Экономическая информатика. Введение в экономический анализ информационных систем. Учебник

Лугачев М.И., Анно Е.И., Когаловский М.Р., Липунцов Ю.П., Скрипкин К.Г., Смирнов С.Н., Смирнова Е.Е.

Возрастное ограничение: 0+ Жанр: Экономика Издательство: МГУ Дата размещения: 14.01.2016 ISBN: 9785392172870 Язык: Объем текста: 850 стр. Формат: epub

Оглавление

Уважаемый читатель!

Предисловие

Раздел I. Экономическая информатика и информация

Глава 1. Объект, предмет и метод экономической информатики

Глава 2. Данные, информация и знания. Измерение и применение

Глава 3. Экономическая информация как стратегический ресурс

Раздел II. Техническое и программное обеспечение информационных систем

Глава 4. Основы автоматизации обработки информации

Глава 5. Организация и функционирование компьютеров

Глава 6. Компьютерные сети

Глава 7. Программное обеспечение компьютерных систем

Раздел III. Базовые технологии информационных систем

Глава 8. Основы технологий баз данных

Глава 9. Основы технологий текстового поиска

Глава 10. Технологии Веб

Раздел IV. Основы использования информационных систем в управлении

Глава 11. Классификация информационных систем

Глава 12. Информационная система и управление

Глава 13. Реализация стратегии компании с использованием информационных технологий

Раздел V. Управление современными информационными системами

Глава 14. Управление службой информационных систем: функции, процессы, метрики

Глава 15. Оценка затрат на сопровождение и развитие информационных систем

Глава 16. Проекты развития информационных технологий и перестройка организации

Глава 17. Стандартные методики внедрения сложных ИС. Экономический анализ проекта внедрения ис, осуществляемого по стандартной методике

Глава 18. Обеспечение безопасности и надежности функционирования информационных систем

Раздел VI. Электронный бизнес

Глава 19. Основные понятия электронного бизнеса

Глава 20. Основные модели электронного бизнеса

Глава 21. Технологические решения для электронного бизнеса

Глава 22. Платежные системы электронного бизнеса

Раздел VII. Социальные и правовые аспекты применения информационных систем

Глава 23. Право и этика в применении информационных систем

Глоссарий

Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгу

Глава 5.
ОРГАНИЗАЦИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ

5.1. ОСНОВНЫЕ УСТРОЙСТВА КОМПЬЮТЕРА, ЕГО АРХИТЕКТУРА

5.1.1. Общая архитектура компьютера

Архитектурой называют прежде всего систему составляющих компьютер устройств и взаимосвязей между ними, а также совокупность правил, по которым происходит это взаимодействие. К архитектуре компьютера относятся характеристики отдельных устройств компьютера, структура и способы доступа к памяти и к внешним устройствам, система машинных команд компьютера, форматы данных, используемые в машинных командах, и др.

Главными устройствами являются процессор и память. Именно взаимодействием этих компонентов определяется возможность компьютера производить вычисления. Линии связи, по которым данные передаются из процессора в память и обратно, называются шиной. Обычно это электрический провод (сейчас появились оптоволоконные провода). Линий связи в компьютере много, и они выполняют множество разных функций. Принято делить линии связи всей шины на шину данных, шину адреса, шину управления и шину питания. Кроме того, процессор и память должны быть связаны проводами со многими другими устройствами компьютера. В современных компьютерах одна и та же шина используется для обмена данными как между процессором и памятью, так и между процессором и всеми портами ввода-вывода. Такая шина называется общей шиной. Это означает, что если по общей шине идет сигнал, то его, в принципе, могут прочесть все подключенные к шине устройства. Однако реально технология обмена информацией устроена таким образом, что получает сигнал именно то устройство, для которого он предназначается. Как это получается, мы попытаемся объяснить далее.

Следует отметить, что эта простая однозвенная схема часто бывает усложнена. Реально часть устройств подключается к общей шине не непосредственно, а через одну из вспомогательных шин, которая, в свою очередь, присоединяется к общей шине. Такие шины называются локальными шинами. Однако это не меняет принципиальной схемы работы компьютера.

