4 Hardware e software

^ Gestione dell'organizzazione IT e IS

• 
  L'uso di mezzi tecnici basati sull'integrazione sistemica e complessa di tutte le apparecchiature, tenendo conto di una serie di requisiti.
• 
  I componenti principali del supporto tecnico sono i computer di diverse classi, scale di azione, universali e specializzati, nonché i mezzi della loro interazione e comunicazione, ad es. apparecchiature di rete.
• 
  Programmi di sistema e applicativi nel software, il loro impatto sulle prestazioni dell'utente: un economista.
• 
  Una varietà di offerte di mercato del software, valutazione da parte dell'utente della loro idoneità e qualità in relazione ai costi monetari, nonché della loro applicabilità in imprese specifiche.

^ 4.1. La composizione del supporto tecnico della gestione dell'organizzazione IT e IS
La base tecnica della gestione IT e IS è rappresentata da un insieme di mezzi tecnici autonomi per raccogliere, accumulare, elaborare, trasmettere, produrre e presentare informazioni, strumenti di elaborazione documenti e apparecchiature per ufficio, nonché strumenti di comunicazione per lo scambio di informazioni tra vari mezzi tecnici , interconnessi da un unico controllo.

Il raggiungimento dell'efficace funzionamento dell'IS implica il rispetto di un determinato insieme di requisiti per il complesso dei mezzi tecnici (CTS), i principali dei quali sono i seguenti:

· minimizzazione dei costi di manodopera e di costo per la risoluzione dell'intero complesso delle attività di sistema;

Implementazione dell'elaborazione integrata delle informazioni grazie alla compatibilità informatica, tecnica e software dei vari dispositivi tecnici;

Fornitura agli utenti di comunicazioni tramite dispositivi terminali con una banca dati distribuita; alta affidabilità;

Disponibilità di protezione delle informazioni da accessi non autorizzati;

· fattibilità di CTS, ovvero la possibilità della sua creazione a spese di mezzi standard prodotti dall'industria nazionale;
flessibilità della struttura CTS, ovvero la prospettiva di includere nella sua composizione mezzi tecnici nuovi e più avanzati man mano che sono padroneggiati dall'industria;

· minimizzazione dei costi in conto capitale per l'acquisto di CTS e la loro attuale operatività.

L'efficace funzionamento dell'IS si basa sull'uso integrato dei moderni mezzi tecnici di elaborazione delle informazioni e sui metodi per organizzare i processi tecnologici per la risoluzione dei problemi. La base per l'ulteriore sviluppo dell'automazione delle attività di gestione in vari settori dell'economia è una nuova e progressiva tecnologia dell'informazione incentrata sull'uso delle ultime conquiste della tecnologia elettronica, in particolare computer ad alte prestazioni e ad alta velocità e mezzi moderni di comunicazione.

La creazione di una nuova tecnologia richiede di tenere conto delle peculiarità della struttura dei sistemi economici. Prima di tutto, questa è la complessità dell'interazione organizzativa, che richiede la creazione di sistemi gerarchici multi-livello (casa madre, filiali) con collegamenti informativi COMPLESSI di direzioni avanti e indietro con le organizzazioni correlate.

L'elemento principale del complesso di mezzi tecnici progettati per l'elaborazione automatica delle informazioni nel processo di risoluzione dei problemi gestionali è un computer elettronico o computer.

Nel campo dell'economia, si tratta di computer di varie capacità, velocità e dimensioni. Sono progettati per risolvere una varietà di problemi: economici, matematici, informativi e di altro tipo, caratterizzati dalla complessità degli algoritmi e da una grande quantità di dati elaborati, e sono ampiamente utilizzati nei potenti sistemi informatici.

Le caratteristiche caratteristiche dei computer moderni sono: prestazioni elevate; una varietà di forme di dati elaborati: binari, decimali, simbolici, con un'ampia gamma di modifiche e un'elevata precisione di rappresentazione; un'ampia gamma di operazioni eseguite, sia aritmetiche, logiche e speciali; grande capacità di RAM; organizzazione avanzata del sistema di input-output delle informazioni, fornendo la connessione di vari tipi di dispositivi esterni.

Gli strumenti di calcolo orientato ai problemi vengono utilizzati per risolvere una gamma più ristretta di problemi associati, di norma, alla gestione di oggetti tecnologici, alla registrazione, all'accumulo e all'elaborazione di quantità relativamente piccole di dati e all'esecuzione di calcoli utilizzando algoritmi relativamente semplici. Hanno risorse hardware e software limitate rispetto ai computer mainframe. Quelli orientati al problema includono, in particolare, tutti i tipi di sistemi di calcolo di controllo.

^ Strumenti informatici specializzati vengono utilizzati per risolvere una gamma ristretta di problemi o per implementare un gruppo di funzioni rigorosamente definito. Un orientamento così ristretto consente di specializzare chiaramente la struttura, ridurre significativamente la complessità e il costo dei computer mantenendo elevate prestazioni e affidabilità del loro funzionamento. Quelli specializzati includono, ad esempio, microprocessori programmabili per scopi speciali.; adattatori e controllori che svolgono funzioni di controllo logico per singoli dispositivi, unità e processi tecnici semplici; dispositivi per coordinare e interfacciare il funzionamento dei nodi del sistema informatico.

In termini di dimensioni e funzionalità, i computer utilizzati nelle attività di gestione si dividono in super-grandi (mainframe), grandi, piccoli, ultra-piccoli (microcomputer).

La funzionalità dei computer moderni si distingue per:

velocità, misurata dal numero medio di operazioni eseguite dalla macchina nell'unità di tempo;

profondità di bit e forme di rappresentazione dei numeri con cui opera il sistema informatico;

nomenclatura, capacità e velocità di tutti i dispositivi di archiviazione;

· nomenclatura e caratteristiche tecnico-economiche dei dispositivi esterni per la memorizzazione, lo scambio e l'input-output delle informazioni;

Tipi e larghezza di banda dei dispositivi di comunicazione e interfaccia di nodi di computer tra loro (interfaccia interna alla macchina);

la capacità di un computer di lavorare contemporaneamente con più utenti ed eseguire più programmi contemporaneamente (multiprogrammazione);

tipologie e caratteristiche tecnico-operative dei sistemi operativi utilizzati nella macchina;

Disponibilità e funzionalità del software;

la capacità di eseguire programmi scritti per altri tipi di macchine (compatibilità software con altri computer);

Il sistema e la struttura delle istruzioni macchina:

la capacità di connettersi a canali di comunicazione e ad una rete informatica;

affidabilità operativa dei computer;

· il coefficiente di utilizzo nel tempo utile dei computer, determinato dal rapporto tra tempo utile di lavoro e tempo di manutenzione preventiva.

^ 5 Tecnologie dell'informazione gestionale

Secondo gli esperti, circa il 70% delle informazioni del computer è ora su mainframe; solo negli Stati Uniti, nel 1998 sono stati installati 400.000 mainframe. Attualmente in Russia vengono utilizzati circa 5mila computer ES e circa lo stesso numero di mainframe di marca: IBM (ES / 9000 installato presso fabbriche di automobili, impianti metallurgici), Нitachi Data System, Fujitsu, ecc.

I piccoli computer sono affidabili, economici e facili da usare, con capacità leggermente inferiori rispetto ai mainframe.

I mini computer (e i supermini più potenti) hanno le seguenti caratteristiche:

produttività - fino a 100 MIPS;

capacità di memoria principale - 4-512 MB:

· capacità di memoria su disco - 2-100 GB;

· numero di utenti supportati - 16-512.

Tutti i modelli utilizzati di questo tipo sono sviluppati sulla base di insiemi di microprocessori di circuiti integrati, microprocessori a 16, 32, 64 bit. Un'ampia gamma di prestazioni in condizioni applicative specifiche, implementazione hardware della maggior parte delle informazioni I/O di sistema, semplice implementazione di sistemi a microprocessore e multi-macchina, elevata velocità di elaborazione degli interrupt, capacità di lavorare con formati di dati di varie lunghezze li rendono convenienti da usare nella gestione informatica.

I vantaggi dei computer includono: un'architettura specifica con grande modularità, un migliore rapporto prestazioni/prezzo rispetto ai mainframe e una maggiore precisione dei calcoli. Sono destinati all'uso come parte di sistemi informatici di controllo. L'ampia gamma di dispositivi periferici tradizionali per tali complessi è completata da unità di comunicazione interprocessore, che garantiscono l'implementazione di sistemi informatici con una struttura variabile.

I computer vengono utilizzati con successo per i calcoli nei sistemi di elaborazione multiutente, nei sistemi di progettazione assistita da computer, nei sistemi per la modellazione di oggetti semplici e nei sistemi di intelligenza artificiale.

Il personal computer soddisfa i requisiti di disponibilità generale e universalità di applicazione e presenta le seguenti caratteristiche:

basso costo, che è alla portata di un singolo acquirente;

Autonomia di esercizio senza particolari requisiti per le condizioni ambientali;

la flessibilità dell'architettura, garantendone l'adattabilità a una varietà di applicazioni nel campo della gestione, della scienza, dell'istruzione e della vita quotidiana;

. "facilità" del sistema operativo e di altri software, che consente all'utente di lavorare con esso senza una formazione professionale speciale;

Elevata affidabilità del lavoro (oltre 5000 ore di tempo tra i guasti).

Nel campo delle attività di gestione, personal computer prodotti dalle società americane Compaq Computer, Apple (Macintosh), Hewlett Packard, Oell, OEC, nonché dalle società britanniche - Spectrum, Amstrad; Francia - Micrale;

Italia - 0vita; Giappone - Toshiba, Panasonic e Partner.

I più popolari al momento sono i personal computer clone (architetture di una certa direzione) (VM, i cui primi modelli sono apparsi nel 1981. I personal computer dell'OEC (Digital Equipment Corporation) clonano, in particolare, i noti PC Apple Macintosh , occupando il 2° posto nella distribuzione.

All'inizio del 2000, la flotta globale di computer era di circa 250 milioni di unità, di cui circa il 90% erano personal computer, in particolare c'erano più di 100 milioni di unità di PC professionali di tipo IBM PC. (circa il 75% di tutti i PC); PC professionali di tipo OEC - circa 5 milioni di pezzi.

All'estero, i modelli di computer più comuni attualmente sono computer con microprocessori Pentium e Pentium Pro (Tabella 4.1).
Tabella 4.1. Caratteristiche medie dei moderni IR /VM Re

Parametro	Tipo di microprocessore
	80386SX	80386 OH	80486SX	80486 OH	Pentium	Pentium Pro
frequenza dell'orologio,	25-40	33-40	33-80	50-100	60-150	100-400
Profondità di bit, bit	32	32	32	32	64	64
Dimensione RAM, MB	1;2;4	2;4;8	2;4;8	4;6;8	8;16	16;32
Volume di memoria cache, KB	Non	64,128	128;256	256;512	512;1024	512;1024
Capacità HDD, MB	210	420	540	850	2000	10000
Adattatore video VGA/SVGA,%	30/70	24/76	10/90	0/100	0/100	0/100
Presenza di un coprocessore	45	67	80	100	100	100

^ Uno speciale gruppo di computer in via di sviluppo intensivo è formato da server multiutente utilizzati nelle reti di computer. I server sono generalmente classificati come microcomputer, ma in base alle loro caratteristiche, è più probabile che i server potenti siano attribuiti a piccoli computer e persino a mainframe e i superserver sono più vicini ai supercomputer.

Server: un computer dedicato all'elaborazione delle richieste da tutte le stazioni di una rete di computer che fornisce a queste stazioni l'accesso a risorse di sistema comuni (potenza di calcolo, database, librerie software, stampanti, fax, ecc.) e distribuisce queste risorse. Tale server generico viene spesso definito server delle applicazioni.

^ I server su una rete sono spesso specializzati. I server specializzati vengono utilizzati per eliminare la maggior parte dei colli di bottiglia nella rete: creazione e gestione di banche dati e archivi dati, supporto per facsimile multicast ed e-mail, gestione di terminali multiutente (stampanti, plotter), ecc.

File server(File Server) viene utilizzato per lavorare con i file di dati, dispone di dispositivi di archiviazione su disco di grandi dimensioni, spesso su array di dischi a tolleranza di errore KAJU con una capacità fino a 1 TB.

^ Server di archivio (server di backup) serve per eseguire il backup delle informazioni in grandi reti multi-server, utilizza unità a nastro magnetico (streamer) con cartucce sostituibili con una capacità fino a 5 GB; esegue normalmente l'archiviazione automatica giornaliera con compressione delle informazioni provenienti da server e postazioni secondo uno scenario impostato dall'amministratore di rete (naturalmente, con la compilazione di un catalogo di archivio).

server fax(Net Satisfaxiop) - una postazione dedicata per organizzare un'efficiente comunicazione multicast fax con più schede modem fax, con una protezione speciale delle informazioni da accessi non autorizzati durante la trasmissione, con un sistema di archiviazione fax elettronico.

^ Server di posta(Mail Server) - lo stesso del fax server, ma per l'organizzazione della posta elettronica, con caselle di posta elettronica.

Server di stampa(Server Pript, Net Port) è progettato per un uso efficiente delle stampanti di sistema.

^ Server di teleconferenza dispone di un sistema per l'elaborazione automatica di immagini video, ecc.

Una sottoclasse di personal computer in rapido sviluppo sono i computer portatili (notebook, laptop).

La maggior parte dei computer portatili sono autoalimentati a batterie, ma possono anche essere collegati alla rete.

Come monitor video, utilizzano display piatti a cristalli liquidi con un videoproiettore, meno spesso luminescenti per presentazioni o scarica di gas.

I computer portatili sono molto diversificati: dalle workstation portatili ingombranti e pesanti (fino a] 5 kg) ai notebook elettronici in miniatura del peso di circa 100 g Le workstation portatili sono i PC portatili più potenti e grandi.

Sono spesso realizzati sotto forma di una valigia e portano il nome gergale Nomadic - un nomade. Le loro caratteristiche sono simili a quelle dei PC fissi - workstation: potenti microprocessori, spesso di tipo RISC, con frequenza di clock fino a 300 MHz; RAM fino a 64 MB; unità disco da gigabyte; interfacce ad alta velocità e potenti adattatori video con memoria video fino a 4 MB.

Si tratta in sostanza di normali workstation alimentate dalla rete, ma strutturalmente progettate in un case comodo per la portabilità, e dotate, come tutti i PC portatili, di un monitor video piatto a cristalli liquidi di classe non superiore a UAA. I nomadi di solito hanno modem e possono connettersi rapidamente ai canali di comunicazione per lavorare in una rete di computer.

La tendenza principale nello sviluppo della tecnologia informatica al momento è l'ulteriore espansione della portata dei computer e, di conseguenza, il passaggio dalle singole macchine ai loro sistemi: sistemi informatici e complessi di varie configurazioni con un'ampia gamma di funzionalità e caratteristiche .

I più promettenti, creati sulla base di personal computer, sistemi di elaborazione multi-macchina geograficamente distribuiti - reti di computer - sono focalizzati non tanto sull'elaborazione di informazioni computazionali quanto sui servizi di informazione di comunicazione: e-mail, sistemi di teleconferenza e sistemi informativi e di riferimento.

La rete Intemet implementa il principio dell'ipertesto, secondo il quale l'abbonato, scegliendo parole chiave presenti nel testo leggibile, può ricevere le spiegazioni ei materiali aggiuntivi necessari.

Nello sviluppo e nella creazione di PC moderni, i computer superpotenti - i supercomputer, così come i PC in miniatura e ultraminiaturizzati, hanno una priorità significativa e stabile negli ultimi anni. Sono in corso lavori di ricerca per creare computer di 6a generazione basati sul architettura neurale distribuita dei neurocomputer.

La diffusa introduzione della multimedialità, principalmente audio e video di input e output di informazioni, consentirà di comunicare con un computer in linguaggio naturale.

