Автор-составитель: Хамухин Александр Анатольевич , 01.09.2010, aaxtpu@tpu.ru

1. Автор-составитель: Хамухин Александр Анатольевич, 01.09.2010, aaxtpu@tpu.ru Информатика для направления130102 «Технологии геологической разведки» (двухсеместровая программа: семестр 1)

2. Роль информатики в геологии и разведке • Геологическая съемка (картирование строения земной коры) • Геофизическая разведка (измерения естественных земных полей – гравитационного, магнитного и электрического) • Сейсморазведка (измерения отраженных акустических сигналов) • Каротаж (исследование скважин физическими и химическими методами) • Бурение скважин • Первые 4 этапа –чисто информационные, т.е. их результатом д.б. ИНФОРМАЦИЯ, от которой зависят все остальные этапы получения полезных ископаемых. При бурении важно снимать текущую И.

3. ФГОС по информатике 3-го поколения После изучения дисциплины студент должензнать: понятие информации; общие характеристики процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации, технические и программные средства реализации информационных процессов, модели решения функциональных и вычислительных задач; алгоритмизацию и программирование, язык программирования высокого уровня уметь: работать в качестве пользователя ПК владеть: навыками в области информатики и современных информационных технологий для работы с технологической и геологической информацией; методами поиска и обмена информацией в глобальных и локальных компьютерных сетях.

4. Федеральный Интернет-экзаменмодули ФЭПО (www.fepo.ru) Теория информации, общие характеристики процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации Технические средства реализации информационных процессов Программные средства реализации информационных процессов Модели решения функциональных и вычислительных задач Алгоритмизация и программированиена языке высокого уровня Локальные и глобальные сети ЭВМ; основы и методы защиты информации Базы данных

5. Европейский (Международный) стандарт компьютерной грамотности (www.ECDL.ru) Модуль 1 –Основы информационных технологий Модуль 2 –Работа на компьютере. Основные операции управления файловой системой Модуль 3 –Обработка текстов Модуль 4 –Электронные таблицы Модуль 5 – Базы данных Модуль 6 –Презентация Модуль 7 –Информация и коммуникация

6. Введение в теорию информации «Информатика – это наука об информационных процессах и связанных с ними явлениях в природе, обществе и человеческой деятельности» (Nygaard K. AnEmergencyToolkit. Ciborra C. TheLabirinthsofInformation. – OxfordUniversity Press,2002) Данные – это отображенные на некотором носителе свойства объектов, которые могут быть измерены или сопоставлены с определенными эталонами. Информация – осознанные (понятые) субъектом (человеком) данные, которые он может использовать в своей (профессиональной) деятельности. Знания – систематически подтверждаемая опытным или логическим путем информация об объекте.

7. «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине» (Норберт Винер, 1948). • Информатика (первая часть кибернетики) – это наука об извлечении сведений субъектом об окружающем мире с целью управления текущим состоянием и улучшения будущего функционирования субъекта. • Под субъектом будем понимать и отдельного человека, и группу людей, объединенных по определенным признакам (семья, фирма, государство), и человечество в целом. • Сведения могут быть разного уровня: • текущее состояние наблюдаемого объекта; • закономерности поведения наблюдаемого объекта (группы объектов); • законы изменения состояния наблюдаемых объектов.

8. Основные характеристики информационных процессов • Получение(сбор) данных состоит в измерении количественныхили сопоставлении образцам качественных свойствнекоторых объектов. Основная характеристика этого процесса – погрешность измерения. • Переработка (обработка) состоит в преобразовании первичных измерений в вид, пригодный для передачи, хранения и использования. Главные характеристики – разрядность представления данных, тактовая частота. • Передача (прием) данных. Главные характеристики – это помехоустойчивость,пропускная способность иреальная скорость ппдразличных средств связи. • Накопление (хранение) данных. С ним неразрывно связано понятие носителя данных (НД). НД подразделяются по физическим принципам записи на: электрические, магнитные, оптические. Основные характеристики– это ёмкость носителя (или связанная с ней плотность записи), скорость записи/чтения данных, а также срок хранения и кол-во циклов перезаписи. • Использование данных заключается в извлечении информации из данных с помощью декодирования, визуализации, систематизации, структурирования, статистической (математической) обработки (data mining)

