка информации, заключенной в вопроснике, для перевода на машинный носитель.
Анкеты, полученные в результате опроса, могут содержать множество ошибок, неточностей и всякого рода погрешностей необходимо по возможности избегать их. Наиболее типичные ошибки:
1. Нарушение полевых процедур опроса: использована не та форма вопросника; опрошен не тот респондент; отсутствуют шифры, идентифицирующие вопросник.
2. Неполнота заполнения вопросника.
3. Противоречивость ответов
4. несуществующие коды ответов;
5. неверная интерпретация вопросов, респондентом или интервьюером.
Часть из этих ошибок, если они замечены на стадии сбора данных, может быть исправлена в результате беседы с интервьюером, часть - путем повторного обращения к респонденту. Если этого сделать нельзя, зачастую приходится принимать решение об исключении данной анкеты из дальнейшей обработки.
Процесс редактирования данных в одних исследованиях (как правило, больших) может быть очень длительным, сложным и многоэтапным, в других -- сведен к простому просмотру анкет. Однако в любом случае должен быть в явной форме разработан документ -- инструкция по редактированию, который бы указывал, на какого рода возможные ошибки следует обратить внимание и что с ними делать в случае обнаружения.
Кодирование. Цель этого этапа -- преобразование собранной информации в числовую форму, которая в свою очередь предназначена для запоминания в ЭВМ в машиночитаемой форме. Для запоминания информации в ЭВМ используют перфокарты, перфоленты, магнитные ленты и магнитные диски.
В большинстве случаев анкеты кодируются на стадии их создания, и респондент непосредственно отмечает тот код, который соответствует его ответу. Однако и в таких анкетах возможна и открытая форма вопросов, требующих последующего кодирования. Бланка интервью могут полностью состоять из открытия вопросов и требовать специального кодирования после проведения опроса.
Часто процесс кодирования совмещается с редактированием. Существует много способов кодирования информации в анкетах. Выбор того или иного из них предопределяется главным образом спецификой той программы для ЭВМ, которой располагает исследователь при анализе данных.
Важной составной частью подготовки данных к анализу является всесторонний контроль данных и исправление найденных ошибок. Источники ошибок кроются во всех предыдущих этапах исследования от сбора информации до ее ввода в ЭВМ. Практически очень трудно исправить все ошибки в данных, особенно если это исследование достаточно обширно. Исследователь должен решить, какого рода проверки и исправления наиболее важны для него, а какими ошибками можно пренебречь. Процедура исправления данных состоит из трех этапов: выявления ошибок, нахождения истинных величин данных или кодов в исходных документах -- анкетах, бланках, исправления данных.
Средства математической обработки данных
Статистический анализ полученной социологической информации можно обработать следующими видами математической обработки данных:
Статистическая группировка - это классификация или упорядочение данных по признаку подобия или различия. Организация фактов в систему осуществляется в соответствии с описательной гипотезой о ведущем признаке группировки или классификации. Основное назначение группировки состоит, во-первых, в установлении численности каждой отдельно взятой части совокупности, расчленённой в соответствии со значениями определенного признака (или нескольких признаков), и, во-вторых, в изучении влияния причин и зависимости явлений.
Ряды распределения. Результат группировки единиц наблюдения по какому-либо признаку называется статистическим рядом. По вариационному ряду количественного признака можно подсчитать, как часто каждое значение этого признака встречается в совокупности.
Статистические таблицы - обобщают исходные данные. В дальнейшем составляют более сложные таблицы, позволяющие сопоставлять ряды распределений, и, наконец, комбинационные таблицы, в которых три или более признака перекрещиваются, комбинируются. По таким таблицам устанавливаются, измеряются и анализируются связи между признаками исследуемой совокупности объектов.
Построение таблицы подчинено определенным правилам. Основное содержание таблицы должно быть отражено в названии. Таблицы бывают простые, групповые и комбинационные. Простые таблицы представляют собой перечень, список, отдельных единиц совокупности о количественной (или качественной) характеристикой каждой из них в отдельности. В групповых таблицах содержится группировка единиц совокупности по одному признаку, а в комбинационных -- по двум и более признакам.