Il software consente di migliorare l'organizzazione del sistema informatico al fine di massimizzare l'utilizzo della sua tecnologia.
La necessità di sviluppo del software è determinata da quanto segue:
- garantire l'operatività dei mezzi tecnici, poiché senza software non possono svolgere alcuna operazione computazionale e logica;
- fornire interazione tra l'utente e l'apparecchiatura;
- abbreviare il ciclo dall'impostazione del compito all'ottenimento del risultato della sua soluzione;
- aumentare l'efficienza nell'uso delle risorse dei mezzi tecnici.
Attualmente, le seguenti forme di IP nella gestione aziendale sono comuni:
- uso individuale dei computer;
- postazioni automatizzate (AWP);
- reti informatiche locali (LAN).
Queste forme di decentramento delle risorse differiscono significativamente in termini di concentrazione delle risorse informatiche.
L'esperienza dell'automazione della gestione nelle strutture produttive ed economiche ha mostrato che il grado di influenza dei sistemi informativi con funzioni informative e di riferimento sviluppate sull'efficacia delle attività di gestione è molto significativo. I risultati più importanti del suo lavoro includono:
- ampliare le capacità informative e aumentare l'efficienza del processo decisionale per le unità strutturali precedentemente operative e di nuova creazione;
- Rafforzare su questa base le funzioni di coordinamento dei collegamenti dell'apparato amministrativo centrale;
- un significativo aumento della consapevolezza e delle qualifiche lavorative dei dipendenti a tutti i livelli dirigenziali.
L'uso delle postazioni di lavoro non dovrebbe disturbare il ritmo di lavoro abituale dell'utente, dovrebbe garantire che l'attenzione dell'utente sia focalizzata sulla struttura logica dei compiti da risolvere. Tuttavia, se l'azione specificata non viene eseguita o il risultato è distorto, l'utente deve conoscere il motivo e le informazioni al riguardo devono essere visualizzate sullo schermo.
Nell'ambito del software AWS si possono distinguere due tipi principali di software, diversi per funzioni: generale (di sistema) e speciale (applicato). Il software generale include una serie di programmi che automatizzano lo sviluppo di programmi e organizzano un processo di elaborazione economico su un PC, indipendentemente dai compiti da risolvere. Il software speciale (applicazione) è un insieme di programmi per la risoluzione di problemi specifici dell'utente.
La modalità di funzionamento delle varie tecnologie, le caratteristiche tecniche dei dispositivi informatici, la varietà e la natura di massa della loro applicazione impongono requisiti speciali al software. Questi requisiti sono: affidabilità, uso efficiente delle risorse del PC, struttura, modularità, economicità, facilità d'uso. Nello sviluppo e nella scelta del software è necessario essere guidati dall'architettura e dalle caratteristiche di un PC, ovvero minimizzazione dei tempi di elaborazione dei dati, manutenzione del sistema dei programmi per un gran numero di utenti e aumento dell'efficienza nell'utilizzo di eventuali configurazioni di dati tecnologici schemi di elaborazione.
La classificazione del software AWS è mostrata in fig. 4.1.
Lo scopo principale del software comune è lanciare programmi applicativi e gestire il processo della loro esecuzione.
Il software per workstation dedicato di solito è costituito da programmi unici e pacchetti funzionali di programmi applicativi. È dal software funzionale che dipende la specializzazione specifica della workstation. Considerando che un software speciale determina l'ambito del posto di lavoro automatizzato, la composizione dei compiti risolti dall'utente, dovrebbe essere creato sulla base degli strumenti software dei sistemi di dialogo incentrati sulla risoluzione di problemi con caratteristiche di elaborazione delle informazioni simili.
Riso. 4.1. Classificazione del software AWP
Il software AWS deve avere le proprietà di adattabilità e personalizzazione per un'applicazione specifica in base ai requisiti dell'utente.
MS DOC basati su OS/2 a 32 bit e UNIX sono comunemente usati come sistemi operativi per workstation create sulla base di computer a 16 bit.
Le principali applicazioni dei pacchetti software applicativi che fanno parte dello speciale software AWP sono l'elaborazione testi, l'elaborazione di dati tabulari, la gestione di database, la computer grafica e la grafica aziendale, l'organizzazione del dialogo uomo-macchina, il supporto alla comunicazione e il networking.
I pacchetti integrati multifunzionali che implementano diverse funzioni di elaborazione delle informazioni, come tabulare, grafica, gestione di database, elaborazione di testo all'interno di un ambiente software, sono efficaci in AWS.
I pacchetti integrati sono di facile utilizzo. Hanno un'unica interfaccia, non richiedono l'aggancio degli strumenti software in essi inclusi e hanno una velocità di risoluzione dei problemi abbastanza elevata.
L'efficace funzionamento dell'IS di gestione e della postazione dello specialista si basa sull'uso integrato di moderni software di elaborazione delle informazioni in combinazione con moderne forme organizzative di posizionamento delle apparecchiature.
La scelta delle forme organizzative di utilizzo degli strumenti software deve essere effettuata tenendo conto della loro dispersione per livelli della gerarchia gestionale coerentemente con la struttura organizzativa dell'oggetto automatizzato. Allo stesso tempo, il principale principio di scelta è il servizio collettivo degli utenti, che corrisponde alla struttura dell'oggetto economico.
Tenendo conto della moderna struttura funzionale degli enti di governo del territorio, l'insieme di strumenti software e hardware dovrebbe formare almeno un sistema globale di elaborazione dati a tre livelli con un insieme sviluppato di strumenti periferici a ciascun livello (Fig. 4.2).
Il primo livello è il sistema informatico centrale di un ente territoriale o aziendale, inclusi uno o più potenti computer o mainframe. La sua funzione principale è il controllo generale, economico e finanziario, servizio informativo per i dipendenti della direzione.
Il secondo livello è costituito dai sistemi informatici di imprese (associazioni), organizzazioni e aziende, che includono mainframe, potenti PC, forniscono elaborazione e gestione dei dati all'interno di un'unità strutturale.
Riso. 4 2 Diagramma schematico dell'organizzazione multilivello di software e hardware IS
Il terzo livello è costituito da reti di computer distribuite localmente basate su PC che servono i siti di produzione del livello inferiore. Ogni sito è dotato di un proprio PC, che fornisce una serie di lavori sulla contabilità primaria, la contabilizzazione dei fabbisogni e l'allocazione delle risorse. In linea di principio, può essere una workstation automatizzata (AWP) che esegue procedure di calcolo funzionali all'interno di una specifica area tematica.
I pacchetti applicativi sono la parte del software che si sviluppa più dinamicamente: la gamma di attività risolte con il loro aiuto è in continua espansione. L'introduzione dei computer in tutte le aree di attività è diventata possibile grazie all'emergere di nuovi PPP e al miglioramento di quelli esistenti.
La struttura ei principi di costruzione del PPP dipendono dalla classe di computer e dal sistema operativo con cui funzionerà questo pacchetto. Il maggior numero di PPP è stato creato per computer compatibili con PC 1VM con il sistema operativo M8 008 e la shell operativa \WINDOWS. La classificazione di questi pacchetti software in base alle caratteristiche funzionali e organizzative è mostrata in fig. 4.3.
I PSP orientati ai problemi sono i PSP più sviluppati dal punto di vista funzionale e numerosi. Includono i seguenti prodotti software: elaboratori di testi, sistemi editoriali, editor grafici, grafica dimostrativa, sistemi multimediali, software CAD, organizzatori di lavoro, fogli di calcolo (fogli di calcolo), sistemi di gestione di database, programmi di riconoscimento dei caratteri, programmi finanziari e analitici e statistici.
I fogli di calcolo (elaboratori di tabelle) sono pacchetti software per l'elaborazione di dati organizzati in modo tabellare. L'utente ha la possibilità di utilizzare gli strumenti del pacchetto per eseguire vari calcoli, creare grafici, controllare il formato di input-output dei dati, comporre dati, condurre studi analitici, ecc.
Attualmente, i pacchetti più popolari ed efficaci di questa classe sono Excel, Improv, Quattro Pro, 1-2-3.
Gli organizzatori di lavoro sono pacchetti software progettati per automatizzare le procedure di pianificazione per l'utilizzo delle varie risorse (tempo, denaro, materiali) sia del singolo che dell'intera azienda o delle sue divisioni strutturali.
I pacchetti di questo tipo includono: Time Line, MS Project, SuperProject, Lotus Organizer, ACT1.
Figura 4 3. Classificazione PPP
Gli elaboratori di testi sono programmi per lavorare con documenti (testi) che consentono di comporre, formattare, modificare testi quando un utente crea un documento. I leader riconosciuti negli elaboratori di testi per PC sono MS Word, WordPerfect, Ami Pro.
Sistemi di desktop publishing (HMQ - programmi per attività editoriali professionali che consentono l'impaginazione elettronica delle principali tipologie di documenti, come una newsletter, una breve brochure a colori e un voluminoso catalogo o richiesta di vendita, directory.
I migliori pacchetti in quest'area sono Corel Ventura, PageMaker, QuarkXPress, FrameMaker, Microsoft Publisher, PagePlus. A parte il primo, i restanti pacchetti vengono creati secondo gli standard di Windows.
Editor grafici - pacchetti per l'elaborazione di informazioni grafiche; sono suddivisi in elaborazione PPP di grafica e immagini raster e grafica vettoriale.
Il primo tipo di PPP è progettato per funzionare con le fotografie. I pacchetti offrono la possibilità di convertire le foto in un'immagine con un diverso grado di risoluzione o altri formati di dati (come BMP, GIF, ecc.). Il leader riconosciuto tra i pacchetti di questa classe è Adobe Photoshop. Pacchetti degni di nota sono Aldus Photostyler, Picture Publisher, PhotoWorks Plus. Tutti i programmi sono progettati per funzionare in ambiente Windows.
I pacchetti di grafica vettoriale sono progettati per lavori professionali relativi all'illustrazione artistica e tecnica, seguiti dalla stampa a colori. Dispongono di un'ampia gamma di funzionalità per l'elaborazione complessa e precisa di immagini grafiche.
I pacchetti grafici demo sono costruttori di immagini grafiche di informazioni aziendali, ovvero una sorta di video show pensato per presentare i risultati di alcune ricerche analitiche in forma visiva e dinamica. I pacchetti ti consentono di creare quasi tutti i tipi di grafici ed estrarre dati per grafici da fogli di calcolo. I programmi di questo tipo sono facili da usare e hanno un'interfaccia che non richiede quasi nessun apprendimento. I pacchetti più popolari di questo tipo includono PowerPoint, Harvard Graphics, WordPerfect Presentations, Freelance Graphics. I pacchetti software multimediali sono progettati per visualizzare ed elaborare informazioni audio e video. Oltre al software, il computer deve essere dotato di schede aggiuntive che consentano l'input-output di informazioni analogiche, la loro conversione in forma digitale.
Tra i programmi multimediali si possono distinguere due grandi gruppi. Il primo include pacchetti per l'istruzione e il tempo libero. Forniti su CD-ROM con una capacità da 200 a 500 MB ciascuno, contengono informazioni audiovisive su un argomento specifico.
La loro varietà è enorme e il mercato di questi programmi è in continua espansione migliorando la qualità dei materiali video.
Il secondo gruppo comprende programmi per la preparazione di materiali video per la creazione di presentazioni multimediali, dischi demo e materiali poster.
I pacchetti di questo tipo includono Director per Windows, Multimedia ViewKit, NEC MultiSpin.
Un altro tipo di pacchetto software associato all'elaborazione di immagini grafiche è rappresentato dai sistemi di automazione del design. Sono progettati per automatizzare il lavoro di progettazione nell'ingegneria meccanica, automobilistica, edilizia industriale, ecc.
Una sorta di standard tra i programmi di questa classe è il pacchetto AutoCAD di Autodesk. Segnaliamo anche i programmi DesignCAD, Drafic CAD Professional, Drawbase, Microstation, Ultimate CAD Base e Turbo CAD. Questi pacchetti sono ricchi di funzionalità e sono progettati per essere eseguiti in un ambiente Windows (Windows NT) o OS/2.
I programmi di riconoscimento dei caratteri sono progettati per tradurre l'immagine grafica di lettere e numeri in codici ASCII di questi caratteri e vengono solitamente utilizzati insieme agli scanner.
I pacchetti di questo tipo di solito includono una varietà di strumenti che facilitano il lavoro dell'utente e aumentano le probabilità di un corretto riconoscimento.
La velocità di scansione delle moderne RFP è di circa 1,5 minuti per pagina. I pacchetti di questo tipo includono Fine Reader, CunieForm, Tigert™, OmniPage.
Un gruppo di programmi finanziari è rappresentato da una varietà di pacchetti: per la gestione delle finanze personali, l'automazione della contabilità per piccole e grandi aziende, la previsione economica per lo sviluppo di un'azienda, l'analisi di progetti di investimento, lo sviluppo di uno studio di fattibilità per le transazioni finanziarie, ecc. Ad esempio, programmi come MS Money, MESA Software, MoneyCounts si concentrano sulla sfera della pianificazione delle risorse finanziarie personali. Forniscono strumenti per conservare documenti aziendali come un taccuino e calcolare le transazioni finanziarie.
Per calcolare l'importo delle tasse, puoi utilizzare i programmi Turbo Tax per Windows, Personal Tax Edge.
Con l'aiuto dei programmi Quicken, DacEasy Accounting, Peachtree per Windows, puoi automatizzare la contabilità. La stessa funzione è svolta da una serie di programmi nazionali: "Turbo Accountant", "1C: Accounting", "Accountant" della società "Atlant-Inform", ecc.
Per gli studi analitici vengono utilizzati pacchetti statistici esteri consolidati, come ad es
StatGraphics, esperto di progetti o consulente di statistica per lo sviluppo domestico.
Pacchetti software integrati - in base al numero di nomi di prodotti, una parte del software piccola, ma potente dal punto di vista computazionale e che si sviluppa attivamente.
I sistemi software integrati tradizionali o completamente connessi sono un pacchetto multifunzionale autonomo in cui le funzioni e le capacità di vari pacchetti specializzati (orientati al problema) correlati in termini di tecnologia di elaborazione dati in un luogo di lavoro separato sono combinati in un unico insieme. Rappresentanti di tali programmi sono Framework, pacchetti Symphony, nonché pacchetti della nuova generazione Microsoft Works, Lotus Works.
Un pacchetto integrato fornisce un collegamento tra i dati, ma allo stesso tempo le capacità di ciascun componente sono ridotte rispetto a un pacchetto specializzato simile.
Attualmente, viene implementato attivamente un approccio diverso all'integrazione del software: combinare pacchetti specializzati all'interno di un'unica base di risorse, garantendo l'interazione tra applicazioni (programmi pacchetto) a livello di oggetto e un unico passaggio centrale semplificato tra le applicazioni. L'integrazione in questo caso è correlata all'oggetto.
Pacchetti tipici e più potenti di questo tipo: Borland Office per Windows, Lotus, SmartSute per Windows, Microsoft Office. L'edizione professionale di questi pacchetti contiene quattro applicazioni: un editor di testo, un DBMS, un foglio di calcolo e programmi di grafica demo.
Una caratteristica del nuovo tipo di integrazione dei pacchetti è l'uso di risorse condivise. Esistono quattro tipi principali di condivisione delle risorse.
1. Utilizzo delle utilità comuni a tutti i programmi del complesso. Quindi, ad esempio, l'utilità di controllo ortografico è disponibile da tutti i programmi nel pacchetto.
2. Applicazione di oggetti che possono essere condivisi da più programmi.
3. Implementazione di un semplice metodo di transizione (o lancio) da un'applicazione all'altra.
4. Implementazione di strumenti di automazione costruiti sugli stessi principi per lavorare con l'applicazione (macrolinguaggio), che consente di organizzare complesse elaborazioni di informazioni a costi minimi per la programmazione e l'apprendimento della programmazione nel linguaggio delle macrodefinizioni.
Il meccanismo di collegamento dinamico degli oggetti consente all'utente di inserire le informazioni create da un programma applicativo in un documento generato da un altro. L'utente può modificare le informazioni nel nuovo documento utilizzando il prodotto con cui è stato creato questo oggetto (in fase di modifica, viene avviata automaticamente l'applicazione corrispondente). L'applicazione in esecuzione e il programma di elaborazione dei documenti del contenitore visualizzano un menu ibrido per la comodità dello specialista. Inoltre, questo meccanismo consente di trasferire oggetti OLE dalla finestra di un programma applicativo alla finestra di un altro.
Questa tecnologia prevede anche la possibilità di un utilizzo generale delle risorse funzionali dei programmi: ad esempio, il modulo grafico di un elaboratore di fogli elettronici può essere utilizzato in un editor di testo. Lo svantaggio di questa tecnologia è la limitazione del formato del grafico alla dimensione di una pagina.
OpenDoc è un sistema orientato agli oggetti basato su standard aperti delle imprese partecipanti allo sviluppo. Il modello a oggetti è il Distributed System Object Model (DSOM), sviluppato da IBM per OS/2. È prevista la compatibilità tra OLE e OpenDoc.
I Si raccomanda di ricordare dal capitolo
La garanzia dell'efficacia delle tecnologie e dei sistemi dell'informazione è determinata in misura decisiva dal software e dall'hardware, che devono soddisfare una serie di requisiti. Software e hardware sono organizzati in base al sistema, il che rende il loro utilizzo più economico e affidabile.
Le ampie possibilità di computer di classi e modelli differenti consentono di implementare qualsiasi configurazione di complessi sistemi informativi di rete. Le caratteristiche hardware del computer influiscono sulla scelta del sistema e del software applicativo. L'alto livello tecnologico consente di utilizzare prodotti software di qualità superiore con un gran numero di funzioni. Lo sviluppo del software per il posto di lavoro automatizzato (AWP) di un economista migliora costantemente le funzioni dell'utente, aumenta la produttività del suo lavoro e amplia l'ambito delle attività. L'effetto cumulativo della qualità delle apparecchiature software e hardware di molte workstation influisce sui processi di gestione dell'organizzazione nel suo insieme, sulla sua redditività e stabilità operativa.
Domande e compiti per l'autocontrollo
1. Elencare i requisiti per il complesso dei mezzi tecnici.
2. Quali sono le differenze tra computer di diversi tipi e classi? Quali sono le caratteristiche della loro applicazione?
3. Qual è lo scopo dei server?
4. L'utilizzo di quali mezzi diversi dai computer consente di implementare servizi di comunicazione e informazione?
5. Considerare le differenze nello scopo dei programmi di sistema e applicativi.
6. Elenca i programmi di sistema più importanti.
7. Denominare i programmi applicati del profilo economico in base al grado di distribuzione.
8. Quali sono le caratteristiche del software per la gestione di imprese, piccole imprese, formazione di business plan9
9. Determina i requisiti per il software AWS.
10. Come viene classificato il software AWP?
11. Quali programmi applicativi vengono utilizzati nel settore bancario, nel campo della gestione e marketing, nella gestione finanziaria, nelle attività di trading?
12. Qual è lo scopo dei programmi applicativi della classe DBMS?