Внутримашинным системным интерфейсом называется вся система связей и сопряжений узлов и блоков компьютера между собой. Интерфейс включает совокупность электрических проводов, электронных микросхем сопряжения с компонентами компьютера, соглашений о передаче и преобразовании сигналов. Интерфейс с общей шиной называется односвязным. При многосвязном интерфейсе устройства связаны друг с другом проводами (магистралями).

Процессор состоит из огромного количества электронных микросхем, сосредоточенных в микроскопическом объеме. Быть может, процессор является самым сложным устройством в мире. Весь прогресс в компьютерной индустрии связан с совершенствованием процессоров: расширением набора выполняемых ими функций, уменьшением объема и одновременным увеличением скорости выполнения операций (быстродействием), увеличением надежности. Регистры процессора, представляющие собой наиболее быстродействующую часть памяти компьютера, конструктивно расположены внутри процессора, и время доступа к данным в регистрах значительно меньше, чем к данным в оперативной памяти.

Современные компьютеры конструируются на основе идеологии открытых систем, согласно которой компьютер составляется из нескольких достаточно независимых устройств, выполняющих определенную функцию. Отдельные устройства, составляющие компьютер, могут иметь различную конструкцию и выпускаться различными фирмами. Однако они должны удовлетворять определенным стандартам взаимодействия друг с другом. Эти стандарты относятся как к техническим характеристикам устройств (например, величина напряжения на выходных контактах, форма и количество контактов в разъеме), так и к содержанию сигналов, которыми обмениваются эти устройства. Компоненты устройства, назначением которых является взаимодействие с другими устройствами, называются его интерфейсом, а правила, которым интерфейс обязан удовлетворять, — протоколами. Иногда термин «интерфейс» трактуется более широко, включая также и протоколы.

Для устройств одинакового предназначения может существовать несколько различных протоколов. В таком случае можно объединять в одно целое только те устройства, которые работают по одинаковым протоколам. Это очевидно в отношении конструктивных особенностей устройств (например, в корпус компьютера можно вставить только те детали, которые подходят по размерам к специальным креплениям). Менее очевидна необходимость протоколов, относящихся к виду сигналов, которыми устройства обмениваются между собой. Большинство современных устройств могут работать с несколькими информационными протоколами.

Сигнал по каналам связи внутри компьютера передается в цифровой форме: по проводам передаются импульсы, которые кодируют нули и единицы. Способ передачи данных, при котором по каналу связи одновременно передастся одна двоичная цифра (т.е. 1 бит данных), называется последовательным. При параллельном способе передачи данных сигналы одновременно идут по нескольким проводам, которые в совокупности образуют один параллельный канал связи. Количество проводов в канале определяет его разрядность. Объем одновременно передаваемых по каналу данных зависит от разрядности канала. Параллельная передача данных является более быстродействующей, чем последовательная.

По способу передачи данных во времени различают синхронную и асинхронную передачи. При синхронной передаче данных процесс передачи синхронизируется с тактовыми сигналами, которые вырабатывает тактовый генератор. Интервал передачи определяется наибольшим временем задержки в системе передачи данных и максимальным временем преобразования сигнала. Асинхронная передача данных происходит при получении специальных сообщений, которые сигнализируют о готовности внешнего устройства к обмену и о этапах самого процесса передачи (эти сигналы посылаются процессором и характеризуют начало обмена, конец обмена и контроль правильности передачи данных). При такой организации обмена автоматически устанавливается рациональное соотношение между скоростью передачи данных и величинами задержки сигналов в канале связи.

Существует множество различных типов периферийных устройств. Если ограничиться персональным компьютером, то в его состав могут входить устройства ручного ввода — клавиатура и мышь, устройства графического ввода — сканер, устройства вывода — монитор, принтер, графопостроитель (плоттер), внешние накопители данных — жесткий диск (винчестер), дисковод для гибкого диска (флоппи-диска), CD-ROM, звуковые колонки, сетевой выход. В более мощных компьютерах используются специализированные внешние устройства.