Гистограмма -- это графическое изображение интервального ряда. По оси абсцисс откладывают границы интервалов, на которых строят прямоугольники с высотой, пропорциональной плотностям распределения соответствующих интервалов (пропорциональной числу единиц совокупности, приходящейся на единицу длины интервала). При равных интервалах плотности распределения пропорциональны частотам, которые и откладываются по оси ординат.
Кумулятивные кривые. Кумулята округляет индивидуальные значения признака в пределах интервала и представляет собой возрастающую ломаную линию.
Полигоны. Для построения полигона величина признака откладывается на оси абсцисс, а частоты или относительные частоты -- на оси ординат. Из точек, соответствующих значениям признака, восстанавливаются перпендикуляры, равные по высоте частотам. Вершины перпендикуляров соединяются прямыми линиями .
Обработка информации на ЭВМ.
Урок 1. Этапы решения задач на ЭВМ.
Как вы думаете, все ли задачи можно решить с помощью компьютера?
Существуют задачи, которые без компьютера решить невозможно. Например, решить систему уравнений 20-й степени с 20-ю неизвестными; найти значение числа π с точностью 100 знаков после запятой.
Есть задачи, которые без компьютера решить проще, чем с помощью компьютера: 2+2
Есть также задачи, которые с помощью компьютера решить невозможно: что я хочу съесть сегодня на обед.
Попробуем определить этапы решения задач с помощью компьютера на примере такой задачи, которую без компьютера, наверное, решить было бы проще, но зато на примере такой задачи нам будет проще проследить этапы решения задач с помощью компьютера.
Задача: Определить площадь поверхности стола.
Обычно сразу напрашивается ответ: длину умножить на ширину. Потому что есть такая формула: S=A*B. Но ведь это же не формула для определения площади поверхности стола, а для определения площади прямоугольника. Есть и другие формулы определения площади, например, площади круга: S=2R.
Хочется возразить: стол-то – прямоугольный. А кто это сказал? Нам ведь не уточнили, площадь какого именно стола нужно определить. Значит, необходимо уточнить задачу: определить площадь конкретного прямоугольного стола.
Теперь можно выделить существенные признаки, что стол – прямоугольный, именно поэтому мы можем применить известную формулу S=A*B. Важен ли факт, что стол – белого цвета, сделан из пластика и проч.? Нет.
Т.е. от конкретного стола мы переходим к его формализованной (в данном случае – математической) модели – прямоугольнику.
Что является исходными данными для решения задачи? – Длина и ширина прямоугольника.
Как будем решать задачу? – По формуле S=A*B.
1. Измерить длину.
2. Измерить ширину.
СТОП!!! Мы договорились, что задачу будем решать с помощью компьютера. Кто будет измерять длину и ширину? Компьютер сможет это сделать? – Нет. Поэтому нам самим придется взять рулетку и провести измерения, а результаты ввести в компьютер.
Поэтому получим следующую последовательность действий для компьютера:
2. Вычислить S=A*B.
3. Сообщить полученный результат S.
Затем, т.к. эту задачу мы будем решать с использованием ЭВМ, нужно записать последовательность действий для машины на языке, который она понимает (программа на языке программирования), ввести в компьютер, отладить (исправить опечатки и синтаксические ошибки), протестировать (запустить на выполнение и дать такие данные, для которых мы знаем результат) и только затем выполнить для наших исходных данных.
Таким образом, вырисовываются следующие этапы решения задач с использованием ЭВМ:
Постановка задачи
Уточнение (если необходимо) постановки задачи.
Построение математической (формализованной) модели.
выделить предположения, на которых будет основана математическая модель;
определение метода решения (математические соотношения, связывающие результаты с исходными данными)
Алгоритм.
Программа на языке программирования (ввод программы в компьютер, ее отладка, тестирование и выполнение на ЭВМ).