Il numero di programmi installati su un computer moderno è di centinaia e persino migliaia. Consentono all'utente di lavorare comodamente.

Definizione 1

L'insieme dei programmi costituisce il cosiddetto software per il computer. La composizione del software per computer è la sua caratteristica funzionale più importante. Software ( Software) è l'insieme:

• programmi di uso permanente necessari per risolvere i problemi degli utenti,
• programmi che consentono l'uso più efficiente della tecnologia informatica, fornendo agli utenti la massima comodità nel lavoro e un minimo di costi di manodopera per le attività di programmazione e l'elaborazione delle informazioni,
• documentazione tecnica del programma per loro.

Definizione 2

Documentazione tecnica− un insieme di documenti utilizzati nella progettazione e realizzazione di software e hardware. Programma per computer− descrizione dell'algoritmo per la risoluzione dei problemi e, che è specificato nel linguaggio di programmazione e tradotto automaticamente nel linguaggio macchina di un determinato computer con l'aiuto di un traduttore.

Il software (SW) è una continuazione dell'hardware, parte integrante di un sistema informatico. Anche se il programma non sembra interagire in alcun modo con l'hardware, non richiede input da un dispositivo di input e non esegue output su dispositivi di output, infatti, il suo lavoro è necessario per controllare i dispositivi hardware del computer.

A seconda del lavoro da eseguire sul computer, viene selezionata la composizione del software o la configurazione del software. La maggior parte dei programmi funziona basandosi su altri programmi di livello inferiore, ad es. c'è una relazione tra di loro o un'interfaccia interprogramma. Tale interfaccia si basa su condizioni tecniche e protocolli di interazione ed è fornita dalla distribuzione di software in diverse categorie che interagiscono tra loro.

Livelli software (dal basso verso l'alto):

1. Software di base - livello base
2. Software di sistema - livello di sistema
3. Software applicativo
4. Toolkit di tecnologie di programmazione

Ogni livello sovrastante aumenta la funzionalità dell'intero sistema.

Tutto il software può essere suddiviso condizionatamente in quattro categorie.

Software di base- questo è l'insieme minimo di software che garantisce il funzionamento del computer; sono responsabili dell'interazione con il software di base (fanno parte dell'attrezzatura di base e sono memorizzati in speciali microcircuiti). Questi chip sono chiamati Read Only Memory (ROM). La ROM è una memoria volatile. I programmi ei dati vengono scritti ("flash") nei chip ROM in fase di produzione; tali chip non possono essere modificati durante la vita del computer.

Immagine 1.

Se è necessario modificare il software di base durante il funzionamento del computer, al posto dei chip ROM vengono utilizzati i chip PROM: dispositivi di memoria di sola lettura riprogrammabili (memoria cancellabile e di sola lettura programmabile). Quindi la modifica del contenuto della EPROM può essere effettuata nel sistema informatico stesso (tecnologia flash) o su un apposito dispositivo chiamato programmatore. Il software di base include anche il BIOS (Basic Input / Output System) - il sistema di input / output di base), che determina l'avanzamento del processo di avvio del computer. Solo dopo questo viene caricato il sistema operativo del personal computer e il suo ulteriore lavoro è già sotto il controllo del sistema operativo. Mentre il computer è in funzione, il BIOS fornisce informazioni e funzioni di input/output di base per l'interazione di vari dispositivi tra loro. Si tratta di un insieme di microprogrammi che prima testano (POST) l'apparecchiatura situata sulla scheda madre, quindi avviano ulteriormente il sistema operativo e garantiscono l'interazione di tutti i componenti del computer. Nei computer moderni, alcune schede (scheda video, scheda audio, ecc.) hanno i propri chip BIOS sulla scheda madre di espansione (diversa dal chip BIOS principale). Quando si configura il BIOS principale, è possibile abilitare o disabilitare l'uso delle schede di espansione del BIOS. Le principali caratteristiche del BIOS includono:

• testare il computer utilizzando programmi di test speciali all'accensione;
• ricercare e collegare al sistema altri BIOS che si trovano sulle schede di espansione;
• distribuzione delle risorse tra i componenti del computer.

Fisicamente BIOS- Questo è un insieme di chip di memoria permanente (ROM, Read Memory - sola lettura) che si trovano sulla scheda madre. I programmi contenuti nel BIOS di sistema garantiscono l'interazione di chipset, RAM, memoria cache, processore con dispositivi esterni (periferici), nonché tra loro. Quando l'hardware viene inizializzato e testato, il BIOS confronta i dati di configurazione del sistema ricevuti con le informazioni memorizzate nel chip CMOS. Se viene rilevata una discrepanza/guasto, il sistema emette un messaggio sul monitor o un segnale acustico di errore. Il chip CMOS si trova sulla scheda madre. Questa è una memoria volatile che deve essere alimentata da una batteria speciale.

Software di sistema (Software di sistema) sono programmi e sistemi software per il funzionamento di un'apparecchiatura informatica e di telecomunicazione. Il software di sistema serve:

• creare un ambiente operativo per il funzionamento di altri programmi;
• assicurare un funzionamento affidabile ed efficiente di una rete informatica e di telecomunicazioni;
• per la diagnostica di hardware e reti di computer;
• per l'archiviazione di dati, la copia, il ripristino di file di programma e database, ecc.

Il software di sistema (SW) svolge essenzialmente le funzioni di "organizzatore" di tutti i componenti del PC, nonché delle periferiche ad esso collegate. Il software di sistema deve essere affidabile, tecnologicamente avanzato, comodo ed efficiente da usare. SPO è diviso in base e servizio.

Figura 2.

Il software di base viene solitamente acquistato con il computer, mentre il software di servizio può essere acquistato separatamente.

Software applicativo (pacchetto di programmi applicativi) - un insieme di programmi interconnessi volti a risolvere problemi specifici di una determinata area disciplinare, scritti per gli utenti o dagli utenti stessi, ad esempio un sistema esperto o un programma per la creazione di mailing list. Questa è la classe più numerosa di prodotti software.

Toolkit di tecnologie di programmazione(ITP) facilita il processo di creazione di nuovi programmi per il computer. Con l'aiuto di ITP, vengono sviluppati nuovi programmi, perché questo toolkit contiene prodotti software specializzati. Questi prodotti sono strumenti per sviluppatori e devono supportare tutte le fasi tecnologiche del processo di creazione (progettazione, programmazione, debugging e test) di nuovi programmi. Il sistema di programmazione comprende i seguenti componenti software: editor di testo, traduttore dal linguaggio corrispondente, linker (linker), debugger, librerie di sottoprogrammi. È importante sapere e comprendere che qualsiasi ITP può funzionare solo nel sistema operativo per il quale è stato creato, ma allo stesso tempo consente di sviluppare software per altri sistemi operativi.

ITP è suddiviso nelle seguenti sottocategorie:

1. Strumenti per la creazione di applicazioni. Includono gli IDE per sviluppatori software necessari per eseguire il lavoro di sviluppo software e gli strumenti locali necessari per eseguire le singole attività di sviluppo software;
2. Tecnologie СASE(Computed Aided Software Engineering) è un sistema di progettazione di programmi che utilizza un computer, che include metodi per l'analisi, la progettazione e la creazione di sistemi software. Le tecnologie CASE sono progettate per automatizzare lo sviluppo e l'implementazione di sistemi informativi. Si tratta di un intero pacchetto software che automatizza l'intero processo tecnologico (analisi, progettazione, sviluppo e manutenzione di sistemi software complessi).

Quando si compila la classificazione, si riserva immediatamente che il rapidissimo sviluppo della tecnologia informatica e l'ampliamento della portata dei computer hanno portato all'evoluzione del software. Se prima era possibile distribuire facilmente sistemi operativi, traduttori e pacchetti applicativi tra le principali categorie di software, ora la situazione è completamente diversa: lo sviluppo del software è andato sia in ampiezza (i programmi applicativi hanno acquisito valore indipendente e hanno cessato di essere applicati) , e in modo approfondito (approcci completamente nuovi sono apparsi per la creazione di sistemi operativi, ecc.).

L'equilibrio tra i prodotti software richiesti e quelli disponibili sta cambiando rapidamente. Anche i prodotti software tradizionali sono in continua evoluzione. Ad esempio, i sistemi operativi possono simulare quei tipi di attività umane che sono sempre state considerate intelligenti. Sono comparsi programmi difficili, e talvolta impossibili, da classificare secondo i criteri abituali, un programma è un interlocutore elettronico, ad esempio, o la visione artificiale, che è anche associata alla robotica, o il campo del machine learning, che comprende un classe abbastanza ampia di compiti per il riconoscimento di schemi (caratteri di riconoscimento, scrittura a mano, discorso, analisi del testo).

Nota 1

Possiamo dire che oggi, più o meno definitivamente, si possono distinguere i seguenti gruppi di software:

• sistemi operativi e loro shell (testuali o grafiche);
• sistemi di programmazione (debugger, compilatori, librerie di sottoprogrammi, ecc.);
• impianti tecnologici strumentali;
• pacchetti software integrati;
• sistemi di computer grafica (raster, vettoriale, grafica 3D, CAD);
• fogli di calcolo dinamici;
• sistemi di gestione di database (DBMS).

In conclusione, possiamo dire che quasi ogni classificazione non è l'unica possibile.

Inviare il tuo buon lavoro nella knowledge base è semplice. Usa il modulo sottostante

Gli studenti, i dottorandi, i giovani scienziati che utilizzano la base di conoscenze nei loro studi e nel loro lavoro ti saranno molto grati.

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Prefazione

Attualmente, le imprese (aziende) utilizzano attivamente la tecnologia informatica per la contabilità, l'analisi finanziaria, il controllo sull'adempimento di ordini e contratti, la preparazione di documenti aziendali, la gestione dei documenti, il processo decisionale di gestione, l'e-commerce. Allo stesso tempo, cresce la necessità di specialisti economici qualificati con un alto livello di conoscenza nel campo dell'informatica, che possano adattarsi facilmente al mercato in rapida evoluzione dell'hardware e del software per le tecnologie informatiche, in primis i personal computer (PC). A questo proposito, l'obiettivo della disciplina "Informatica economica e tecnologia dell'informazione" è quello di preparare gli studenti delle specialità economiche all'uso efficace delle moderne tecnologie dell'informazione nelle loro future attività professionali.

I compiti principali della disciplina:

Padroneggiare i concetti di base dell'informazione come risorsa nella società moderna e i modi per gestire le risorse informative,

Studiare le fasi principali della tecnologia di elaborazione delle informazioni economiche (metodi per la raccolta, l'elaborazione, la memorizzazione e la presentazione dei risultati),

Risolvere problemi economici tipici utilizzando fogli di calcolo, DBMS e pacchetti integrati,

Acquisizione di orizzonti nel campo delle tecnologie informatiche di elaborazione dati di rete.

Sezione 1. Introduzione all'informatica economica

Argomento 1. Concetti di base dell'informatica

1.1 Informazione: classificazione delle informazioni, proprietà delle informazioni

Lo studio di qualsiasi disciplina inizia con la formulazione delle definizioni dei suoi termini e categorie fondamentali. Una caratteristica del termine "informazione" è che, da un lato, è intuitivo per quasi tutti e, dall'altro, non esiste un'interpretazione generalmente accettata nella letteratura scientifica. Il termine informazione deriva dal latino informazione, che significa "esposizione, spiegazione". Esistono diverse definizioni del concetto di informazione. Informazioni - un insieme di fatti, fenomeni, eventi di interesse, soggetti a registrazione ed elaborazione. Secondo K. Shannon (Claude Shannon - ingegnere e matematico americano, fondatore della teoria dell'informazione), l'informazione è l'incertezza rimossa. Quindi, in senso lato, l'informazione è un riflesso del mondo reale; in senso stretto: si tratta di informazioni su qualcosa; si tratta di qualsiasi informazione oggetto di conservazione, trasmissione e trasformazione; si tratta di nuove informazioni sull'oggetto, accettate, comprese e valutate come utili dall'utente finale. È necessario distinguere tra concetti come informazione, dati e conoscenza. I dati sono informazioni presentate in una forma conveniente per l'elaborazione, ad es. questo è tutto ciò che può essere rappresentato su qualche supporto in una certa forma (su carta sotto forma di numeri, su nastri magnetici e dischi sotto forma di aree magnetizzate, ecc.). Le informazioni necessarie vengono estratte dai dati. I dati possono essere visti come la materia prima per la produzione di informazioni. A seguito del trattamento, i dati acquisiscono significato e diventano informazioni. La conoscenza è un'informazione sulla base della quale viene implementato il processo di inferenza logica, è un risultato testato nella pratica della cognizione della realtà, ad es. è la più alta forma di informazione.

Classificazione delle informazioni

Le informazioni possono essere classificate secondo vari criteri:

In base alla forma di presentazione, distinguono simbolico (basato sull'uso di simboli - lettere, numeri, segni), testuale (testi - simboli disposti in un certo ordine), grafico (diversi tipi di immagini), suono (onde elastiche che si propagano nei gas, liquidi e nei corpi solidi percepiti dall'orecchio dell'uomo e degli animali);

· a seconda del metodo di presentazione, le informazioni possono essere analogiche - continue (suono, immagini video, corrente elettrica, tensione) e discrete (digitali). L'informazione discreta si basa su un numero di livelli fissi della sua rappresentazione. Diciamo che la luce può bruciare nella finestra o non bruciare: due livelli. Se ci sono molti di questi livelli, possiamo parlare di rappresentazione digitale delle informazioni, ad esempio, possiamo parlare di un edificio di tre o cinque piani. L'informazione analogica è continua. Il suono, ad esempio, può essere di volume e altezza (frequenza) diversi. Questi parametri cambiano continuamente e senza intoppi. Tuttavia, se li imposti come una serie di valori discreti (cioè costanti per almeno un breve periodo di tempo), puoi ridurre l'analogico al digitale.Ad esempio, ora i popolari CD audio ottici contengono registrazioni di discorsi e musica in forma digitale Circa 44 000 volte al secondo, un campione del segnale audio viene prelevato e rappresentato (quantizzato) da un gran numero di livelli - circa 65.000;

Per area di conoscenza e applicazione: scientifica, tecnica, legale, industriale, gestionale, economica, ecc.