Устройства компьютера подключены к шине не непосредственно, а через промежуточные устройства, которые называются контроллерами или адаптерами. Связано это с несколькими обстоятельствами:

• скорость выполнения операций в разных устройствах разная, и при обмене требуется где-то накапливать данные;

• характеристики сигналов в устройствах компьютера и общей шине различны, и поэтому необходимо преобразование сигнала из одного вида в другой;

• контроллер берет на себя некоторые стандартные операции процесса обмена данными (такие, как опрос готовности устройства или контроль правильности передачи), освобождая от этих функций центральный процессор.

Фактически контроллеры и адаптеры имеют свой процессор, который зачастую можно даже программировать, и свою память и представляют собой специализированный микрокомпьютер.

Интерфейс отдельного устройства включает в себя весь комплекс средств, предназначенных для обеспечения связи конкретного устройства компьютера с другими устройствами: соединительные каналы, контроллеры или адаптеры, алгоритмы, обеспечивающие управление устройством. От характеристик интерфейса зависит быстродействие и надежность устройства. Интерфейс стандартизирован согласно протоколам, описывающим устройства именно этого функционального предназначения. Стандартизация касается как технических параметров устройства, так и команд управления устройством. Схемы управления обычно помещаются внутри.

Многосвязный интерфейс используется в больших и супербольших компьютерах, когда отдельные устройства связываются друг с другом по нескольким независимым каналам связи (магистралям). Чаще всего каждое устройство снабжается одной выходной магистралью для выдачи данных и несколькими входными для приема данных от других устройств. При неисправности какой-либо магистрали или обслуживающих ее устройств оказывается отключенным только одно периферийное устройство. Управляющая аппаратура компьютера автоматически определяет неисправный узел и выбирает исправные и незанятые магистрали.

Вся работа компьютера сводится к организации потоков данных и операциям обработки информации в процессоре, поскольку только процессор определяет, когда, кому и какое сообщение должно быть передано. Прочие устройства могут только получать управляющие сигналы и выполнять нужные действия. В свою очередь, процессор извлекает эту информацию из компьютерной программы и данных, используемых программой. Для того чтобы он мог это сделать, и то и другое должно находиться в оперативной памяти компьютера. Даже если первоначально эти данные хранились на внешнем носителе, прежде чем они могут быть использованы компьютером (процессором!), они должны быть переписаны в оперативную память.

5.1.2. Оперативная память

То, что до сих пор для простоты называлось оперативной памятью компьютера, следует назвать его внутренней адресуемой памятью. Адресуемой она называется потому, что доступ к ней осуществляется на основе единой адресации ячеек памяти. Основную часть адресуемой памяти составляет оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, или оперативная память). Иногда се называют памятью прямого доступа (Random Access Memory — RAM). Большинство типов компьютеров содержит также постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), или память только для чтения (Read-Only Memory — ROM).

Оперативное запоминающее устройство является основным средством хранения информации при работе компьютера. Все данные, которые должны быть обработаны, сначала должны быть помещены в оперативную память. В оперативной памяти также хранятся промежуточные и конечные результаты работы компьютера. Кроме того, там же располагаются все работающие программы.

От быстродействия ОЗУ, которое измеряется временем процессов перемещения информации из оперативной памяти в процессор и обратно, напрямую зависит быстродействие всего компьютера, поэтому одним из основных направлений в развитии вычислительной техники является повышение быстродействия ОЗУ. Технически ОЗУ устроено таким образом, что при выключении электрического питания информация в его ячейках стирается. В выключенном компьютере информация хранится на внешних магнитных носителях информации, а при включении необходимые программы и данные пересылаются с этих внешних носителей в оперативную память.

Постоянное запоминающее устройство содержит ту начальную программу, которая начинает работать при включении компьютера, а также некоторые служебные программы операционной системы. В частности, в ПЗУ хранятся программные модули так называемой базовой системы ввода-вывода (Base Input Output System — BIOS), а также диагностические программы, предназначенные для проверки исправности и обслуживания аппаратуры самого компьютера. В постоянной памяти хранится также программа первоначальной загрузки главной обслуживающей программы компьютера — операционной системы. Содержимое ПЗУ сохраняется при выключении компьютера.

