Қазақша рефераттар

Информацияны сақтау үшін қолданылатын құрылғылар

Информацияны өңдеу және оны іске асыратын құралдар

Информацияны өңдеу — информацияға қолданылатын негізгі амалдардың бірі. Қазіргі уақытта информацияға қатысты көптеген әрекеттер (сақтау, түрлендіру, жеткізу, іздеу) есептеу техникасының көмегімен интегралды түрде орындалады. Ол үшін информация формальді түрге, яғни деректер құрылымы (информациялық объект) түріне келтіріледі.

Анықтама: Информацияны өңдеу — бір информациялық объектіні (деректер құрылымын) белгілі бір амалдар тізбегін — алгоритмді — орындау нәтижесінде басқа объектіге түрлендіру үдерісі.

Алгоритм ұғымы және орындаушы

Информацияны өңдеудегі негізгі ұғымдардың бірі — алгоритм. Алгоритм өңдеу үдерісін сипаттайды және қандай әрекеттерді қандай тәртіппен орындау қажет екенін нақты көрсетеді.

«Алгоритм» (кейбір ескі оқулықтарда «алгорифм») атауы IX ғасырда өмір сүрген орта азиялық ғалым әл-Хорезмидің есімімен байланысты. Ол ондық сан жүйесінде төрт арифметикалық амалдарды орындау тәртібін сипаттап, алгебра бойынша еңбек жазған.

Алгоритм

Нақты есепті шешуге бағытталған, орындаушыға берілетін ережелер мен командалар (нұсқаулар) жиыны.

Орындаушы

Есепті орындайтын субъект: адам, компьютер, станок, технологиялық жабдық және т.б. Орындаушының табиғатына қарай алгоритм сөзбен, кестемен, графикамен, формуламен немесе шартты белгілермен берілуі мүмкін.

Информатика құралдарының екі кешені

  • Программалық жабдық (software): алгоритмді іске асыратын программалар.
  • Техникалық құралдар (hardware): есептеу және енгізу-шығару құрылғылары.

Қазіргі заманда негізгі алгоритм орындаушы — ЭЕМ (электрондық-есептегіш машина) немесе компьютер. Егер есептеу техникасы пайдаланылса, алгоритм программалау тілінде жазылып, компьютер жадына программа түрінде енгізілуі тиіс.

ЭЕМ: анықтамасы және түрлері

ЭЕМ — информацияны өңдеу мен есептеулер үдерісін автоматтандыруға арналған электрондық құрылғы.

Өңделетін информация түріне қарай ЭЕМ түрлері

Цифрлық ЭЕМ (ЦЕМ)

Дискретті (цифрлық) информацияны өңдеуге арналған.

Аналогтық ЭЕМ (АЕМ)

Үзіліссіз өзгеретін сигналдарды (аналогтық информацияны) өңдейді.

Гибридтік ЭЕМ (ГЕМ)

Дискретті және үзіліссіз өзгеретін информацияны қатар өңдей алады.

XX ғасырдың 40-жылдарындағы алғашқы ЭЕМ-дерден бастап қазіргі компьютерлерге дейін есептеу техникасы айтарлықтай дамыды. Дегенмен компьютерлерді құрастырудың негізгі қағидалары түбегейлі өзгерген жоқ: олардың негізі 1945 жылы АҚШ математигі Джон фон Нейман ұсынған принциптерге сүйенеді.

Джон фон Нейман принциптері

Әмбебап әрі тиімді информация өңдеу құралы ретінде компьютер төмендегі фон Нейман принциптері бойынша құрастырылуы тиіс.

  1. 1) Екілік кодтау

    Информация екілік сан жүйесінде кодталады. Нөлдер мен бірлерден тұратын жиындар сандарды, командаларды және басқа да объектілерді бейнелейді. Мұндай бірліктерді жиі сөз деп атайды.

  2. 2) Бір жадта сақтау

    Әртүрлі типтегі сөздер (деректер мен командалар) бір жадта сақталады және бірдей кодталады, бірақ қолданылу мәні әртүрлі болады.