L'informazione che prevede la produzione, distribuzione, scambio e consumo di beni materiali e la decisione di gestione organizzativa ed economica è chiamata gestionale. La componente più importante delle informazioni di gestione è l'informazione economica

Informazioni economiche: un insieme di dati utilizzati nell'attuazione delle funzioni di gestione organizzativa ed economica dell'economia statale e dei suoi singoli collegamenti.

L'informazione nella società moderna è considerata una materia prima strategica insieme a risorse materiali, energetiche, umane e di altro tipo. Inoltre, secondo i maggiori scienziati del mondo, è iniziata la transizione dei paesi industrializzati dall'era dell'energia all'era dell'informazione, come dimostrano i seguenti fatti:

1) il tempo di raddoppio delle conoscenze scientifiche accumulate è di 1 anno,

2) i costi materiali per l'archiviazione, la trasmissione e l'elaborazione delle informazioni superano i costi simili per l'energia,

3) l'umanità è diventata osservabile dallo spazio: il livello di emissione radio dalla Terra si sta avvicinando al livello di emissione radio dal Sole.

Pertanto, l'informazione è l'unica risorsa non decrescente di supporto vitale. Una risorsa informativa è un insieme organizzato di informazioni documentate, inclusi database, basi di conoscenza e altri array di informazioni in tutte le aree di attività.

Proprietà delle informazioni

Oggettività e soggettività. Le informazioni possono essere oggettive o soggettive. L'informazione che riflette i fenomeni e gli oggetti del mondo materiale è oggettiva. Le informazioni che le persone (cioè i soggetti) creano sono oggettive. Pertanto, il messaggio che il Kazakistan confina con la Cina è obiettivo. D'altra parte, l'informazione che la specialità "Sistemi di informazione in economia" è migliore della specialità "Metodi matematici in economia" è soggettiva, poiché non esiste una misura oggettiva del vantaggio di una specialità rispetto a un'altra.

La completezza delle informazioni determina la sufficienza dei dati per prendere decisioni o creare nuovi dati basati su quelli esistenti.

Affidabilità delle informazioni. È necessario separare le informazioni utili dalle informazioni estranee (da interferenze, rumore e altre distorsioni).

L'adeguatezza delle informazioni è il grado di conformità al reale stato oggettivo delle cose. Informazioni inadeguate possono essere formate sulla base di dati incompleti e inattendibili.

Rilevanza delle informazioni - rispetto del momento attuale. Informazioni affidabili ma obsolete possono portare a decisioni errate.

Durante il processo informativo, i dati vengono trasformati da un modulo all'altro con diverse modalità di elaborazione. L'elaborazione dei dati comprende molte operazioni. Nella struttura delle possibili operazioni con i dati si possono distinguere le seguenti principali:

· raccolta dei dati - l'accumulo di informazioni al fine di garantire una sufficiente completezza per il processo decisionale;

formalizzazione dei dati - portare i dati provenienti da varie fonti nella stessa forma per renderli confrontabili tra loro;

· filtraggio dei dati - vagliando i dati "superflui", che non sono necessari per il processo decisionale;

· ordinamento dei dati - ordinamento dei dati secondo un determinato attributo, con l'obiettivo di una facilità d'uso, che aumenta la disponibilità delle informazioni;

· archiviazione dei dati - organizzazione dell'archiviazione dei dati in una forma comoda e facilmente accessibile, serve a ridurre i costi economici di archiviazione dei dati (risparmio di memoria) e aumenta l'affidabilità complessiva;

· protezione dei dati - un insieme di misure volte a prevenire la perdita, la riproduzione non autorizzata e la modifica dei dati;

trasporto di dati: ricezione e trasmissione di dati tra partecipanti remoti al processo informativo, mentre l'origine dati è solitamente chiamata server in informatica e il consumatore è chiamato client;

· trasformazione dei dati - il trasferimento di dati da un modulo all'altro o da una struttura all'altra.

Pertanto, l'elaborazione dei dati ha un'enorme intensità di lavoro che deve essere automatizzata.

1.2 Concetti di base: sistema informativo, informatica, informatica, cibernetica

Sistema informativo (IS) - un sistema che implementa la raccolta, l'archiviazione, l'elaborazione e la manipolazione dei dati. Qualsiasi impresa può essere considerata come un IS, costituito da elementi, collegamenti tra di loro, attraverso il quale circolano alcune informazioni, presentate, elaborate, trasmesse in un certo modo.

IS funziona sulla base di alcune tecnologie dell'informazione (IT). Il concetto di IT include tutti i dispositivi, i supporti di memorizzazione, i metodi di memorizzazione, l'elaborazione, i principi di scambio di informazioni.

Le tecnologie dell'informazione sono tecnologie incentrate sulla ricezione, elaborazione e diffusione delle informazioni. Ad esempio, le imprese IT degli anni '60 e '70 del secolo scorso sono state costruite sulla base di telefono, posta, messaggi verbali, ecc. IT dell'inizio del secolo scorso - corrieri, messaggeri, ecc. L'informatica della fase moderna - basata su e-mail, fax, cercapersone, reti elettroniche, ecc.

Un'enorme quantità di informazioni che circolano nella società umana moderna non può essere elaborata senza un computer che garantisca affidabilità, precisione e tempestività, ad es. Il computer consente di rimuovere la cosiddetta barriera informativa (componenti della barriera informativa: comunicativa - distorsione e perdita di informazioni durante l'elaborazione nei sistemi informativi; interlinguistica - presentazione delle informazioni in varie lingue nazionali; geografica - lontananza di paesi e continenti; e, infine, diffusione di informazioni - materiali di pubblicazione in pubblicazioni tematiche non fondamentali per il ramo della conoscenza studiato).

Il lavoro per rimuovere la barriera dell'informazione alla fine ha portato all'emergere di una disciplina scientifica indipendente: l'informatica. Il termine "informatica" (informatique) è stato introdotto in Francia negli anni '60, formato dalla fusione delle parole: informazione (informazione) e automatique (automazione), per riferirsi al campo dell'elaborazione automatizzata delle informazioni. Ci sono molte definizioni di questo concetto. Prendiamone uno.

L'informatica è la scienza dei metodi, dei mezzi per elaborare informazioni e risolvere problemi su un computer. Devo dire che il termine "informatica" non è generalmente riconosciuto nel campo della conoscenza scientifica, in particolare, negli Stati Uniti, il termine "informatica" o semplicemente "informatica" è più spesso usato per nominare quest'area.

Parlando di informatica, non si può prescindere dalla cibernetica, tanto più che il dipartimento che conduce il corso "EI e IT" è il dipartimento di "Cibernetica economica e tecnologie informatiche". La cibernetica è una scienza che studia il controllo automatizzato in sistemi dinamici complessi. Anno di nascita e padre della cibernetica -1948, Norbert Wiener. La cibernetica si occupa dello sviluppo della teoria del controllo e l'informatica studia i processi di trasformazione e ottenimento di informazioni.

Sezione 2. Hardware del PC

Argomento 2. Tecnico altri dispositivi informatici

2.1 Informazioni generali sui computer

2.1.1 Definizione e funzionalità del PC

Un computer è un insieme di dispositivi progettati per automatizzare il processo di elaborazione algoritmica di informazioni e calcoli.

L'insieme delle informazioni sul computer che sono significative per l'utente (organizzazione funzionale e strutturale, caratteristiche e parametri che influenzano il processo di elaborazione) è chiamato architettura del computer.

Caratteristiche che definiscono l'architettura:

Caratteristiche tecniche e operative (TEC): prestazioni (numero di operazioni al secondo), capacità di memoria, ingombri, consumi, costi, ecc.;

Caratteristiche e composizione dei moduli funzionali del computer, possibilità di collegamento di moduli aggiuntivi;

Composizione del software per computer e principi della sua interazione con i mezzi tecnici.

I computer, come le persone, hanno le loro generazioni. Il cambio di generazioni di computer avviene all'incirca ogni 10 anni, a partire dal 1945, anno in cui è stato inventato il primo computer, e i TEC sopra menzionati differiscono di generazione in generazione di circa 10 volte nella direzione del miglioramento (ad esempio, le dimensioni diminuiscono, la produttività aumenta). Ogni nuova generazione di computer differisce dalla precedente per l'elemento base (rispettivamente generazioni: tubo, transistor, su circuiti integrati - IC, circuiti integrati di grandi dimensioni - LSI e circuiti integrati ultra-grandi - VLSI).

2.1.2 Principi costruzione e schema a blocchi di un computer del tipo von Neumann

Il famoso matematico John von Neumann, che sviluppò i primi computer nel 1945, descrisse come dovrebbe essere organizzato un computer. Questi fondamenti della progettazione del computer sono chiamati principi di von Neumann. La maggior parte dei PC moderni segue sostanzialmente questi principi. Innanzitutto, il computer deve disporre dei seguenti dispositivi:

Unità logica aritmetica (ALU) che esegue operazioni aritmetiche e logiche;

Dispositivo di controllo (CU), che organizza il processo di esecuzione del programma;

Un dispositivo di memorizzazione (memoria) o memoria ad accesso casuale (RAM) per la memorizzazione di programmi e dati;

Dispositivi esterni (UVV) per l'input-output delle informazioni.

Sulla fig. 2.1. vengono mostrati i dispositivi del computer e le connessioni tra di loro (le linee singole mostrano le connessioni di controllo, le linee doppie mostrano le informazioni). Nei computer moderni, l'ALU e l'unità di controllo sono solitamente combinate in un unico dispositivo: l'unità di elaborazione centrale (CPU).

Fig.2.1. Schema a blocchi generalizzato di un computer del tipo von Neumann.

Il programma mediante il quale la macchina esegue alcuni processi di elaborazione dei dati è suddiviso in tanti piccoli componenti chiamati istruzioni. Ogni comando definisce una parte elementare del processo di elaborazione dei dati: un'operazione della macchina. Come l'intero processo, ogni operazione ha i propri dati di input, chiamati operandi, e il proprio risultato. Il risultato dell'operazione viene generato a seconda degli operandi secondo le regole definite con precisione per questa operazione, che sono incorporate nel design della macchina. Per diverse operazioni, queste regole sono diverse (nelle macchine moderne, queste regole sono chiamate microprogrammi), altrimenti l'esecuzione di qualsiasi operazione della macchina (il cosiddetto ciclo elementare o ciclo della macchina) avviene secondo lo stesso schema e consiste in le seguenti azioni:

1. Il comando successivo viene ricevuto (letto) dall'OP al dispositivo di controllo.

2. Il dispositivo di controllo analizza il comando e determina il tipo di operazione.

3. Gli operandi dell'operazione sono selezionati nell'ALU. Solitamente gli operandi vengono letti dall'OP, ma per alcune operazioni sono contenuti nell'istruzione stessa.

4. In ALU, in base ai segnali provenienti dal dispositivo di controllo, viene generato il risultato dell'operazione.

5. Il risultato viene solitamente scritto su un dispositivo di memoria. Per alcuni tipi di operazioni, può essere trasferito al dispositivo di controllo o rimanere nell'ALU in modo da poter essere utilizzato per operazioni successive.

6. Viene determinato quale comando deve essere eseguito successivamente, dopodiché è possibile tornare all'inizio del ciclo.

Questo è uno schema semplificato del funzionamento della macchina; per macchine diverse sono possibili diverse deviazioni da questo schema generale.

I PC della fase attuale appartengono alla 4a generazione di microcomputer e sono costruiti secondo il principio THREE-M, ovvero significato - dimensioni ridotte, microprogrammabilità e modularità. La modularità o il principio dell'architettura aperta significa che il circuito elettronico del PC è costituito da più moduli: schede elettroniche, che semplificano il collegamento dei dispositivi tra loro e consentono anche di collegare nuovi dispositivi secondo necessità e possibile.

2.1.3 Classificazione informatica

1) Per scopo (classificazione anticipata) - computer principali, minicomputer, microcomputer e PC, che a loro volta si dividono in professionali e domestici.

2) In base al livello di specializzazione, i computer si dividono in universali e specializzati. I computer specializzati sono progettati per risolvere una gamma specifica di compiti. Tali computer includono, ad esempio, computer di bordo di automobili, navi, aerei, veicoli spaziali; altri computer sono incentrati sull'utilizzo della grafica I computer specializzati che uniscono i computer aziendali in un'unica rete sono chiamati file server; e nel World Wide Web - server di rete.

3) Per dimensioni standard. I PC si dividono in desktop (desktop), portatili (notebook) e tascabili (palmtop).

4) Per compatibilità - vengono considerate la compatibilità hardware e la compatibilità software dei computer.

5) Dal tipo di processore utilizzato (i principali tipi di processori saranno discussi nell'argomento corrispondente).

2.2 Definizione e set tipico di PC (PC)

PC (PC) - sistema di elaborazione dati a microprocessore con un'interfaccia utente intuitiva.

Un personal computer è un computer desktop universale per uso individuale.

I suoi tratti distintivi:

Compattezza ed efficienza, fornendo applicazioni di massa;

Un semplice sistema operativo che fornisce agli utenti mezzi semplici e convenienti di accesso alle risorse del computer e agli strumenti di gestione delle attività;

Un linguaggio di programmazione di alto livello che permette di progettare procedure interattive di elaborazione dati;

Strutture di telecomunicazione che forniscono la connessione di un PC a reti di computer e, di conseguenza, l'accesso a risorse informative industriali, regionali, nazionali e internazionali.

La completezza del PC in dotazione può essere diversa ed è determinata dalle esigenze (o capacità) degli utenti. Un tipico set per PC è costituito da quattro blocchi strutturali: un'unità di sistema e dispositivi esterni: un display, una tastiera e un mouse.

2.2.1 Struttura del PC

Un PC è quindi costituito da un'unità di sistema e da dispositivi esterni.

2.2. 1.1 Unità di sistema del PC

Unità di sistema implementa tutti i principali processi di elaborazione delle informazioni, memorizzazione di programmi e dati, gestisce il funzionamento di tutti i blocchi, garantendone l'interazione con il sistema. Le capacità di un PC sono in gran parte determinate dal riempimento dell'unità di sistema. Contiene: una scheda madre di sistema (la cui composizione sarà discussa di seguito), controller di dispositivi esterni, memoria esterna: un'unità disco rigido, unità disco floppy, ecc.

Le custodie dell'unità di sistema possono variare notevolmente in termini di dimensioni e orientamento della dimensione massima: verticale (Tower - "tower", Bigtower, Miditower, Minitower, Babytower) e orizzontale (Desktop - "desktop", Slim - "flat"). Più piccolo è il case del PC, più difficile sarà l'aggiornamento e la riparazione.

Il pannello posteriore ha un connettore per l'alimentazione e diversi connettori a 5, 9, 15 e 25 pin per il collegamento di dispositivi esterni. I connettori hanno una forma unica per garantire connessioni inequivocabili ad essi.

Lo schema a blocchi del blocco di sistema è mostrato in fig. 2.2.

Sulla scheda di sistema sono presenti circuiti integrati di varie forme e dimensioni dei seguenti elementi:

microprocessore (MP);

un coprocessore

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Riso. 2.2. La composizione dell'unità di sistema

memoria interna della macchina: memoria di sola lettura (ROM) e memoria ad accesso casuale (RAM);

generatore di orologio;

· dispositivo di controllo;

controller da tastiera.

A seconda dei produttori, le schede madri possono differire l'una dall'altra, ma la composizione principale rimane (potrebbe non esserci un coprocessore o potrebbe esserci memoria cache aggiuntiva, ecc.).