Существуют перепрограммируемые ПЗУ, которые не только сохраняют информацию при отключении питания, но и допускают ее запись. При этом время записи во много раз больше времени считывания.

В персональном компьютере ОЗУ представляет собой автономное устройство, которое присоединяется к разъему на материнской плате. Оперативная память может состоять из нескольких блоков. Один блок представляет собой интегральную схему. Логически ОЗУ можно изобразить последовательностью триггеров. Триггером принято называть электронный прибор, который может находиться в одном из двух состояний, одно из которых считается единицей, а другое — нулем. ПЗУ представляет собой интегральную схему, в которой единицы и нули зашифрованы соединениями, а не электрическими потенциалами, именно поэтому они сохраняются при выключении питания.

На эффективную работу компьютера оказывает влияние не только время выполнения процессором отдельных операций, но и время перемещения данных из памяти в процессор и обратно. Это время называют быстродействием памяти. Быстродействие ОЗУ ниже, чем быстродействие регистров процессора, поэтому перед выполнением команд процессор переписывает данные из ОЗУ в регистры. Объем ОЗУ должен быть достаточен для записи программы решаемой задачи, исходных данных задачи и промежуточных и конечных результатов. Внешние запоминающие устройства обладают практически неограниченным объемом памяти, зато время обмена данными у них значительно больше, чем у ОЗУ.

Для ускорения работы ОЗУ используется так называемая кэш-память процессора, которая является промежуточной между ОЗУ и процессором, имеет меньший объем, чем ОЗУ, но зато большее быстродействие. При наличии кэш-памяти данные из ОЗУ сначала переписываются туда и лишь затем в регистры процессора. При повторном обращении к памяти те данные, которые уже находятся в кэш-памяти, сразу переносятся в регистры процессора, за счет чего экономится время.

Если отвлечься от особенностей технической реализации, внутреннюю адресуемую память можно представить в виде единой последовательности ячеек, в которых записаны отдельные блоки информации. В персональном компьютере объем ячейки равен 1 байту, поэтому ячейки называют байтами памяти. Каждый байт имеет свой номер (называемый адресом), причем нумерация байтов начинается с нуля. Занумерованная последовательность байтов конструктивно может состоять из различных устройств. В частности, ПЗУ и память видеомонитора, являющиеся частью адресуемой памяти, обычно реализуются в виде отдельных микросхем. При обмене информацией с оперативной памятью центральный процессор должен указать адрес байта, содержание которого ему нужно прочитать из памяти или записать в память. Разумеется, из ПЗУ можно только читать данные. Прочитанные из памяти данные процессор записывает в свои регистры, он может обрабатывать только те данные, которые находятся в его регистрах, а в регистр может переписывать данные только из оперативной памяти или портов ввода-вывода.

5.1.3. Центральный процессор

Центральный процессор (ЦП) — это устройство, которое выполняет обработку информации в соответствии с выполняемой компьютером программой, находящейся в оперативной памяти и состоящей из отдельных команд, понятных для процессора. В каждой команде содержатся сведения о том, откуда взять исходные данные, какую операцию над ними выполнять и куда поместить результат. Процессор выполняет следующие функции:

• чтение команд из оперативной памяти и их дешифрация;

• чтение данных из оперативной памяти и портов ввода-вывода;

• запись данных в оперативную память или их пересылка в порты ввода-вывода;

• прием и обработка запросов и команд от адаптеров внешних устройств;

• выработка управляющих сигналов для всех прочих устройств компьютера.

Функционально процессор состоит из двух компонентов — операционной и интерфейсной частей. Операционная часть включает устройство управления, арифметико-логическое устройство и процессорную память (регистры общего назначения — РОН). Интерфейсная часть включает микросхемы управления шиной и портами, а также адресный и командный регистры.