Пусть мы написали программу для компьютера, ввели ее, отладили, протестировали и выполнили ее на ЭВМ, и вдруг оказалось, что в документе на наш стол указано другое значение. Почему? Например, потому что на самом деле стол – не в точности прямоугольник, а, например, трапеция. Придется снова строить математическую модель, определять, что является аргументами и результатами, как они связаны между собой (математические соотношения) и т.д.
Т.е. необходимо ОБЯЗАТЕЛЬНО добавить еще один этап – Анализ результатов
^ Анализ результатов. Если необходимо, уточнение модели (перейти к п.3)
Урок 2. Алгоритм и его свойства.
Способы представления алгоритмов.
ИСПОЛНИТЕЛЬ - человек или механическое устройство (или, например, компьютер), который умеет выполнять строго определенный набор команд (и больше ничего!).
Набор команд, который умеет выполнять Исполнитель (т.е. список всех команд), называется ^ СИСТЕМОЙ КОМАНД ИСПОЛНИТЕЛЯ (СКИ).
Исполнители бывают ФОРМАЛЬНЫМИ и НЕФОРМАЛЬНЫМИ.
Формальный исполнитель ни о чем не задумывается, он в точности выполняет полученную команду. ^ Неформальный исполнитель (например, человек) может не захотеть выполнять какой-либо приказ, задуматься, а нужно ли вообще его выполнять, а если нужно, то в случае если приказ сформулирован нечетко, сделать так, как подразумевалось, а не как написано. Т.е. человек может принимать самостоятельные решения и брать ответственность на себя.
Мы будем рассматривать только формальных исполнителей.
Существует множество различных исполнителей. Для знакомства с любым исполнителем, нужно узнать, в какой среде работает исполнитель, и познакомиться с его СКИ (системой команд исполнителя), т.е. узнать:
какие команды умеет выполнять исполнитель;
как они отдаются;
как выполняются;
когда возникает отказ.(ОТКАЗ - это ситуация, когда исполнитель не может выполнить команду).
Исполнитель
Среда СКИ
Какие команды
Как отдаются
Как выполняются
Когда отказ
^ Управление исполнителями.
Поговорим немного о еще одном важном приложении компьютерной техники – об использовании ЭВМ для управления.
В 1948 году в США и Европе вышла книга американского математика Норберта Винера «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине» Эта книга провозгласила рождение новой науки – кибернетики. Н. Винер предвидел, что использование ЭВм для управления станет одним из важнейших их приложений, а для этого потребуется глубокий теоретический анализ процесса управления. С точки зрения кибернетики взаимодействие между управляющими и управляемыми объектами рассматривается как информационный процесс. С этой позиции оказалось, что самые разнообразные процессы управления происходят сходным образом, подчиняются одним и тем же принципам.
Однако в СССР в те годы сравнение живого организма, в т.ч. и человека, с машиной казалась кощунственной, поэтому долгое время у нас кибернетику считали «Продажной девкой капитализма». Поэтому мы до сих пор в области ВТ в положении догоняющих, хотя первые малые ВМ, построенные по принципу общей шины (магистрали) были построены именно в СССР Лебедевым.
Управление – это целенаправленное взаимодействие объектов, один из которых является управляющим, другие – управляемыми.
Простейшая ситуация – два объекта: один управляющий, второй – управляемый.. Например: человек и телевизор, хозяин и собака, светофор и автомобиль.
Управляющий объект
Управляемый объект
Управляющее воздействие
В приведенных примерах управляющее воздействие происходит в разной форме…
Все варианты управляющих воздействий следует рассматривать как управляющую информацию, передаваемую в форме команд.
Команды отдаются не случайным образом, а с вполне определенной целью. Иногда для достижения более сложной цели необходимо выполнить последовательность (серию) команд.
Последовательность команд по управлению объектом, приводящая к заранее поставленной цели, называется алгоритмом управления
Т.о., объект управления можно назвать исполнителем управляющего алгоритма.