L'elemento principale (cervello) del PC è il microprocessore. Un microprocessore è un dispositivo che implementa tutte le operazioni di elaborazione e controllo delle informazioni di base, realizzate sotto forma di un piccolo circuito integrato (delle dimensioni di una scatola di fiammiferi).

La velocità del microprocessore determina la velocità del PC. MP differiscono tra loro per tipo (modello) e frequenza di clock. La frequenza di clock indica quante operazioni elementari (cicli) vengono eseguite in un secondo e viene misurata in megahertz (MHz). Maggiore è il modello MP, maggiori sono le prestazioni alla stessa frequenza di clock, poiché la stessa operazione viene eseguita in meno cicli.

Nella storia dello sviluppo di MP (da parte di Intel, il principale produttore di MP), ci sono 7 generazioni presentate nella Tabella 1.

Coprocessore: un dispositivo che fornisce un aumento della velocità del PC (10-15 volte). Non sempre funziona, ma solo se necessario.

La memoria interna della macchina è costituita da una memoria di sola lettura (ROM, PP - read only memory o ROM - Read Only Memory) e da una memoria ad accesso casuale (RAM, OP - memoria ad accesso casuale o RAM - Read Access Memory).

La ROM contiene programmi e dati che determinano il funzionamento del PC dopo l'accensione. Le informazioni nella ROM sono scritte in fabbrica e non possono essere modificate dall'utente (cioè le informazioni vengono lette solo da essa). Nella ROM sono memorizzati i seguenti programmi:

Tabella 2.1. Caratteristiche comparative di Intel MP

Parlamentare di generazione		Anno di emissione	Frequenza dell'orologio	Memoria cache incorporata	Profondità di bit	Memoria indirizzabile
	Pentium Pro, Pentium II, Pentium II, III Xeon
				2 MB e oltre		40 GB e oltre

Autotest dei dispositivi informatici dopo l'accensione;

· caricamento iniziale del sistema operativo e polling della tastiera - la preparazione iniziale del PC per il lavoro;

RAM - memoria volatile (le informazioni da essa vengono cancellate dopo lo spegnimento della macchina) per il lavoro operativo con informazioni all'utente (per la memorizzazione di programmi, dati iniziali e risultati dell'elaborazione).

I chip di memoria sono posizionati su piccole schede chiamate moduli SIMM, DIMM, RIMM (tempo di accesso da 70-100 ns).

Come notato in precedenza, la tecnologia di produzione dei microprocessori viene costantemente migliorata, la loro velocità aumenta, il che a sua volta richiede un aumento della velocità dell'OP. Per fare ciò, utilizzare la cosiddetta CACHE (SRAM - memoria super-rapida) - memoria ad alta velocità, che memorizza le parti più utilizzate dell'OP (tempo di accesso 10-20 ns). La memoria cache si trova tra l'OP e l'MP. Esistono tre livelli di SRAM: L1, L2 e L3. Il primo livello si trova sul chip del microprocessore stesso (a partire dal 486°); il secondo livello sulla scheda di sistema o all'interno della cartuccia del microprocessore (a partire da Pentium II e Pentium Pro); il terzo livello è la memoria cache formata dall'allocazione e dall'utilizzo di una parte della RAM ordinaria da parte di speciali programmi di sistema.

Controller e bus dati. Per il funzionamento di un PC è necessario uno scambio continuo di informazioni tra dispositivi PC in genere, nonché tra OP e dispositivi esterni. Questo scambio è chiamato input-output. Per organizzare tale scambio, sono necessari due collegamenti intermedi:

1) per ogni dispositivo esterno esiste un microcircuito speciale: un controller o un adattatore che controlla il dispositivo esterno corrispondente a livello di codice (utilizzando un programma driver).

2) tutti i controller e gli adattatori interagiscono con l'OP e il microprocessore attraverso l'autostrada dei dati di sistema: il bus dati.

La combinazione di questi due collegamenti forma l'interfaccia input-output: input-output software e hardware.

Il bus dati è un'autostrada di sistema per la trasmissione di microindirizzi, dati e segnali di controllo all'interno del PC, costituita da conduttori (linee di trasmissione stripline), e lo scambio di informazioni tra MP e OP, nonché tra controllori e adattatori di dispositivi. Il numero di conduttori nei bus PC determina la larghezza degli pneumatici.

2.2. 1.2 Dispositivi PC esterni

Dispositivi esterni in base al loro scopo sono divisi in quattro gruppi:

1) dispositivi di archiviazione dati,

2) dispositivi di input,

3) dispositivi di uscita dati,

4) dispositivi di scambio dati.

Descriviamo lo scopo e la composizione di ciascuno dei gruppi elencati di dispositivi esterni.

1) Dispositivi di archiviazione - memoria esterna. Il ruolo della memoria in un PC difficilmente può essere sopravvalutato. Lo scopo principale è archiviare grandi matrici di programmi e dati, per percepire (scrivere) ed emettere (leggere) le informazioni necessarie il più rapidamente possibile. La memoria del computer è costituita da un numero di celle numerate, ognuna delle quali può contenere dati elaborati o istruzioni di programma - comandi. Tutte le celle di memoria devono essere ugualmente facilmente accessibili agli altri dispositivi della macchina. Le unità di memoria sono bit e byte. Bit - la quantità minima di memoria in grado di memorizzare una cifra binaria - 0 o 1. Byte - 8 bit, la quantità minima di memoria in grado di memorizzare un carattere (lettera, numero, ecc.) Questo deriva dallo standard ASCII americano ( Codice standard americano per lo scambio di informazioni) che richiede 8 bit per rappresentare qualsiasi carattere. Le seguenti misurazioni vengono utilizzate per misurare grandi quantità di memoria:

1 KB (kilobyte) \u003d 1024 byte \u003d 2 10 byte,

1 MB (megabyte) = 1048576 byte = 1024 KB = 2 10 KB,

1 GB (gigabyte) = 1073741824 byte = 1024 MB = 2 10 MB,

1 TB (terabyte) = 1024 GB = 2 10 GB.

A causa del fatto che diversi dispositivi PC funzionano a velocità diverse, esiste anche una gerarchia di memoria: memoria interna, memoria esterna e archivio (Fig. 2.3.).

Il compito della memoria interna, che consiste in ROM, RAM e SRAM (memoria cache), è quello di garantire l'efficienza della macchina. È rappresentato da un insieme di chip, le cui proprietà sono supportate dalle loro tecnologie. La RAM, come è già noto, è volatile e ha un volume relativamente piccolo, sebbene abbia una tendenza costante ad aumentare, come si può vedere dalla Tabella 1.

La memoria esterna "alimenta" quella interna. La memoria esterna fornisce l'archiviazione a lungo termine di grandi array di dati. La memoria esterna è costituita da unità disco rigido - unità disco rigido, unità disco floppy - unità disco floppy e GCD - unità disco ottico.

NGMD ha un'unità disco e un disco magnetico. Caratteristiche importanti del disco sono il diametro (dimensione - misurata in pollici) e la densità di registrazione. Le dimensioni standard sono 3,5"" e 5,25"", inoltre, ci sono cerchi da 2,5" e 1,8". Ognuno di loro, ovviamente, ha le sue pulsioni. Un'unità disco (a volte chiamata unità) scrive e legge le informazioni su un disco utilizzando una speciale testina magnetica. Un floppy disk (floppy disk, floppy disk) è una piastra magneticamente rivestita posta in una custodia di plastica. Il custode delle informazioni è un rivestimento magnetico. La copertura in plastica fornisce la protezione di una copertura contro gli influssi meccanici. Nei dischi da tre pollici, lo slot della testina magnetica è protetto dalle mani dell'utente da un otturatore in metallo. Puoi lavorare con un disco solo dopo che su di esso è stata creata una certa struttura magnetica. Il processo di creazione di una struttura magnetica su un disco è chiamato formattazione.

Come risultato della formattazione, sul disco si formano tracce, magnetizzate in un certo modo e raggruppate lungo cerchi concentrici di particelle dello strato magnetico. Le tracce sono divise in parti, dotate di contrassegni di indirizzo, che consentono di cercare ulteriori informazioni. Tali parti sono chiamate settori.

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Riso. 2.3. Gerarchia della memoria del PC

Sono l'unità di base della memoria esterna allocata per l'archiviazione dei dati, poiché indipendentemente dalla quantità di informazioni da scrivere/leggere, quando si accede al disco viene scritto/letto un numero intero di settori. La numerazione delle superfici e delle tracce inizia da zero e i settori da uno. La capacità standard di un disco riflette il suo tipo come indicato sull'etichetta. Le unità da 3,5 pollici, le più popolari al momento, hanno una capacità di 1,4 MB. Per aumentare la densità di registrazione vengono utilizzate moderne tecnologie, come l'utilizzo di un raggio laser per il posizionamento preciso della testina magnetica del dispositivo, l'effetto Bernoulli per un metodo di registrazione/lettura senza contatto, mentre la capacità aumenta a 100- 200 MB.

Il tipo di HDD "winchester" (difficile) ha un'unità e dei dischi. progettato per la memorizzazione permanente delle informazioni utilizzate quando si lavora con un PC: programmi del sistema operativo (OS), programmi utente utilizzati di frequente, varie applicazioni. HDD è un sistema costituito da un'unità, testine di lettura/scrittura, diversi dischi multimediali e un controller che garantisce il funzionamento dell'intero dispositivo e il trasferimento dei dati. La testina magnetica (più testine magnetiche in un posizionatore speciale) è una delle parti più importanti del dispositivo. Il suo design viene costantemente migliorato. Ne esistono le seguenti tipologie: monolitica, in ferrite; composito, costituito da diversi tipi di materiali (vetro, leghe, ceramica); film sottile, prodotto dalla fotolitografia; magnetoresistivo, composto da due testine - per la scrittura e per la lettura. Ogni disco ha due superfici di lavoro. La velocità di rotazione dei dischi può essere: 3600, 4500, 5400,7200,10000,12000 rpm. Con l'aumento della velocità di rotazione, le prestazioni dell'intero sistema aumentano. Il disco rigido, così come i floppy disk, è formattato. I parametri principali del disco rigido includono: tempo medio di accesso (nei moderni PC, circa 5-6 ms), velocità di scambio dati (nei moderni PC, circa da 20 a 160 Mb/s, a seconda dell'interfaccia).

Unità disco ottico (NOD). Il principio di funzionamento di tutti i GCD attualmente esistenti si basa sull'uso di un raggio laser per la registrazione e la lettura delle informazioni. Durante il processo di registrazione, il raggio laser (modulato da un segnale digitale) lascia una traccia sullo strato attivo della portante ottica, che può essere poi percepita dalla riflessione del raggio laser “di lettura” di minore intensità.

Tali unità sono divise in tre classi in base alla frequenza di registrazione delle informazioni da parte dell'utente: non scrivibili, scrivibili una sola volta e riscrivibili. Non registrabili - CD-ROM - forniscono un uso multiplo delle informazioni registrate su di essi durante il processo di produzione. Sul disco viene applicata una traccia-spirale dal centro al bordo del disco, costituita da punti riflettenti e non riflettenti. Velocità di lettura fino a 150 Kb/s, capacità - 650 Mb. GCD con un solo disco - CD-R (Recordable), WORM-discs - un raggio laser brucia la pellicola sulla superficie del disco, modificandone la riflettività. Non è possibile sovrascrivere. Tali dischi sono leggibili su qualsiasi unità CD-ROM. Riscrivibili - DVD-RAM, (Digital Versatile Disk - digital multi-function disk) - "carte digitali", hanno le stesse dimensioni di un CD-ROM: il suo diametro è di 120 mm, lo spessore è di 1,2 mm. Può essere a lato singolo (capacità - 2,58 GB) o fronte-retro (capacità - 5,2 GB). Il periodo di conservazione garantita delle informazioni registrate sul NOD, secondo le stime ufficiali, è di cento anni. Inoltre, puoi memorizzare informazioni presentate in qualsiasi forma: testo, grafica, suono, video. I GCD riscrivibili, a loro volta, si dividono in ottici e magneto-ottici (MO). Quelli magneto-ottici hanno caratteristiche ancora migliori: una capacità di 4,6 GB, una velocità di scambio dati di 48 Mbps (lo stesso parametro per DVD e CD è rispettivamente di 10,8 e 1,41 Mbps), con un tempo di accesso di 17 ms. Tali parametri avvicinano l'unità MO ai moderni modelli di dischi rigidi.

Attualmente, le tecnologie di memoria flash sono ampiamente sviluppate. Qualcosa in più su questa tecnologia. Si ritiene che il nome FLASH in relazione al tipo di memoria sia tradotto come "flash". Una delle versioni del suo aspetto dice che per la prima volta nel 1989-90, Toshiba ha usato la parola Flash nel contesto di "veloce, istantaneo" quando ha descritto i suoi nuovi chip. In generale, Intel è considerata l'inventore, avendo introdotto la memoria flash con l'architettura NOR nel 1988 (NOR - Not OR - in matematica booleana significa la negazione di "OR"). Un anno dopo, Toshiba sviluppò l'architettura NAND (NAND - Not AND - nella stessa matematica booleana significa la negazione di "AND"), che è ancora utilizzata oggi insieme allo stesso NOR nei chip flash. In realtà, ora possiamo dire che si tratta di due diversi tipi di memoria che hanno una tecnologia di produzione in qualche modo simile.

La tecnologia Flash consente di dotare la memoria di sistema di proprietà uniche. Come la RAM, la memoria flash è modificabile elettricamente all'interno del sistema, ma come la ROM, la flash non è volatile e conserva i dati anche dopo lo spegnimento. Tuttavia, a differenza della RAM, la flash non può essere sovrascritta byte per byte. La memoria flash viene letta e scritta byte per byte e ha un nuovo requisito: deve essere cancellata prima di poter scrivere nuovi dati. La scrittura (programmazione) della memoria flash è il processo di sostituzione di un "1" con uno "0". La cancellazione è il processo di sostituzione di "0" con "1", in cui il flash viene cancellato blocco per blocco. I blocchi sono aree con indirizzi fissi.

NAND flash ha trovato applicazione come archivio di grandi quantità di informazioni e per il suo trasferimento. I dispositivi più comuni basati su questo tipo di memoria oggi sono le unità flash e le schede di memoria. Per quanto riguarda la flash NOR, i chip con tale organizzazione vengono utilizzati come custodi del codice del programma (BIOS, RAM di computer palmari, telefoni cellulari, ecc.), A volte vengono implementati come soluzioni integrate (RAM, ROM e processore su una mini-scheda , o anche in un chip).

Memory Stick attualmente creato basato sulla tecnologia della memoria flash, pesa solo 4 g e non è più grande di un bastoncino di gomma da masticare. Allo stesso tempo, è estremamente durevole e affidabile. Le Memory Stick sono utilizzate in videocamere, fotocamere digitali, personal computer, stampanti e altri dispositivi elettronici.

Streamer: le unità a nastro magnetico vengono utilizzate quando è necessario registrare grandi quantità di informazioni durante la creazione di copie d'archivio. Gli streamer moderni utilizzano cassette (cartucce) con nastro magnetico. La capacità delle cartucce va da 250 MB a 35 GB, a seconda della tecnologia di produzione.

2) Dispositivi di immissione dati. La tastiera è uno dei principali dispositivi di immissione dati nel PC. Il principio di funzionamento della tastiera è abbastanza semplice: una serie di sensori percepisce la pressione sui tasti e chiude in un modo o nell'altro un determinato circuito elettrico. Il controller della tastiera (segnali di lettura) si trova sulla scheda di sistema dell'unità di sistema. I due tipi più comuni di tastiere sono gli interruttori meccanici e quelli a membrana. Una tastiera standard è collegata all'unità di sistema tramite un connettore a 5 pin (rotondo) a forma di O. Il mouse si riferisce anche a un dispositivo di input. Ci sono mouse meccanici e ottici. Una pallina è montata sul fondo dei mouse meccanici. Quando muovi il mouse, la pallina ruota. Il movimento del segno luminoso (puntatore del mouse) è la somma dei vettori di movimento del mouse lungo gli assi delle coordinate, quindi, viene eseguito il "binding" del movimento del mouse sul tavolo, con il movimento del segno luminoso sullo schermo . I mouse meccanici possono funzionare su quasi tutte le superfici, ma funzionano meglio su un tappetino speciale. I mouse ottici funzionano solo su un tappetino a scacchi. La cella sul tappeto è una griglia di coordinate. Un raggio di luce, attraversando le linee, conta la grandezza e la direzione del movimento. Tali topi sono molto esigenti per la pulizia del tappeto. La risoluzione è un parametro importante del mouse. È determinato dal numero di impulsi generati dall'elettronica del mouse quando si sposta il manipolatore per unità di lunghezza e viene misurato in punti per pollice (dpi - punto per pollice). Il mouse è solitamente collegato all'unità di sistema tramite un connettore maschio a forma di D a 9 o 25 pin dell'unità di sistema. Esistono anche mouse wireless, ma non sono molto comuni.