Устройство управления является наиболее сложной частью процессора. Оно вырабатывает сигналы, которые управляют всеми устройствами компьютера, и процессором в частности. Большинство операций в процессоре выполняется параллельно, а синхронизируются они с помощью тактовых импульсов, вырабатываемых генератором тактовых импульсов, частота которых — одна из важнейших характеристик процессора. Обычно реальные тактовые сигналы процессора получаются из тактовых сигналов генератора тактовых импульсов путем деления частоты сигналов. Устройство управления выполняет следующие функции:

• выбирает из адресного регистра адрес в ОЗУ очередной выполняемой команды;

• выбирает из ОЗУ очередную команду;

• с помощью дешифратора операций анализирует код команды и идентифицирует выполняемую ею операцию и ее признаки;

• считывает соответствующую выбранной операции микропрограмму процессора, задающую последовательность управляющих сигналов, которые будут задавать и синхронизировать работу по выполнению данной операции;

• считывает адреса в ОЗУ операндов операции и в случае необходимости переписывает данные из ОЗУ в регистры общего назначения;

• выполняет операцию;

• записывает результаты операции обратно в ОЗУ;

• формирует адрес следующей команды.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций. Операнды операции перед этим должны быть размещены в регистрах общего назначения. Результат также помещается в регистр общего назначения. Само АЛУ представляет собой микросхему, на вход которой подаются операнды операции, а на выходе получается результат. Обычно для повышения общего быстродействия процессор может выполнять сложение и умножение только целых чисел, а для сложения и умножения чисел с плавающей точкой используются специальные микропрограммы. Регистры общего назначения используются для хранения начальных, конечных и промежуточных данных при работе процессора.

Схема управления шиной и портами выполняет следующие функции:

• формирует адрес порта и управляющую информацию для него (например, переключение порта на прием или передачу);

• принимает информацию от порта о его состоянии или его готовности;

• подготавливает все устройства и микросхемы к обмену данными между процессором и портом ввода-вывода.

Схема управления шиной посылает по управляющей шине сигнал о том, что готовится операция ввода или вывода, а по адресной шине — адрес порта. То устройство, которое содержит соответствующий адрес, дает ответ о готовности, после чего по шине данных осуществляется ввод или вывод данных.

5.1.4. Системные шины

Системная шина представляет собой совокупность линий для передачи сигналов, объединенных по их назначению (данные, адреса, управление). Основной функцией системной шины является обмен информацией между процессором и остальными электронными компонентами компьютера. По системным шинам осуществляется передача информации (по шине данных), адресация устройств (по шине адреса) и обмен специальными служебными сигналами (по шине управления).

Перемещение информации между оперативной памятью и процессором и между оперативной памятью и портами происходит по системе соединений, которые называются шиной данных. Для увеличения скорости передачи биты информации передаются одновременно по нескольким линиям шины. Количество линии называется разрядностью шины. В современных персональных компьютерах используется 64-разрядная шина данных, по ней можно передавать 8 байтов данных одновременно.

Для правильной организации работы компьютера процессор и память должны обмениваться не только данными, но и управляющими сигналами. Для этого в компьютере предусмотрены, кроме шины данных, еще две шины: шина адреса и шина управления (на самом деле есть еще шина питания, по которой на все устройства компьютера подается питание).

Как уже отмечалось, шина адреса нужна для того, чтобы локализовать те ячейки оперативной памяти или те порты ввода-вывода, которые должны непосредственно участвовать в операции. Все байты оперативной памяти перенумерованы числами от нуля до максимального номера байта (последний зависит от объема оперативной памяти). Аналогично перенумерованы также все порты ввода-вывода (обычно от 0 до 65 535). Адресом байта оперативной памяти называется его номер. Адресом участка памяти, состоящего из нескольких последовательных байтов (области памяти), служит адрес начального байта. Адресом порта ввода-вывода также называется его номер. При выполнении машинной команды адрес байта оперативной памяти, содержимое которого должно участвовать в операции, посылается процессором по шине адреса. При прохождении адреса по шине адреса активизируется именно байт памяти с указанным адресом. Остальные управляющие сигналы, необходимые для правильного выполнения операции, посылаются по шине управления.