В приведенных примерах строго в соответствии со схемой работает только система светофор – автомобиль. В других случаях управляющий объект не только отдает команды, но и принимает информацию от объекта управления о его состоянии. Этот процесс называется обратной связью.
^ Обратная связь – процесс передачи информации о состоянии объекта управления к управляющему объекту.
Управляющий объект
Управляемый объект
Управляющее воздействие
Обратная связь
В варианте управления без обратной связи алгоритм может представлять собой только линейную последовательность команд. Такой алгоритм называется линейным или последовательным.
При наличии обратной связи алгоритм может быть более гибким, допускающим ветвления и повторения (циклы). При управлении с обратной связью сам управляющий объект должен быть достаточно интеллектуальным для того, чтобы, получив информацию по обратной связи, проанализировать ее и принять решение о следующей команде.
Управление исполнителями заключается в последовательном вызове команд (нажатии кнопок). В простейшем случае можно считать, что это делает человек. Тогда схема взаимодействия выглядит так: Человек отдает команду исполнителю, анализирует результат, отдает следующую команду и т.д. (управление автомобилем, бытовыми приборами, ...).
команды
Человек Исполнитель
Результаты
Но иногда такая схема может оказаться непригодной (человек может ошибиться при наборе длинной последовательности команд, неверно проанализировать обстановку, не успеть в критической по времени ситуации, среда работы исполнителя неблагоприятна для человека, например, в космосе, внутри атомного реактора, ...). Возникает идея посредника – управляющего устройства, которое, получив от человека инструкции, самостоятельно дает команды исполнителю. В роли такого посредника может выступать ЭВМ.
Системы, в которых роль управляющего объекта поручается компьютеру, называются автоматическими системами с программным управлением
Управление в этом случае распадается на несколько этапов.
Человек пишет для ЭВМ алгоритмы (программы).
ЭВМ передает исполнителю команды, получает результаты, анализирует их, снова передает команды и т.д.
Человек получает результаты от ЭВМ и от исполнителя.
программа
Человек Компьютер Этап 1
ЭВМ команды Исполнитель Этап 2
результаты
Исполнитель
Человек результаты Этап 3
Итак, управление исполнителем возможно с использованием двух режимов:
Непосредственное управление:
Программное управление:
^ АЛГОРИТМ И ЕГО СВОЙСТВА.
Само слово алгоритм происходит от имени выдающегося математика средневекового Востока Мухаммеда аль Хорезми (787-850) (Мухаммед из Хорезма). Им были предложены приемы выполнения арифметических вычислений с многозначными числами. Позже в Европе эти приемы назвали алгоритмами (Algorithmi – латинское написание имени аль-Хорезми)
Точного определения алгоритм нет. Это понятие можно определить, например, так:
АЛГОРИТМ - точное предписание, задающее преобразование исходных данных в искомый результат за конечное число шагов.
АЛГОРИТМ - это последовательность команд, в результате выполнения которых будет решена поставленная задача.
Другими словами алгоритм - это последовательность действий со строго определенными правилами выполнения.
Алгоритм, записанный на специальном языке, понятном исполнителю (для исполнителя ЭВМ – на языке программирования), называется ПРОГРАММОЙ.
Существует много разных языков программирования. В настоящее время их число насчитывает уже несколько тысяч. Вот некоторые из них: Фортран, Алгол, ПЛ/1, Бейсик, Паскаль, Си, Ада, Лого, Лисп, Пролог.
Все языки имеют правила, устанавливающие, что и как можно писать. Эти правила называются СИНТАКСИСОМ.
Примеры:
Алгоритм приготовления бутерброда: исх. данные: хлеб, продукт. Искомый результат - бутерброд (ломтик продукта, положенный на ломтик хлеба). Предписание - а) отрезать ломтик хлеба; б) отрезать ломтик продукта; в) положить продукт на хлеб.