Un dispositivo di input aggiuntivo potrebbe essere uno scanner. Uno scanner è un dispositivo di lettura ottico-elettronico che fornisce l'immissione di testi e altre immagini piatte in una macchina. Tipicamente, gli scanner sono caratterizzati dalla risoluzione (il grado di dettaglio nell'immagine percepita); il numero di sfumature percepite del bianco e nero (scanner linea e mezzitoni) o dei colori (colore); la dimensione delle immagini elaborate; costo. Il funzionamento dello scanner si basa sul principio di convertire un raggio riflesso da un determinato punto dell'originale in un codice digitale percepito dalla macchina come codice di tonalità chiara (intensità) negli scanner in bianco e nero, o come codice colore in quelli a colori. Pertanto, lo scanner dispone di una sorgente luminosa, sensori e trasduttori sensibili.

3) I dispositivi di output includono il sistema video e le stampanti. Il sistema video per PC è costituito da un adattatore video posizionato sulla scheda di sistema e da un display. L'adattatore video, che include memoria video e un processore specializzato, è progettato per convertire le informazioni dal PC in segnali video convenzionali per il display. L'adattatore video si trova su una scheda separata ed è installato nell'unità di sistema. Il display è collegato all'adattatore video con un cavo speciale tramite un connettore installato sul retro della scheda dell'adattatore video.

I parametri principali dell'adattatore video (tabella 2.2.):

1) risoluzione in pixel in orizzontale e in verticale,

2) modalità di funzionamento (testo e grafica - esiste per tutti i moderni adattatori; in modalità testo, lo schermo è solitamente suddiviso in 25 righe di 80 caratteri ciascuna e quindi ha 2000 di familiarità; in modalità grafica, lo schermo è rappresentato da molti pixel),

3) il numero di colori,

4) la possibilità di scaricare i font a livello di codice (esiste in tutti i moderni adattatori).

Specifiche del monitor: dimensioni dello schermo (14, 15, 17, 19 pollici), peso, dimensioni, consumo energetico, costo.

Tabella 2.2. Caratteristiche degli adattatori video.

Stampanti: dispositivi di stampa per ottenere copie "cartacee" di un documento. Per tipo, sono divisi in matrice, getto d'inchiostro e laser.

Principio di funzionamento a matrice, come quello delle compostiere dei trasporti pubblici, ogni personaggio è riprodotto da una serie di punti-aghi (ci sono -9,12,18,24 o 48 aghi). La testina di stampa è dotata di una serie di aghi che al momento giusto percorrono il nastro inchiostrato sulla carta. I principali produttori sono Epson, IBM Graphics.

Getto d'inchiostro: l'immagine è formata da micro gocce di inchiostro speciale soffiate sulla carta mediante appositi ugelli.

Laser: usa il principio della xerografia. Il raggio laser "disegna" l'immagine sul tamburo fotosensibile. Questa immagine è rappresentata dalla distribuzione delle cariche elettriche. Mentre il tamburo ruota, passa la cartuccia del toner, che è polvere d'inchiostro finemente suddivisa. Crea un motivo ordinario, trasferito su carta, su cui viene arrotolato il tamburo. Riscaldando il toner si scioglie e si fissa sulla carta. Il principale produttore di Hewlett-Packard.

Qualità del consumatore accettabili per le stampanti laser:

Russificazione hardware,

Velocità di stampa 8 pagine al minuto

Risoluzione 600 dpi,

Cartuccia da 6,5 ​​mila pagine,

Alimentatore carta automatico da 250 fogli.

Per le stampanti laser a colori, il principio di funzionamento è simile al bianco e nero, solo il processo di trasferimento del toner viene ripetuto 4 volte (per rotolare toner a quattro colori).

Ulteriori dispositivi di output sono un plotter e un risografo.

Plotter - plotter. Il principio di funzionamento - uno strumento di scrittura - una penna - si muove sulla carta, lasciando un segno.

Un risograph è una macchina duplicatrice che può funzionare sia come stampante che come scanner. Principio di funzionamento: in primo luogo, l'originale viene letto dallo scanner interno e archiviato in uno speciale buffer di memoria. Successivamente, il dispositivo crea uno stencil e stampa l'immagine (60-130 copie al minuto).

Uno dei dispositivi PC aggiuntivi è una scheda audio (adattatore). La scheda audio è stata uno degli ultimi miglioramenti al PC. Si collega a uno degli slot della scheda madre sotto forma di una scheda figlia ed esegue operazioni di calcolo relative all'elaborazione di suono, voce e musica. Il suono viene riprodotto tramite altoparlanti esterni collegati all'uscita della scheda audio. Uno speciale connettore consente di inviare un segnale audio a un amplificatore esterno. C'è anche un jack per microfono che ti consente di registrare discorsi o musica e archiviarli sul tuo disco rigido per un'elaborazione e un utilizzo successivi. Il parametro principale di una scheda audio è la profondità di bit, che determina il numero di bit utilizzati per elaborare i segnali audio e convertirli in forma digitale. Il requisito minimo di oggi è l'elaborazione a 16 bit (8 bit non fornisce stereo). Maggiore è la profondità di bit, maggiore è la precisione di conversione dei segnali audio (analogici) in forma digitale. Attualmente, le schede audio a 32 e 64 bit sono le più popolari.

4) Dispositivi di comunicazione dati - include modem, modem fax e adattatore di rete. Modem e modem fax sono dispositivi che collegano un PC a linee telefoniche e, di conseguenza, a un servizio di informazione elettronica. Sono incorporati sotto forma di una scheda nell'unità di sistema o sotto forma di un'unità separata. Un modem fax converte un computer in un apparecchio fax. Adattatore di rete: viene utilizzato per collegare un PC a una rete locale. È confezionato come una scheda di espansione per PC standard.

Sezione 3. Software per PC

Argomento 3. Caratteristiche e composizione del software per PC

3.1 Fasi di risoluzione dei problemi su un computer

L'hardware del computer (hardware) è uno strumento universale per risolvere un'ampia gamma di problemi. Tuttavia, questi problemi possono essere risolti solo se il computer conosce l'algoritmo per risolverli. Il processo di risoluzione dei problemi su un PC è preceduto dalle seguenti fasi:

1. Enunciato del problema. In questa fase si descrive il contenuto, si formula l'obiettivo di risolvere il problema, si analizzano i dati, si determinano le condizioni in cui si risolve;

2. Descrizione matematica (formulazione) del problema. Viene effettuata una formalizzazione matematica del problema, in cui le relazioni esistenti tra le grandezze che determinano il risultato sono espresse attraverso formule matematiche;

3. Sviluppo di un algoritmo per la risoluzione del problema: a) scelta di un metodo risolutivo, b) sviluppo di uno schema di algoritmo, tenendo conto dell'accuratezza dei calcoli, del tempo, della dimensione della memoria, ecc.;

4. Stesura di un programma in linguaggio algoritmico;

5. Debug del programma (correzione degli errori) e analisi dei risultati.

3.2 Concetti di base dei fondamenti di algoritmizzazione e programmazione

Ci sono molte definizioni del concetto di algoritmo. La parola stessa deriva dal nome dell'antico scienziato greco - Mohammed bin Musa al-Khwarizmi, che per primo descrisse questo concetto. Un algoritmo è una prescrizione precisa che definisce il processo di trasformazione dei dati di input in un risultato finale. Un algoritmo è una sequenza di operazioni aritmetiche e logiche che portano alla soluzione di un problema.

Proprietà generali dell'algoritmo

Le proprietà generali di qualsiasi algoritmo sono:

· certezza (determinismo) - l'unicità dei risultati ottenuti, indipendentemente dalle modalità di soluzione, dall'utente, dai mezzi tecnici;

· carattere di massa - applicazione dello stesso algoritmo a un insieme di compiti dello stesso tipo;

efficienza: la possibilità di ottenere un risultato in un numero finito di passaggi;

discrezione: la possibilità di dividere il processo in fasi separate.

Metodi per descrivere gli algoritmi (base):

· verbale - stereotipato, ad esempio l'algoritmo risolutivo equazione quadrata,

Schema strutturale o a blocchi, in cui i seguenti blocchi vengono utilizzati per scrivere l'algoritmo:

Inizio e fine blocco

Blocco di input e output di dati

Blocca l'aritmetica

Blocco logico, per il controllo delle espressioni logiche

Tutti i blocchi hanno una numerazione continua, un ingresso (possono essercene diversi - secondo la logica del compito) e un'uscita, un blocco logico ha due uscite corrispondenti all'esecuzione di un'espressione logica (sì - vero) e non- esecuzione (no - falso). Il blocco iniziale non ha input, il blocco finale non ha output.

Tipi di processi informatici.

Esistono tre tipi principali di processi computazionali (strutture algoritmiche): lineare, ra ramificati e ciclici, che possono essere utilizzati per rappresentare la struttura dell'algoritmo di qualsiasi problema.

Lineare è un processo computazionale in cui le operazioni vengono eseguite in sequenza, nell'ordine in cui sono scritte. Ogni operazione è indipendente, indipendente da qualsiasi condizione.

Un processo computazionale è chiamato branching se sono previste più direzioni (rami) per la sua implementazione, a seconda del soddisfacimento di alcune condizioni, il processo deve seguire l'uno o l'altro ramo.

Un processo si dice ciclico quando la soluzione di un problema viene ridotta a più calcoli utilizzando le stesse dipendenze per valori differenti delle grandezze in esse contenute. Le sezioni ripetute di questo processo computazionale sono chiamate cicli.

Definizioni del programma, linguaggio di programmazione, software (software).

Programma- dati, loro descrizione e un algoritmo scritto in un linguaggio di programmazione. Le azioni sui dati prescritte dal programma sono chiamate operazioni e le istruzioni elementari stesse sono chiamate comandi. In genere, i programmi vengono archiviati nella memoria esterna del computer. Per l'esecuzione, vengono caricati nella RAM. Un programma che risiede nella RAM mentre il computer è in esecuzione è chiamato programma residente.

La programmazione è il processo di creazione di programmi utilizzando vari linguaggi di programmazione.

I linguaggi di programmazione sono linguaggi formalizzati per la creazione di programmi che vengono eseguiti su un computer. I linguaggi di programmazione sono artificiali, con sintassi e semantica rigorosamente definite. Esistono vari linguaggi: procedurale, funzionale, logico e orientato agli oggetti.

3.3 Composizione del software per PC

Software (software - software): un insieme di programmi che consentono l'elaborazione automatizzata di informazioni su un computer. I componenti principali del software per PC sono:

programmi utensile (sistemi di programmazione),

programmi di sistema,

pacchetti applicativi (APP).

La struttura del software e il rapporto con l'utente e l'hardware è mostrata nella Figura 3.1.

Programmi strumento (sistemi di programmazione): con il loro aiuto, l'utente crea nuovi programmi per il PC. Includono strumenti per scrivere programmi (linguaggi di programmazione) e convertirli in linguaggio macchina (traduttori). Esistono due tipi di traduttori: compilatori: convertono i comandi linguistici (operatori) in codici macchina per l'intero programma e gli interpreti: convertono gli operatori durante l'esecuzione del programma.

Programmi applicativi: forniscono soluzioni ai problemi degli utenti. Il concetto chiave qui è il pacchetto software applicativo (APP). PPP - un insieme di programmi per risolvere una serie di problemi su un argomento o argomento specifico.

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Riso. 3.1. Struttura del software per PC

Esistono i seguenti tipi di PPP:

scopo generale,

Orientato al metodo

orientato al problema

Le applicazioni software generiche si concentrano sull'automazione di un'ampia classe di attività utente. Questi includono:

elaboratori di testi (ad esempio Microsoft (MS) Word),

Fogli di calcolo (MS Excel)

sistemi di gestione di banche dati (MS Access),

sistemi di presentazioni dinamiche (MS PowerPoint),

GPU (Corel Draw),

sistemi integrati (MS Works),

progettare sistemi di automazione (tecnologie CASE), ecc.

Il PPP orientato al metodo si basa sull'implementazione di vari metodi economici e matematici per la risoluzione dei problemi:

programmazione matematica (lineare, dinamica, statistica, ecc.),

statistica matematica,

teoria delle code Pianificazione e gestione della rete.

Gli SPP orientati al problema mirano a risolvere un compito specifico (problema) in una specifica area tematica. Tra questi: pacchetti bancari, pacchetti contabili, pacchetti di gestione finanziaria, ecc.

Il software di sistema fornisce il funzionamento e la manutenzione di un computer. Consiste in:

sistema operativo (SO)

autisti,

programmi di shell,

Gusci operativi

Utilità (programmi ausiliari).

La base del software è il sistema operativo, con l'aiuto del quale l'utente comunica con hardware (hardware) e programmi (software) (Fig. 2.1.). L'introduzione del sistema operativo è iniziata contemporaneamente ai computer. Il sistema operativo è costituito da programmi di controllo e di servizio e fornisce due attività principali:

1. Supporto per il funzionamento di tutti gli altri programmi e garantire la loro interazione con l'hardware; allocazione della memoria; identificazione di vari eventi che si verificano nel processo di lavoro e reazione ad essi, ecc.

2. Possibilità di controllo generale della macchina in base al linguaggio di comando del sistema operativo, ad esempio partizionamento di dischi, copia di file, avvio di eventuali programmi, impostazione delle modalità delle periferiche.

I driver sono programmi speciali per lavorare con dispositivi esterni (controllandoli).

Una shell in informatica è un programma che è un componente aggiuntivo di un altro programma o uno strato tra un programma e un utente. Ad esempio, la shell del programma Norton Commander (NC) funge da componente aggiuntivo del sistema operativo della famiglia MS DOS, facilitando la comunicazione con quest'ultimo.

Le shell operative (Windows 3.x è un esempio) forniscono più mezzi visivi per eseguire i comandi DOS e forniscono all'utente una serie di servizi aggiuntivi:

Possibilità di esecuzione simultanea di più programmi - multiprogrammazione,

Visualizzare immagini sullo schermo, modificarle, creare menu, finestre sullo schermo, ecc.

Utilità - programmi ausiliari: packer, programmi antivirus, diagnostica del computer, memorizzazione nella cache del disco, ecc.

software informatico operativo

Argomento 4. Caratteristiche dei sistemi operativi per PC

4.1 OS, classificazione dei SO, tipi di OS

Nell'argomento precedente, il sistema operativo è stato definito come un complesso di programmi di controllo e di servizio. Funzioni (appuntamento) del sistema operativo: forniscono all'utente la comodità di una macchina virtuale e aumentano l'efficienza dell'utilizzo di un computer con la gestione razionale delle sue risorse. Una macchina virtuale è intesa come l'equivalente funzionale di un computer immaginario con una determinata configurazione, modellato dall'hardware e dal software di un computer reale. Cosa significa questo? Il processore del computer esegue le istruzioni fornite in linguaggio macchina. La preparazione diretta di tali comandi richiede che l'utente abbia conoscenza del linguaggio, delle specificità della costruzione e dell'interazione dell'hardware. Ad esempio, per accedere alle informazioni memorizzate su un supporto magnetico, è necessario specificare i numeri di blocco sul disco e i numeri di settore sulla traccia, determinare lo stato del motore del meccanismo di spostamento delle testine di scrittura/lettura, rilevare errori e analizzarli, ecc. Cioè, sull'uso diffuso di un PC, tranne che come professionisti, non potrebbero esserci dubbi. Pertanto, è diventato necessario creare un sistema operativo, un insieme di programmi che nascondono all'utente le caratteristiche della posizione fisica delle informazioni che gestiscono la memoria, gestiscono gli interrupt e le risorse della macchina nel suo insieme. Di conseguenza, all'utente viene fornita una macchina virtuale che implementa il lavoro a livello logico.