9. Уровни принятия инженерных решений Знания высокий Систематизация Информация Извлечение Данные низкий Измерение Свойства объекта Схема взаимодействия данных, информации и знаний при принятии инженерных решений

10. Основные свойства информации • Информация достоверна, если она не искажает истинное состояние наблюдаемых объектов. • Информация полна, если ее достаточно для понимания и принятия решений. Неполнота информации сдерживает принятие решений или может повлечь ошибки. • Ценность информации зависит от того, какие задачи мы можем решить с ее помощью. • При работе в постоянно изменяющихся условиях важно иметь актуальную, т. е. соответствующую текущему моменту, информацию. • Информация становится понятной, если она выражена языком, доступным людям, для которых она предназначена. • Информация становится полезной, если принимающий ее субъект считает, что может ее где-то использовать, в противном случае это информационный шум или спам.

11. Количество информации • По Хартли (для равновероятных событий): • По Шеннону (для событий с разной вероятностью) где pj– вероятности отдельных событий, N количество возможных событий, I– количество информации

12. Единицы измерения количества информации • 1 бит = двум равновероятным состояниям объекта (РСО, 21) • 1 байт=8 бит (28=256 РСО) • 1 слово=2 байта (216=65536 РСО) • 1 Кб=1024 байт (~103 байт) • 1 Мб=1024 Кб (~106 байт) • Затем: Гигабайт (~109 байт), Терабайт (~1012 байт), Петабайт (~1015 байт или ~106 Гб)

13. Кодировки информации • Кодирование – это способ превращения информации в данные с целью ее сохранения, передачи и использования, в том числе – защиты от несанкционированного использования (шифрование) • Кодировки, использующие 1 байт: Win-1251, ISO, KOI8-R, KOI8-U (выбирать с дополнением «кириллица») • Кодировки, использующие 2 байта: Unicode (UTF) включают все национальные алфавиты мира

14. Системы счисления • Система счисления называется позиционной, если число в ней представлено в виде: где A – само число в p-ичной системе счисления, – базисный коэффициент k-ого разряда числа, p – основание системы счисления, k – кол-во разрядов числа

15. Двоичная: p=2, ai=0;1 • Восьмеричная: p=8,ai=0;1;2;3;4;5;6;7 • Шестнадцатеричная: p=16,ai=0;1;2;3;4;5;6;7;8;9;A(10);B(11),C(12);D(13);E(14);F(15) • Инверсный двоичный код: все 0 заменяют на 1, а все 1 на 0 • Дополнительный код для представления отрицательных чисел: перевести число в инверсный код и прибавить 1 к младшему разряду, а перед старшим дописать 1 с точкой. При сложении числа в дополнительном коде получается операция вычитания.

16. Сведения из алгебры логики • В 1847 году Джордж Буль опубликовал «Математический анализ логики», в котором сопоставил логику, имеющую два варианта ответов: «Истина» и «Ложь» с алгеброй, имеющей два вида переменных: 1 и 0. • Сегодня все цифровые устройства в мире работают на принципах булевой алгебры. • Все арифметические операции в современных процессорах реализуются как последовательность логических операций

18. Изображение логических элементов на схемах

19. Триод и транзистор • Триод – это устройство с тремя выводами, один из которых – сетка – управляющий. Если на него подан разрешающий сигнал, то ток между двумя другими выводами (анодом и катодом) идет (состояние «1»), в противном случае ток не идет (состояние «0). Сконструировал триод Ли де Форест в 1907г, США • В полупроводниковом исполнении триод называется транзистором, а выводы: эмиттер, коллектор, база. Создатели: Бардин, Шокли, Браттейн 1947г, США • Размер транзистора и потребление энергии служили предметом научных разработок всех последующих лет. В настоящее время переходят к технологическому размеру 30 нм.