“Пойди туда - не знаю куда, принеси то - не знаю что” (алгоритмом не является)
Правила поведения в компьютерном классе: … не ударяйте резко и сильно по клавиатуре (алгоритмом не является, т.к. алгоритм – это последовательность действий, а здесь перечень того, чего делать не нужно)
^ СВОЙСТВА АЛГОРИТМА:
1. ОПРЕДЕЛЕННОСТЬ, ТОЧНОСТЬ - однозначность предписываемой последовательности действий, не допускающая произвольного ее толкования, т.е. каждая команда алгоритма должна определять однозначное действие исполнителя (единственность толкования правил выполнения действий и их порядка) (каждому ясно, что “отрезать ломтик хлеба” означает: взять нож, а не пилу...).
2. МАССОВОСТЬ – возможность применения алгоритма к большому количеству различных исходных данных, т.е. пригодность для решения целого класса задач данного типа при различных исходных данных, отвечающих общей постановке задачи (хлеб может быть белым, черным или любым другим).
3. ДИСКРЕТНОСТЬ – разделение алгоритма на последовательность шагов, которые исполнитель может выполнить без дополнительных разъяснений (а), б). ...).
4. ДЕТЕРМИНИРОВАННОСТЬ – исполнитель должен выполнять команды алгоритма в строго определенной последовательности (например, при взлете самолет не может оторваться от взлетной полосы, пока самолет не набрал необходимую скорость, нельзя открыть дверь, не достав сначала ключ и т.п.)
^ 5. РЕЗУЛЬТАТИВНОСТЬ, КОНЕЧНОСТЬ - возможность получения результата за конечное число шагов (как бы долго алгоритм ни выполнялся, он все равно когда-нибудь закончится).
^ СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ АЛГОРИТМОВ:
1. Словесный (кулинарный рецепт).
2. Графический (в виде блок-схем).
3. На алгоритмическом языке.
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ АЛГОРИТМОВ С ПОМОЩЬЮ БЛОК-СХЕМ.
Изображение основных блоков:
Процесс, выполнение действий, вычисление по формуле
Блок принятия решения (блок проверки условия)
Ввод исходных данных (в общем виде)
Запишем в виде блок-схемы алгоритм определения площади стола.
Задача.
Постановка задачи: Справа и слева лежат два арбуза. Необходимо в центр положить наибольший (весы имеются).
^ Построение математической модели: арбузы могут быть заменены яблоками и проч. В конечном итоге можно перейти к числам, т.е. существенным признаком является вес, который можно выразить числами.
^ Математическая постановка задачи: Даны два числа А и В (их необходимо ввести в компьютер). Найти наибольшее из них и записать его в переменную С.
Исходные данные: два числа А и В. Результат – максимальное число С.
Алгоритм: запишем алгоритм сначала в словесном виде, а затем – в графическом
Ввести в компьютер 2 числа А и В.
Если А больше В, то С=А, в противном случае С=В.
Вывести результат – С.
Алгоритм в графическом виде (блок-схема) представлен на Рис. 2.
Ошибки в алгоритмах.
1. Синтаксические. Если при составлении алгоритма или записи программы на языке программирования мы случайно вместо команды ввода исходных данных INPUT напишем IMPUT, или Роботу вместо «вправо» скомандуем «вправа» то ЭВМ нашу запись не поймет и, даже не приступая к выполнению алгоритма, сообщит об ошибке.
2. Отказы - проявляются при выполнении алгоритма, например при попытке исполнителя Робот выйти за пределы поля или попытке деления на 0. В этом случае выполнение алгоритма или программы прекратится, и ЭВМ сообщит об ошибке.
3. Логические ошибки, которые ни ЭВМ, ни исполнитель вообще не могут обнаружить. Например, если мы вместо команды “вправо” напишем случайно “влево”, Робот выполнит алгоритм, но мы не попадем в ту клетку, куда было надо. Или если вместо команды S=A*B мы напишем S=A/B, ЭВМ все равно выполнит эту команду. Однако никаких сообщений об ошибках мы не получим (да и откуда ЭВМ может знать, куда мы на самом деле хотели переместить Робота, или по какой формуле мы хотели считать).