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Dall'inizio degli anni '80 del 20° secolo, in connessione con la produzione di massa e l'introduzione dei personal computer (PC), l'idea dell'automazione del sistema del processo di progettazione è diventata praticamente fattibile per le organizzazioni di progettazione di qualsiasi scala: da un grande istituto ad un ufficio privato. Il concetto di CAD, da un lato, è diventato più semplice ed è spesso associato a un particolare programma per computer. D'altra parte, la progettazione di oggetti tecnici complessi è possibile solo nell'ambito del CAD come sistema organizzativo e tecnico, che si basa sul pieno potenziale della tecnologia dell'informazione.

Il software CAD è classificato come un'unità dei seguenti componenti: tecnico, software, matematico, metodologico, informativo e organizzativo.

2.1. Hardware e software

Supporto tecnico- questo è un insieme di mezzi tecnici con l'aiuto dei quali raccolgono, elaborano, archiviano, trasformano e trasferiscono i dati relativi all'oggetto di design.

La base del supporto tecnico è la tecnologia informatica e, prima di tutto, è un personal computer.

La configurazione standard del computer è ben nota (vedi Figura 2.1):

· un'unità di sistema costituita da un processore, RAM, alimentatore, disco rigido, altri dispositivi di archiviazione dati, porte per il collegamento di dispositivi periferici;

· tastiera per l'inserimento delle informazioni;

· monitor per la visualizzazione di informazioni;

· mouse per la comodità del dialogo uomo-computer.

Riso. 2.1. Personal computer con configurazione standard

Il concetto di dispositivi periferici comprende un'ampia gamma di mezzi tecnici. Si tratta innanzitutto di mezzi di raccolta ed elaborazione dati per la progettazione. Questi includono apparecchiature geodetiche elettroniche (stazioni totali, sistemi di navigazione satellitare, scanner laser, ecc.), che operano direttamente sotto il controllo di computer o trasmettono dati di misurazione sotto forma di file di computer. Informazioni più dettagliate sui mezzi tecnici delle indagini ingegneristiche sono fornite nel cap. 4.

Se le informazioni iniziali sulla strada progettata sono presentate sotto forma di tavolette di piani topografici, per convertire le informazioni da cartacee a forma elettronica, scanner(vedi Fig. 2.2, a) . Gli scanner possono essere a rullo o flatbed. La precisione di scansione di quest'ultimo è molto più elevata e può raggiungere i 12000 dpi (punti per pollice - punti per pollice). Quando si tratta di progettare oggetti tecnici complessi, vengono utilizzati scanner di ingegneria di grande formato A 0 (A 1).

Le informazioni grafiche di output sull'oggetto di design (disegni) vengono stampate anche su plotter in grande formato. Metodo di alimentazione della carta plotter come gli scanner, ci sono rulli (Fig. 2.2, b) o piani. Secondo il metodo di applicazione della materia colorante: laser o getto d'inchiostro. La questione di cosa dovrebbe essere un disegno tecnico, in bianco e nero oa colori, è stata recentemente decisa inequivocabilmente a favore del colore. In primo luogo, visti i notevoli progressi nel campo della stampa a colori, divenuta leggermente più costosa di quella in bianco e nero. In secondo luogo, il colore trasporta informazioni aggiuntive sull'oggetto progettato e migliora l'efficienza dell'analisi visiva di tali disegni.

FORMA\* MERGEFORMAT

Riso. 2.2. a) scanner a rulli; b) Plotter a rulli

I dispositivi periferici per computer includono anche dispositivi digitali per foto e video, attualmente ampiamente utilizzati nella raccolta dei dati iniziali per la progettazione stradale.

Per l'organizzazione del lavoro collettivo sul progetto e il rapido scambio di informazioni, i computer sono combinati in reti locali (intranet) e globali (Internet), i cui componenti tecnici sono server, schede di rete, modem, reti in fibra ottica, ecc.

Software CAD è diviso in a livello di sistema e applicato.

Il software a livello di sistema include, prima di tutto, i sistemi operativi (OS), che controllano tutti i processi che si verificano nei computer. L'emergere e l'evoluzione del sistema operativo è avvenuta parallelamente allo sviluppo dei computer stessi. Se la creazione del primo personal computer è associata all'azienda IBM(www. ibm. com ), quindi è apparso il primo sistema operativo di massa per questo computer dell'azienda Microsoft( www. microsoft. com) ed è stato chiamato SM- DOS.

Percorso evolutivo di 14 anni (dal 1981 al 1995) SM- DOS le versioni 1.0-7.0 hanno contribuito all'introduzione dei computer dalla risoluzione di ristretti problemi di ingegneria al loro uso diffuso in tutte le sfere della vita.

Dall'inizio degli anni '90 da sostituire SM- DOS arriva finestre(dall'inglese - windows) anche dall'azienda Microsoft, quale permette di lavorare con più programmi (finestre) contemporaneamente, passando facilmente da uno all'altro senza dover chiudere e riavviare i singoli programmi. Nella fase iniziale di sviluppo finestre fungeva da interfaccia grafica per SM- DOS.

Con il rilascio finestre 3.1 (1992) questo sistema operativo è associato come un sistema operativo indipendente, in grado di lavorare con più di 640 kb di RAM, con font scalabili tipo vero.

Rilasciato nel 1993 finestreNT(abbreviazione di New Technology - nuova tecnologia) è stato ben accolto dagli sviluppatori grazie alla sua maggiore sicurezza, stabilità e avanzata API-interfaccia Vincita32 , che semplifica la compilazione di potenti programmi.

Nel 1995 esce finestre95 – la versione più facile da usare finestre, per installazioni che non richiedono preinstallazione DOS; il suo aspetto rende il PC più accessibile al consumatore di massa. Windows 95 dispone di un insieme di protocolli integrato TCP/ IP e sono consentiti nomi di file lunghi.

finestre 98 (1998) - ultima versione finestre sulla base del vecchio kernel, funzionante sulle fondamenta DOS. Sistema finestre 98 browser integrato Internetesploratore 4 ed è compatibile con numerosi nuovi standard hardware, comprese le porte USB. Le versioni successive di Windows sono state sviluppate sulla base del kernel NT.

Attualmente (dal 2001) la maggior parte dei programmi applicativi, compreso il CAD, operano sotto il controllo del sistema operativo SMfinestreXP(dall'inglese eXPerience - esperienza).

Nuova interfaccia specifica del dominio SMfinestreXP consente di padroneggiare rapidamente i principi di lavoro con il sistema operativo, anche per quegli utenti che non hanno mai incontrato in precedenza sistemi della famiglia finestre. Applicato finestreXP tecnologie web avanzate aprono la possibilità di scambiare messaggi di testo e vocali, creare progetti web di vari livelli di complessità e condividere applicazioni non solo sulla rete locale, ma anche su Internet.

Il software condizionale a livello di sistema include SMufficio, di cui diverse applicazioni (editor di testo Parola, fogli di calcolo eccellere) sono diventati de facto standard nella loro classe di programmi. Quasi tutti i sistemi CAD che generano documenti di testo come dati di output lo fanno nell'ambiente SMParola e forme tabulari - nell'ambiente SMeccellere.

I programmi applicativi, oltre al CAD stesso, includono: vettorizzatori; programmi per l'elaborazione di dati geodetici, dati di telerilevamento; sistemi di gestione di database (DBMS); sistemi di gestione della documentazione di progettazione (CDMS), ecc.

Gli ultimi di questi (QMS) sono estremamente importanti nel lavoro delle organizzazioni di progettazione, poiché garantiscono in gran parte il funzionamento dei sistemi di controllo della qualità nella produzione di prodotti di design.

Dei molti programmi di questa classe, il sistema più completamente funzionale è FestaPIÙ(sviluppatore - società Lotsia Soft, Mosca, www. lozia. com ).

FestaPIÙè un sistema professionale costruito nell'architettura "client-server" basata sul tipo DBMS Oracolo, SMSQL- server, Sybase e si distingue per affidabilità, prestazioni, scalabilità e sicurezza.

Riso. 2.3. Sistema di gestione documentale Party PLUS

Il sistema contiene un archivio sicuro di documenti, nonché strumenti integrati per l'instradamento gratuito e predefinito dei documenti, la gestione del lavoro e dei processi aziendali. Il sistema supporta la modalità di lavoro collettivo parallelo di vari gruppi di utenti e fornisce la gestione di tutte le informazioni relative al progetto, che consente ai dipendenti dell'organizzazione di progettazione non solo di accedere alla descrizione del progetto, ma anche di gestire le informazioni su questo progetto.

Se l'impresa ha diversi dipartimenti di progettazione distribuiti geograficamente, con l'aiuto di FestaPIÙ puoi organizzare un'interazione ben funzionante dei reparti remoti quando lavori su più progetti.

FestaPIÙ ha la funzione di mantenere uno storico di tutte le modifiche ingegneristiche nella struttura del progetto, la capacità di confrontare lo stato attuale con lo stato in qualsiasi data. Sono disponibili strumenti di supporto per la progettazione multivariante con archiviazione di opzioni non incluse nel progetto principale, strumenti di supporto per l'utilizzo delle versioni dei documenti. È possibile impostare analoghi o elementi correlati per un elemento di progetto, raggruppare elementi secondo vari criteri.

Sistema FestaPIÙ universale, massimamente flessibile per la risoluzione di problemi in vari rami dell'ingegneria, compreso l'industria stradale, e focalizzato sulla parità di lavoro con vari sistemi CAD.

2.2. Supporto matematico e metodologico

Supporto matematicoè un insieme di metodi analitici e numerici, modelli matematici e algoritmi per l'esecuzione delle procedure di progettazione. L'uso di determinati metodi dipende dal livello di sviluppo del CAD, dalle proprietà degli oggetti di progettazione e dalla natura dei compiti da risolvere.

Nella fase iniziale dello sviluppo CAD, i metodi di progettazione manuale sono stati algoritmizzati. Ciò ha contribuito a ridurre i tempi di progettazione, ma la qualità delle soluzioni di progettazione praticamente non è migliorata.

Il primo lavoro nel campo dell'ottimizzazione delle soluzioni progettuali è iniziato negli anni '70 ed è stato associato principalmente alla progettazione di un profilo longitudinale. I lavori di E.L. Filshtein e il suo metodo di "iterazione di confine", V.I. Struchenkov e il suo metodo di "proiezione del gradiente" hanno stabilito la posizione della linea di progettazione del profilo longitudinale, tenendo conto della minimizzazione dei lavori di sterro. Già in questa fase è stato necessario abbandonare la presentazione della linea di progettazione sotto forma di una sequenza di linee rette e archi di cerchio e passare al modello della linea di progettazione sotto forma di linea spezzata (spline lineare) . Tuttavia, questi metodi non hanno influenzato i principi generali (di base) del rilevamento e della progettazione delle autostrade.

Il passaggio negli anni '90 all'automazione del sistema di progettazione stradale basata su modelli digitali del terreno ha portato a un cambiamento significativo nell'intera tecnologia del lavoro di progettazione e rilevamento.

Durante il periodo di progettazione "manuale" delle strade, i rilievi geodetici sono stati effettuati con il metodo "picket". L'essenza di questo metodo sono le seguenti fasi di lavoro:

· Tracciamento sul campo della strada. Allo stesso tempo, il percorso tangenziale del tracciato è allo stesso tempo il corso principale di tutte le successive opere di segnaletica, sia in fase di rilievo che in fase di cantiere.

· Fissazione pianificata del percorso in quota con punti di riferimento stradali e pali d'angolo.

· Ripartizione del picchettaggio lungo il percorso. Non solo i punti di picchetto sono rotti e fissi, ma anche punti positivi (caratteristici) associati a interruzioni di rilievo, all'intersezione di flussi d'acqua, servizi pubblici e strade.

· Doppio livellamento geometrico longitudinale del percorso in base allo stazionamento accettato.

· Sezioni trasversali di tiro. Quando si picchettano il picchetto lungo il percorso, le sezioni trasversali vengono picchettate contemporaneamente in tutti i picchetti e nei punti positivi. Su tratti rettilinei del percorso, le sezioni trasversali sono interrotte perpendicolarmente all'asse della strada, e su tratti curvilinei - perpendicolari alla tangente al percorso. La lunghezza del diametro è presa in modo tale che il sottofondo con tutti i suoi elementi strutturali si trovi al suo interno.

Vengono effettuati rilievi trasversali per la realizzazione di profili longitudinali e trasversali lungo il tracciato accettato per la successiva progettazione del sottofondo, l'organizzazione di un sistema di drenaggio superficiale, il calcolo del volume dei lavori di sterro e la redazione della documentazione di progetto.

Come risulta da quanto sopra, con il metodo del rilievo "picchetto", non è possibile modificare la posizione del percorso e, di conseguenza, tutte le altre proiezioni in fase di progettazione. Pertanto, l'inizio creativo dell'attività di progettazione con questo metodo è limitato a causa della posizione predeterminata del percorso stradale, che influisce in modo significativo sulla qualità delle soluzioni progettuali finali. Si noti inoltre che nelle condizioni di tracciamento in campo, in assenza di apparecchiature informatiche, l'ingegnere del rilievo si è limitato ad uno schema elementare di arrotondamento del tracciato del tipo "clotoide-circolare-curva-clotoide", che poteva essere scomposto secondo le corrispondenti tabelle di ripartizione.

Una prospettiva completamente diversa è aperta dal metodo "picket-free" dei rilievi stradali, il cui utilizzo prioritario è diventato possibile grazie ai risultati della tacheometria elettronica e della tecnologia informatica.

La ricerca su questo metodo consiste in:

· Nella fascia delle possibili soluzioni progettuali, determinate in fase di progettazione, viene posato e fissato il passaggio principale (rete di passaggi).

· Viene effettuato un rilievo tacheometrico della banda di variazione. Allo stesso tempo, è garantita un'elevata produttività del lavoro, poiché tutte le misurazioni necessarie per determinare le coordinate spaziali dei punti di rilevamento del terreno vengono eseguite in un complesso utilizzando uno strumento geodetico: una stazione totale.

· Da una stazione totale elettronica, un modello digitale del terreno viene letto nel computer, che è la base per tutte le successive procedure di progettazione.

Si noti che con il metodo di rilevamento "picket-free", la posizione del percorso è determinata non in fase di rilevamento, ma in fase di progettazione (in condizioni d'ufficio). Ciò consente di variare la posizione del percorso in quasi tutte le fasi della progettazione, di utilizzare i metodi matematici più moderni, compresi quelli di ottimizzazione, per determinare la posizione del percorso e la sua descrizione.

Data la natura 3D del DSM e le superfici che genera, emerge un'opportunità unica per il tracciamento stradale spaziale. Attualmente, la metodologia e gli algoritmi per il tracciamento spaziale sono stati sviluppati con successo nell'ambito del CAD e dovrebbero presto ricostituire l'arsenale di tecnologie avanzate per la pratica della progettazione stradale.

Tra i molti metodi di matematica computazionale che sono diventati disponibili nelle condizioni di automazione del sistema del lavoro di progettazione, ci concentreremo sulle spline e sulle curve di Bezier utilizzate nel tracciamento stradale automatizzato in pianta e nel profilo longitudinale.

spline di interpolazione. Come sapete, il termine "spline" deriva dal nome dello strumento di disegno: un sottile righello di metallo o legno che si piega in modo da passare attraverso determinati punti ( x io, si io= F(x io)).

Quindi la spline nella posizione di equilibrio assume una forma che riduce al minimo la sua energia potenziale. E nella teoria delle travi si stabilisce che questa energia è proporzionale all'integrale sulla lunghezza dell'arco dal quadrato della curvatura della spline:

in condizioni S(x io) = si io.