  3. 3) Адрестелетін ұяшықтар

    Сөздер жад ұяшықтарына орналасады. Әр ұяшықтың нөмірі болады — бұл сол ұяшықтағы сөздің адресі. Адрес арқылы сөз жадтан шақырылып алынады. Ұяшықтан оқу кезінде сөз автоматты түрде жойылмайды; өшіру үшін оның орнына басқа сөз жазылады.

  4. 4) Командалар тізбегі — программа

    Алгоритм басқарушы сөздер — командалар — тізбегінен тұрады. Командалар арқылы құрастырылған алгоритмді программа деп атайды.

  5. 5) Орындау тәртібін программа анықтайды

    Есептеулердің орындалу реті алгоритммен анықталады және командалар тізбегімен сипатталады.

ЭЕМ-нің негізгі құрылғылары

  • Арифметикалық-логикалық құрылғы (АЛҚ): екілік сандарға арифметикалық және логикалық амалдарды орындайды.
  • Басқару құрылғысы: программаның орындалуын ұйымдастырады.
  • Жад (еске сақтау құрылғысы): программалар мен деректерді сақтайды.
  • Сыртқы құрылғылар: информацияны енгізу және шығару үшін қолданылады.

Архитектура және құрылым

Архитектура

Компьютердің логикалық ұйымдастырылуы: функционалдық бөліктерінің құрамы мен міндеттері, кодтау принциптері және өңдеуге қажетті өзге де қағидалар.

Құрылым

Элементтердің және олардың арасындағы байланыстардың жиыны. Құрылғылар байланыс желілері арқылы ақпараттық және басқару сигналдарын жеткізеді.

Сигнал және синхрондау

Сигнал — информацияны жеткізудің физикалық тасымалдаушысы. Қазіргі компьютерлерде ол көбіне электр сигналы (кернеу немесе ток күші) арқылы беріледі. Құрылғылардың бір мезгілде жұмыс істеуін тактылық импульстер генераторы қамтамасыз етеді.

Жад: мақсаты, түрлері және негізгі сипаттамалары

Информация қажет кезде оңай алынып, сенімді сақталуы тиіс. Бұл міндетті компьютердің жады атқарады. Жад — деректерді қабылдап, оларды кейін пайдалануға мүмкіндік беретін құрылғы.

Негізгі жад түрлері

Регистрлік жад

Процессор құрамында орналасады, көлемі шағын. Есептеулерде және енгізу-шығару операцияларында деректер тікелей қолданылады.

Негізгі жад

Өңдеу үдерісіне тікелей қатысатын программалар мен деректерді жедел сақтайды. Тұрақты (ROM) және жедел (RAM) болып бөлінеді.

Кэш-жад (cache)

Жиі қолданылатын деректердің көшірмесін сақтайтын өте жылдам, бірақ көлемі шағын жад. Әдетте процессор мен RAM арасындағы алмасуды жылдамдатады.

Сыртқы жад

Үлкен көлемді деректерді ұзақ мерзімге сақтайды (дискілер, ленталар және т.б.).

ROM және RAM

  • ROM (Read Only Memory): өзгермейтін программалар мен анықтамалық информацияны сақтайды.
  • RAM (Random Access Memory): ағымдағы есептеу үдерісіне қажет программалар мен деректерді сақтайды.

Жадтың негізгі көрсеткіштері

  • Сыйымдылығы: сақталатын информацияның максимал көлемі (байтпен).
  • Қол жеткізу уақыты: адрес берілген сәттен бастап ұяшықпен байланыс орнағанға дейінгі уақыт.
  • Жазу уақыты: деректерді ұяшыққа жазуға кететін уақыт.
  • Құрылымы: ұяшық саны және ұяшық разрядтылығы.

Екілік бейнелеу: бит, байт, сөз

Компьютер — электрлік жүйе. Электр тогының тұрақты екі күйі болғандықтан (бар/жоқ), информация жадта 0 және 1 арқылы бейнеленеді.

  • Бит: екілік разрядты сақтайтын ең кіші бірлік.
  • Байт: 8 бит.
  • Сөз: ұяшықта сақталатын биттер тобы (ұяшық разрядтылығына тәуелді).
  • Регистр: процессордағы арнайы ұяшықтар; деректерді уақытша сақтау және өңдеу үшін қолданылады.