20. Триггер и сумматор • Триггер – это схема из двух транзисторов, один из которых находится в состоянии «0», другой – в состоянии «1». При поступлении входного сигнала их состояния меняются. • Триггер предназначен для хранения 1 разряда двоичного кода и служит минимальной ячейкой оперативной памяти • Сумматор – это схема состоящая из нескольких триггеров и логических элементов, их связывающих. • Сумматор позволяет осуществлять арифметическое сложение чисел в двоичном коде любой разрядности.

21. 15 февраля 1946 г. – состоялась демонстрация работы первой ЭВМ ENIAC, созданной под руководством Маучли и Эккерта в Баллистической лаборатории армии США. Она весила 30 т, потребляла 150 кВт/час и имела 18 тыс. электронных ламп (триодов). • 1951г. – под руководством С.А.Лебедева была построена и пущена в эксплуатацию первая Советская ЭВМ МЭСМ. В отличие от американской ЭВМ она работала в двоичной системе с трехадресной системой команд, причем программа вычислений хранилась в запоминающем устройстве оперативного типа.

22. УУ ВЗУ ОЗУ ЦП УВВ Архитектура ЭВМ фон Неймана Гарвардская архитектура отличается от архитектуры фон Неймана тем, что программный код и данные хранятся в разной памяти. В такой архитектуре невозможны многие методы программирования.

23. Системная шина Ц П ОЗУ ВЗУ (винчестер) Контроллеры Внешние устройства … Магистрально-модульный принцип современных компьютеров

24. Магистраль или системная шина– это набор подсоединенных ко всем устройствам электронных линий, по которым передаются двоичные данные, снабженные адресом устройства-получателя. • Подключение различного оборудования к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью устройств, называемых контроллерами, а на программном – обеспечивается специальными программами, называемыми драйверами

25. Суперкомпьютеры • Суперкомпьютерами называют компьютеры, состоящие из большого числа процессоров и имеющие высокую производительность. 500 самых мощных суперкомпьютеров в мире ежеквартально публикуются на сайте http://www.top500.org. • Флопс (Flops) – это количество операций с плавающей точкой в секунду, которое может выполнить компьютер. Операция с плавающей точкой – это полноразрядная арифметическая операция над вещественными числами. При определении производительности компьютера обычно берется смесь четырех арифметических операций в определенных пропорциях. • Производительность оценивается двумя цифрами: пиковая производительность Rpeak(теоретически возможная производительность компьютера) и максимальная реальная производительность Rmax (максимальная производительность компьютера, зафиксированная на реальных тестовых задачах)

26. Тонкие клиенты - «облегченные» персональные компьютеры, работающие в локальной сети целиком на ресурсах сервера. • Рабочие станции - «усиленные» персональные компьютеры, работающие в локальной сети и обслуживаемые сервером, отличающиеся развитой графикой и повышенной производительностью для профессиональной деятельности. • Серверы - компьютеры, предназначенные для обслуживания других компьютеров в сети. Они отличаются повышенной мощностью и ресурсами памяти, а также возможностью замены или увеличения ресурсов (масштабирование) в «горячем» режиме (без отключения электропитания). • Кластеры - комплекс специальным образом соединенных однородных вычислительных машин, который воспринимается единым целым операционной системой. • Мэйнфреймы - многопроцессорные системы с общей памятью, связанных высокоскоростными магистралями передачи данных.

27. Возможными вариантами архитектуры процессоров могут быть (по классификации Флинна):SISD – один поток команд, один поток данных;SIMD –один поток команд, много потоков данных;MISD –много потоков команд, один поток данных;MIMD –много потоков команд, много потоков данных. • Процессор (ЦПУ)вычислительное устройство, выполняющее логические и арифметические операции по заданной в оперативной памяти программе и обеспечивающее функционирование всего компьютера. • CISC-процессоры (Complex Instruction Set Compute) – процессоры со сложным набором команд (х86) • RISC-процессоры (Reduced…) –с упрощенным набором команд (высокое быстродействие, меньшее энергопотребление). Еще есть MISC- (Minimum…), VLIW- (Very Long Instruction Word), DSP- (Digital Signal) 

28. Чипсет –набормикросхем, для совместной работы с целью выполнения набора каких-либо функций. Так, в компьютерахчипсет, размещаемый на материнской плате, выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, центрального процессора (ЦПУ), ввода-вывода и других. Чипсеты встречаются и в других устройствах, например, в радиоблокахсотовых телефонов и др.