Для характеристики компьютера очень важна разрядность шины адреса. Например, у прежних персональных компьютеров использовалась 20-разрядная шина адреса. Максимальный адрес, который можно послать по такой шине, равен 220 — 1 = 1Мб, поэтому байту оперативной памяти с адресом, большим 1 Мб, предписание по шине адреса отправить, в принципе, невозможно. В таких компьютерах объем оперативной памяти принципиально не мог быть больше 1 Мб. В процессорах этих компьютеров использовалась специальная система определения адреса, ориентированная на такое ограничение.

Современные персональные компьютеры включают 32-разрядную шину адреса. При такой шине максимальный объем оперативной памяти равен 232 = 4 Гб. Пока этого достаточно, но уже существуют компьютеры с 64-разрядной шиной адреса. При 32-разрядной шине можно обратиться к любому байту оперативной памяти в пределах 4 Гб. В новых программах используется эта возможность. Однако необходимо предусмотреть возможность выполнения программ, написанных для старых процессоров. Поэтому в современных процессорах предусмотрены два режима работы: один режим, называемый реальным, имитирует работу старых процессоров, и в этом режиме осуществляется доступ только к 1 Мб оперативной памяти; другой режим, называемый защищенным, имеет доступ ко всей оперативной памяти.

По шине управления идут сигналы, которые выполняют различные вспомогательные функции, необходимые для правильного выполнения операций. Всего в шине управления может быть более 100 линий. Перечислим только некоторые из них. Существует линия переключения между оперативной памятью и портами ввода-вывода. Дело в том, что когда по шине адреса идет сигнал, то он может восприниматься и как адрес байта оперативной памяти, и как адрес порта ввода-вывода. Как именно воспринимать этот адрес, зависит от сигнала, который одновременно с адресом идет по управляющей линии (например, ноль на управляющей линии обозначает оперативную память, единица — порт). Подругой управляющей линии идет сигнал, который задает направление перемещения информации (ноль — информация читается из памяти или из порта в регистр процессора, единица — пишется из регистра в память или порт). По третьей управляющей линии передаются сигналы от тактового генератора. Эти сигналы позволяют синхронизировать операции, которые должны одновременно выполняться сразу несколькими устройствами компьютера (например, подготовиться к очередной операции).

Лугачев М.И., Анно Е.И., Когаловский М.Р., Липунцов Ю.П., Скрипкин К.Г., Смирнов С.Н., Смирнова Е.Е. Экономическая информатика. Введение в экономический анализ информационных систем. Учебник

Лугачев М.И., Анно Е.И., Когаловский М.Р., Липунцов Ю.П., Скрипкин К.Г., Смирнов С.Н., Смирнова Е.Е. Экономическая информатика. Введение в экономический анализ информационных систем. Учебник

Рассматриваются основные составляющие информационных систем, использующихся для подготовки и принятия решений в экономике и бизнесе; информационные технологии, бизнес-приложения и функциональные подсистемы, а также управление информационными системами и их элементами. Формулируются подходы к анализу экономической эффективности информационных систем.<br> Предназначен для студентов, аспирантов и преподавателей экономических факультетов университетов и экономических вузов. Также может быть полезен специалистам по информационным технологиям при подготовке хозяйственных решений.<br> Учебник подготовлен при содействии НФПК- Национального фонда подготовки кадров в рамках Программы «Совершенствование преподавания социально-экономических дисциплин в вузах» Инновационного проекта развития образования. <br><br> <h3><a href="https://litgid.com/read/ekonomicheskaya_informatika_vvedenie_v_ekonomicheskiy_analiz_informatsionnykh_sistem_uchebnik/page-1.php">Читать фрагмент...</a></h3>

Внимание! Авторские права на книгу "Экономическая информатика. Введение в экономический анализ информационных систем. Учебник" ( Лугачев М.И., Анно Е.И., Когаловский М.Р., Липунцов Ю.П., Скрипкин К.Г., Смирнов С.Н., Смирнова Е.Е. ) охраняются законодательством!