Көлем бірліктері

1 Кбайт

1024 байт (210)

1 Мбайт

1024 Кбайт (220)

1 Гбайт

1024 Мбайт (230)

1 Тбайт

1024 Гбайт (240)

Сыртқы ақпарат сақтау құрылғылары

Сыртқы жадтар үлкен көлемді информацияны ұзақ уақытқа сақтауға арналған. Кең тараған тасымалдаушыларға қатты және майысқақ магниттік дискілер, оптикалық және магнитооптикалық дискілер, сондай-ақ магниттік ленталар жатады.

Негізгі түрлері

Магниттік дискілер

Майысқақ дискілер (FDD/дискета) және қатты дискілер (HDD/винчестер). Магниттік жазу принципі қолданылады.

Оптикалық және магнитооптикалық тасымалдаушылар

Лазер сәулесімен оқу/жазу орындалады (CD, DVD және т.б.).

Майысқақ диск (Diskette, FDD)

Дискеталар ақпаратты бір компьютерден екіншісіне көшіруге және резервтік көшірме сақтауға қолданылды. Оқу/жазу үшін диск белгілі бөлімдерге бөлінеді — бұл үдеріс форматтау деп аталады (тректер мен секторлар құрылады).

Қатты диск (Hard Disk, HDD)

Программалар мен деректерді ұзақ мерзімге тұрақты сақтау үшін қолданылады. Жұмыс принципі магниттік жазуға негізделген және майысқақ дискіге ұқсас, бірақ сыйымдылығы әлдеқайда үлкен (ондаған, жүздеген Гбайт және одан көп).

Маңызды көрсеткіштер: деректерді алу уақыты (мысалы, 7–9 мс), деректерді беру жылдамдығы (интерфейске тәуелді), сондай-ақ өнімділікті арттыратын кэш-жадының болуы.

Қол жеткізу тәсілі бойынша жадтарды жіктеу

Тікелей қол жеткізу (Direct Access)

Қажетті дерек адресі бойынша бірден алынады. Бұл топқа RAM, ROM және дискілік жадтар жатады.

Бірізді қол жеткізу (Sequential Access)

Дерек жазылу ретімен (немесе кері тәртіппен) оқылады. Мысал: магниттік лента, FIFO принципімен ұйымдастырылған жад.

Файл және каталогтар жүйесі

Магниттік дискілерде деректер белгілі тәртіппен ұйымдастырылып сақталады. Сақталатын информацияның негізгі бірлігі — файл.

Файл дегеніміз не?

Файл — сыртқы жадтың атауы бар белгілі бір облысында орналасқан, толық түрде өңделетін деректер жиыны. Файл ішінде программа, сандық деректер, мәтін, кодталған бейнелер және басқа да ақпарат болуы мүмкін.

Файл атауы көбіне екі бөліктен тұрады: негізгі атау және кеңейтілім (типін көрсетеді). Мысалы: prog100.pas — Pascal тіліндегі бастапқы мәтін, prog100.exe — орындалатын программа.

Каталогтар (қапшықтар) не үшін керек?

Дискіде файлдар саны көп болғандықтан, оларды реттеу үшін иерархиялық каталог жүйесі қолданылады. Каталогтар файлдарды тақырып, жоба, пән немесе мақсат бойынша топтастыруға мүмкіндік береді.

Оптикалық дискілер

Оптикалық дискілерде деректерді оқу және жазу үшін лазер сәулесі қолданылады. Олар үлкен көлемді мәліметті сақтауға және таратуға ыңғайлы болды.

Негізгі форматтар және мүмкіндіктері

CD-ROM

Оқуға ғана арналған. Шамамен 780 Мбайт. Анықтама жүйелері мен мультимедиаға қолайлы.

CD-R

Оқу және бір рет жазу мүмкіндігі бар.

CD-RW

Оқу және көп рет қайта жазу мүмкіндігі бар.

DVD

Сыйымдылығы 17 Гбайтқа дейін. Кең көлемді деректер үшін.