30. Линия связи– физическая среда, по которой передается информационный сигнал. По физической природе передаваемого сигнала линии связи подразделяют на электрические, оптические и радиочастотные. • Канал связи(тракт) – совокупность линии связи и приемо-передающей аппаратуры: • симплексный– допускающей передачу данных только в одном направлении (радиотрансляция, телевидение); • полудуплексный– допускающей передачу данных в обоих направлениях поочерёдно (сотовый тел.); • дуплексным– допускающей передачу данных в обоих направлениях одновременно (стац. тел.)

32. Оптоволоконные линии связи • Многомодовые со ступенчатым показателем преломления: до 1 км, до 100 Мбайт/с, рабочая длина волны 0,85 мкм, сердечник 50-62,5 мкм. • Многомодовые с градиентным показателем преломления: до 5 км, до 100 Мбайт/с, рабочая длина волны 0,85 мкм и 1,35 мкм. • Одномодовое: до 50 км,до 2,5 Гбит/с и выше без регенерации. Рабочие длины волн λ1 = 1,31 мкм и λ2 = 1,55 мкм, сердечник 8-10 мкм

34. Многомодовое оптоволокно со ступенчатым показателем преломления

35. Многомодовое оптоволокно с градиентным (плавным) показателем преломления

36. Одномодовое оптоволокно

37. Длины волн различных излучений

38. Создание нескольких каналов на одной линии связи • частотное разделение каналов (ЧРК, FDM)  –разделение каналов по частоте, каждому каналу выделяется определённый диапазон частот; • временное разделение каналов(ВРК, TDM)  –разделение каналов во времени, каждому каналу выделяется квант времени (таймслот); • кодовое разделение каналов(КРК, CDMA)  –разделение каналов по кодам, каждый канал имеет свой код наложение которого на групповой сигнал позволяет выделить информацию конкретного канала; • спектральное разделение каналов (СРК, WDM)  –разделение каналов по длине волны.

39. Принципы передачи данных в сетях • Коммутация каналов– создание непрерывного составного физического канала из отдельных участков, последовательно соединенных, для прямой передачи данных между узлами. • Коммутация пакетов – сообщение разбивается в исходном узле на небольшие части (пакеты). Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация и номер пакета, используемый узлом назначения для сборки сообщения. Пакеты передаются в сети как независимые блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге –узлу назначения.

40. Основные стандарты радиосвязи • WAP (WirelessApplicationProtocol) – технология беспроводного доступа к информационным и сервисным ресурсам глобальной сети Интернет с помощью сотовой связи. WAP-сайты располагаются на web-серверах и представлены в специальном формате WML. Он специально адаптирован под возможности мобильного телефона: маленький экран и небольшую память. Недостаток – низкая пропускную способность и оплата за эфирное время.

41. GPRS (GeneralPacketRadioService) – технология пакетной передачи данных посредством сотовой связи. Суть заключается в организации связи через сотовый телефон, или отдельный GPRS модем к сети Интернет. Для работы в Сети можно использовать компьютер, ноутбук и тп. Теоретическая скорость передачи данных в GPRS сети составляет 172 Кбит/с. Реально зависит от нагрузки на базовую станцию, к которой подключился терминал. Достоинство: оплачивается не эфирное время, как при разговоре, а объем переданных данных.

42. i-Mode– технология, являющаяся развитием уже существующей технологии WAP, основанная на пакетной коммутациии compact html. Запатентована японской компанией NTT DoCoMo. Доступ со специальных телефонов через портал i-mode. • BlueTooth– технология беспроводного доступа к цифровым приборам на расстояние нескольких метров.

43. Wi-Fi(WirelessFidelity) – технология, предназначенная для доступа обычно в пределах здания и, в то же время, на достаточно больших скоростях. Наиболее распространены три модификации: IEEE 802.11a, b и g. Они различаются максимальной скоростью и дальностью. Наиболее популярен IEEE 802.11b. Для передачи данных в нём используется диапазон частот от 2,4 до 2,4835 ГГц, максимальная скорость равна 11 Мбит/с,

44. WiMax – технология, или коммерческое название стандарта беспроводной связи, основанной на стандарте IEEE 802.16–2004. Дальность до 50 км, поддержка QoS, скорость до 70 Мбит/с. • VSAT – технология спутниковой связи с небольшой антенной(до 2,5 м). Получение данных со скоростью до 4 Мбит/c (в режиме мультикаст – до 30 Мбит/c) и передачу информации до 1..2 Мбит в сек. Multicast – специальная форма широковещания, при которой копии пакетов направляются определённому подмножеству адресатов

45. Технология 3G–сети работают на частотах дециметрового диапазонав диапазоне около 2 ГГц, передавая данные со скоростью до 14 Мбит/с. Они позволяют организовывать видеотелефонную связь, смотреть на мобильном телефоне фильмы и телепрограммы и т. д.В основе лежит технология CDMA (Code Division Multiple Access – множественный доступ с кодовым разделением каналов).Согласно регламентам ITU (International Telecommunications Union – Международный Союз Электросвязи) сети 3G должны поддерживать следующие скорости передачи данных: для абонентов с высокой мобильностью (до 120 км/ч) – не менее 144 кбит/с; для абонентов с низкой мобильностью (до 3 км/ч) – 384 кбит/с; для неподвижных объектов — 2048 Кбит/с. 45

46. 4G– перспективное (четвёртое) поколение мобильной цифровой связи, характеризующееся высокой скоростью передачи данных и повышенным качеством голосовой связи. Устройства 4G позволяют осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей 100 Мбит/с подвижным абонентам и 1Гбит/с стационарным. «4G» в названии коммуникаторов указывает на поддержку устройством технологии WiMAX 46

47. Программные средства реализации информационных процессов • Операционные системы • Инструментальные среды разработки программ • Специализированные пакеты программ • Прочее программное обеспечение (служебное, сервисное и др.) • ПО подразделяют на серверное и клиентское

48. Программные средства в правовом аспекте подразделяются на: • Коммерческое ПО: • коробочные продукты • с договором установки, обучения пользованию и сопровождением (гарантийным и постгарантийным) • Условно-бесплатное ПО: • С ограничением по времени использования • С ограничением по функциональным возможностям • С ограничением по количеству установок в сети • Свободно распространяемое ПО для некоммерческого использования • Свободно распространяемое ПО с отрытым кодом

49. Наиболее распространенные семейства ОС • Windows (XP, Vista, 7, Mobile, Server, Cluster) • Unix (Солярис) • Linux(Ubuntu, Mandriva, АльтЛинукс,…) • Mac OS (для ПК фирмы Apple) • Прочие (OS2, NetWare , BeOS, Palm OS, Simbian, Cisco IOSидр.).

50. По функциональному признаку ОC: • Встроенные (Embedded). Например, Palm OS и Symbianдля КПК, Cisco IOS для коммуникационного оборудования. Встроенная операционная система должна отвечать жестким критериям: высокая надежность, сокращенный набор функций, минимальный размер и энергопотребление. • Операционные системы для ПК. Эти ОС наиболее подвержены пиратскому копированию, поэтому очередные версии ОС от Microsoft– Windows Vista, 7– содержат средства ограничения функциональности, если обнаружит, что копия нелицензионная. • Операционные системы для серверов (Unix, Windows Server, Linux) • ОС для кластеров (Windows Compute Cluster,Unix, Linux)