Riso. 2.4. I contorni della spline come analogo matematico del righello

Le spline possono essere definite in 2 modi: in base al reciproco accordo di funzioni semplici e dalla soluzione del problema di minimizzazione.

Le spline determinate dal primo metodo includono le spline di interpolazione, necessarie per la rappresentazione analitica di informazioni fornite in modo discreto.

Le spline di levigatura sono spesso determinate sulla base del 2° metodo. Sono le spline di levigatura che dovrebbero trovare la più ampia applicazione per ottimizzare quelle soluzioni progettuali che, nella fase iniziale di considerazione, sono, di regola, approssimative.

Nella pratica progettuale, di norma, vengono utilizzate le spline di 1° e 3° grado. Le spline di 1° grado (lineari) servono, in primo luogo, come un'illustrazione valida e accessibile per comprendere i processi di costruzione di algoritmi di spline e, in secondo luogo, sono sufficienti per descrivere gli elementi geometrici delle strade rappresentati come linee spezzate (passaggi principali e tangenziali, profili a terra longitudinali e trasversali, ecc.).

Spline di 1° grado. Le spline di 1° grado (linee tratteggiate) sono abbastanza semplici da capire e, allo stesso tempo, riflettono le proprietà di base delle funzioni spline. Da un punto di vista matematico, una spline di 1° grado è una funzione continua a tratti, descritta su ciascun segmento da un'equazione della forma:

y= un io+ b io x, (2.2)

dove ioè il numero dell'intervallo considerato tra i nodi di interpolazionex io e x io + 1 .

Come si può vedere dalla formula (2.2), sull'intervallo elementare la forma dell'equazione non differisce dall'espressione di retta generalmente accettata. In generale, l'equazione di una polilinea (spline di 1° grado) in forma matriciale può essere scritta come:

(2.3)

Questo sistema di equazioni lineari non richiede una soluzione congiunta e si scompone in soluzioni di ciascuna equazione separatamente. Una spline, la cui soluzione è associata al calcolo di sottosistemi di piccola dimensione, in questo caso equazioni del primo ordine, sarà chiamata locale.

Una spline di interpolazione di 1° grado è una polilinea passante per punti (x io , y io). Per la popolazione x io(io = 0, 1,… ,n) nell'intervallo [ a, b] in questo caso, la condizione x io 1 .

Usando il polinomio di Lagrange, si può costruire una spline per l'intervallo io-(io + 1):

(2.4)

Designazione S 1 (X ) sarà intesa come una funzione spline di primo grado. Altrimenti, l'equazione (2.4) può essere scritta:

(2.5)

Se accettiamo o, la forma delle equazioni (2.2) e (2.5) coincide. Per costruire un algoritmo e redigere una procedura per costruire e calcolare una spline, devi ricordare solo 2 n+2 numeri.

Spline di 3° grado. Spline di 3° grado (cubico) è una funzione continua a tratti (continuità della 1a e 2a derivata) costituita da segmenti di parabole cubiche.

Attualmente, ci sono molti algoritmi per costruire e calcolare spline cubiche su un computer, il che è dovuto al loro ampio utilizzo nella risoluzione di problemi tecnici relativi all'interpolazione di curve e superfici.

Quando si risolve il problema, ci sono tra n nodi n–1 frammento di curve cubiche e la curva cubica, a sua volta, è determinata da 4 parametri. Poiché il valore della funzione e la 1a, 2a derivata ( X, X¢ S, X² S) sono continue in tutto ( n–2)-x nodi interni, allora abbiamo 3( n-2) condizioni. in nodi Xsi= X i Vengono imposte più condizioni X. Da qui otteniamo 4 n-6 condizioni. Per definire in modo univoco una spline, sono necessarie altre due condizioni, che di solito sono associate alle cosiddette condizioni al contorno (confine). Ad esempio, è spesso preso semplicemente. In questo caso, otteniamo il numero richiesto di condizioni per determinare la spline naturale nella forma:

Lo svantaggio di questa spline è che non ha la capacità di cambiare forma nell'area tra due punti di interpolazione rigidamente fissati. Solo spostando uno dei punti di interpolazione è possibile ottenere qualche cambiamento nella forma della curva spline. Allo stesso tempo, poiché la spline di interpolazione cubica si riferisce a metodi di approssimazione non locali, i suoi valori in punti che non coincidono con i nodi della griglia Δ: un= X 0xN= B, dipendono dalla totalità delle quantità fi = F(x io), io= 0, 1 ,…, n, e anche sui valori delle condizioni al contorno nei punti un, B; di conseguenza, l'effetto desiderato di cambiare la forma della curva spline in un punto dell'intervallo di interpolazione può essere bloccato da variazioni indesiderabili nel resto del segmento.

Tuttavia, sono noti metodi per affrontare questo spiacevole fenomeno. Questo è, in primo luogo, l'uso di interpolazioni locali di tipo hermitiano, per le quali il valore della spline sull'intervallo tra i nodi della griglia dipende dai valori della funzione e dalle sue derivate solo da qualche intorno di questo intervallo.

In secondo luogo, l'interpolazione basata su spline razionali. Mantenendo una delle proprietà più importanti dell'interpolazione delle spline cubiche - semplicità ed efficienza dell'implementazione del computer - le spline razionali hanno la capacità di approssimare funzioni con grandi gradienti o punti di interruzione, eliminando al contempo le oscillazioni inerenti a una spline cubica convenzionale.

Una funzione spline razionale è chiamata funzione S(X), che su ciascun intervallo di interpolazione [ x io, x io+1] è scritto come

(2.7)

dove t =(x-x io)/h io , h io = xio + 1 - x io,p io ,q io– dati numeri, -1 p io ,q i ed è continua insieme alle sue derivate prima e seconda.

Si può vedere dall'espressione (2.7) quella per p io = q io = 0, io = 0, 1,…, n-1, la spline razionale diventa una spline cubica regolare. Inoltre, possiamo supporre che anche la spline di primo grado sia un caso speciale della spline cubica, poiché per tutti p io , q io –>∞,io = 0, 1,…, n–1, giusto S(X)–> fi(1– T)+ fi +1 T ,XÎ [x io,x io +1 ].

Pertanto, ci si può aspettare che quando si utilizzano spline razionali, con un'opportuna scelta di parametri liberi p io , q io si ottiene un'elevata precisione di approssimazione in aree di sufficiente levigatezza della funzione interpolata e in aree con grandi gradienti sono soddisfatti i requisiti di natura qualitativa - convessità e monotonia.

L'utilizzo di una funzione spline razionale permette di descrivere la traccia con una dipendenza uniforme con la massima approssimazione alla traccia data dagli elementi tradizionali. Variando i valori dei coefficienti pi e q io ,è possibile simulare integralmente gli elementi tradizionali del tracciato (linea retta, curva circolare, clotoidi) mediante la funzione spline.

Il punto "debole" nella giustificazione delle spline di interpolazione come apparato matematico universale per il tracciamento delle strade è il presupposto (condizione) che i nodi di interpolazione siano assegnati correttamente dal progettista e non siano soggetti a correzione durante il calcolo dei valori della spline si.

Analizziamo come viene assegnata in pratica la posizione dei nodi?

Se il tracciamento viene eseguito sulla base di una mappa o di un piano topografico, viene tracciata una linea di schizzo della strada che, secondo il progettista, è la più appropriata in determinate condizioni, "a mano" o con l'aiuto di dispositivi meccanici. Successivamente, i nodi di interpolazione vengono fissati sulla linea dello schizzo e le loro coordinate vengono misurate. Allo stesso tempo, non ci sono algoritmi rigorosamente formalizzati per assegnare la posizione dei nodi, ci sono solo una serie di suggerimenti pratici. In particolare: la frequente disposizione dei nodi porta ad oscillazioni della curvatura di tale spline per l'inevitabile errore nel catturare le coordinate dei nodi di interpolazione; la loro rara posizione provoca deviazioni significative della traccia spline dalla linea di schizzo che la genera.

Se il tracciamento viene eseguito sulla base di materiali di rilievo sul campo, allora i nodi di interpolazione spline, in questo caso, sono punti di rilievo di un modello digitale del terreno, e l'errore nello stabilirne le coordinate è ancora più evidente per la presenza di elementi casuali e errori sistematici.

Una buona approssimazione della traccia spline alla versione dello schizzo e, allo stesso tempo, la sua sufficiente scorrevolezza (smoothness) può essere ottenuta, di norma, solo con molteplici regolazioni intuitive dei nodi di interpolazione da parte del progettista.

Ne consegue che le spline di interpolazione non sono uno strumento matematico per il tracciamento ottimale, ma solo uno strumento conveniente e, in molti problemi, estremamente efficace per l'elaborazione al computer di soluzioni progettuali abbozzate. La qualità di tali soluzioni dipende essenzialmente dalle qualifiche del progettista.

Dal ragionamento sopra esposto consegue che la formulazione del problema di tracciatura basata sugli spline dovrebbe assumere quanto segue: i nodi di interpolazione del tracciato di schizzo, e in caso di ricostruzione, del tracciato originario, sono assegnati approssimativamente (con una tolleranza) e la loro posizione esatta viene calcolata secondo determinati schemi, tenendo conto di una serie di obiettivi fondamentali del processo di tracciamento. Nella terminologia matematica, questo problema può essere attribuito ai problemi di generazione di forme geometriche dalle loro descrizioni approssimative (approssimative) o problemi di levigatura.

Spline leviganti. Come apparato matematico per risolvere il problema del tracciamento delle strade, vengono utilizzate le spline di levigatura, che riducono al minimo il funzionale della forma:

con restrizioni, ad esempio,

Nel registro funzionale q = 1, 2; S(x io) è una spline; R ioè il coefficiente di peso del nodo di interpolazione; F 0 (x io) è la funzione di approssimazione iniziale.

Le restrizioni possono essere molto diverse e, nel caso di tracciatura stradale, queste sono: restrizioni sul raggio consentito, la direzione del percorso in pianta e la pendenza nel profilo longitudinale, ecc. Allo stesso tempo, per le scanalature di al terzo grado, in punti, vanno aggiunte le cosiddette “condizioni al contorno”. X 0 = un ,x n =B, che garantiscono l'unicità della costruzione della spline. Ad esempio, queste possono essere le condizioni per una data direzione iniziale e finale della sezione progettata del percorso S¢ (x un), S¢ (xb).

Segue dalla forma di scrittura delle condizioni congiunte (2.8) - (2.10) che questo è un problema di ottimizzazione condizionale.

La condizione (2.9) permette di spostare i nodi di interpolazione nel corridoio di variazione stabilito secondo un dato algoritmo. Il segno del completamento del processo di ottimizzazione iterativo è il soddisfacimento della condizione (2.10) e significa che ad ogni ulteriore passo iterativo lo spostamento di uno qualsiasi dei nodi non supererà il valore D.

Se in condizione (2.9) eio= 0, quindi veniamo di nuovo al concetto di spline di interpolazione. Da qui diventa ovvio che le spline di interpolazione sono solo un caso speciale di spline di levigatura.

La scelta delle spline di smussamento per ulteriori approfondimenti solo sotto forma di polinomi algebrici e solo di 1° e 3° grado dell'intera varietà è dovuta al fatto che queste sono le spline più semplici nell'implementazione del computer e, allo stesso tempo, hanno sufficienti proprietà approssimative per descrivere la traccia dei contorni e la sua analisi differenziale. Nel caso di spline di 1° grado, questa analisi (derivate di 1° e 2°) può essere eseguita come differenze divise, e per spline di 3° grado, per differenziazione diretta della funzione.

Il pozzo funzionale (2.8) modella il problema del tracciamento delle strade durante la loro ricostruzione, che consiste nel realizzare uno scostamento minimo del tracciato progettato da quello esistente, prevedendo contemporaneamente la pendenza e la curvatura nel profilo longitudinale, e per la curvatura e la velocità di aumento della curvatura nel piano secondo i requisiti di SNiP per questa categoria stradale. La deviazione minima si ottiene a causa del secondo termine e delle condizioni di curvatura e pendenza - il primo termine del funzionale (2.8).

Quando due termini vengono minimizzati congiuntamente, la relazione tra loro è controllata dai coefficienti di peso R i , che deve essere normalizzato in un certo modo.

Consideriamo le possibilità di ottimizzazione del funzionale (2.8) in ordine di complessità crescente.

Il secondo termine del funzionale

noto come metodo dei minimi quadrati, ed è una funzione n+1a variabile S(x io), io = 0, 1,…, n. La minimizzazione di quest'ultimo si scompone in questo caso nella minimizzazione dei singoli termini indipendentemente per ciascuna variabile.

Nel caso di utilizzo di spline di 1° grado, il primo termine del funzionale (2.8) sarà scritto come

.(2.12)

Si consideri un'approssimazione lineare del funzionale della lunghezza d'arco della curva

(qui si assume che | S`(X)| pochi). Ovviamente, la soluzione del problema di minimizzare il funzionale (2.13) coincide con la soluzione del problema linearizzato di trovare un elemento di lunghezza minima. La soluzione risultante è spesso chiamata spline in un insieme convesso.

Dopo aver sostituito la derivata prima della spline, che in questo caso coincide con la differenza divisa, assumerà la forma

(2.14)

dove Ciao= x io +1 –x io.

Differenziare rispetto alla variabile S(x io) e aggiungi due termini consecutivi dell'equazione contenente questa incognita:

Uguagliando la somma risultante a zero ed esprimendo l'incognita S(x io), noi abbiamo

Qui il segno "=" rappresenta l'operatore di assegnazione. Se prendiamo l'uniforme del passo di interpolazione, cioè h io =cost, allora il processo di ottimizzazione (iterazioni passo passo) nell'interpretazione grafica sarà abbastanza chiaro (Fig. 3. 10).

La rapida convergenza del processo iterativo consente di consigliare questo metodo per lo sviluppo preliminare di soluzioni progettuali per la linea di progetto del profilo longitudinale. In questo caso, il raggio di curvatura e la pendenza della linea di progetto possono essere controllati tracciando la prima e la seconda differenza divisa.

Riso. 2.5. Interpretazione grafica dello smoothing spline lineare

La considerazione congiunta della somma dei funzionali (2.12) e (2.14) fornisce una formula ricorsiva per l'ottimizzazione:

La convergenza del processo iterativo qui, rispetto alla formula (2.17), è minore e dipende essenzialmente dalla quantità R io. Coefficiente di peso R io consente di rallentare o accelerare il processo iterativo in singoli punti (nodi) e può, ad esempio, per una linea di progetto, servire come mezzo per tenere conto del volume o del costo di costruzione di un sottofondo (lavori stradali) su una sezione di lunghezza unitaria.

Si consideri il primo termine del funzionale (2.8) applicato alle spline cubiche:

Allo stesso modo, la soluzione del problema della spline in un insieme convesso descrive (in una formulazione linearizzata) la posizione occupata da una barra elastica nel corridoio di vincolo. Quando la derivata seconda viene sostituita dalla seconda differenza divisa, questo funzionale assumerà la forma:

dove S¢ (x un), S¢ (xb) sono una delle possibili condizioni al contorno per una spline cubica. In relazione alla linea di progetto, questa è la pendenza nell'iniziale ( x un) e finale ( xb) punti del tratto di strada previsto.

La differenziazione e la somma delle equazioni ci daranno le corrispondenti formule ricorrenti, che sono dettagliate nella letteratura speciale.

Il disegno delle curve stradali in pianta secondo lo schema classico "clotoide - curva circolare - clotoide" è abbastanza ragionevole da un punto di vista teorico, ma in pratica un tale schema presenta molti difetti e inconvenienti. Senza entrare nella loro essenza, notiamo che se applichiamo una qualsiasi funzione che potrebbe da sola in una certa misura modellare lo schema classico (curva composita), allora dal punto di vista della comodità dell'algoritmo e dell'organizzazione del dialogo "ingegnere-computer", questo basterebbe efficacemente.

Curve di Bézier. Nel 1970 Pierre Bezier (matematico francese) ha selezionato le componenti del polinomio cubico parametrico in modo tale che il loro significato fisico diventasse molto chiaro e molto adatto a risolvere molti problemi applicati, anche ai fini della progettazione di strade secondo il principio del "tracciamento tangenziale".

La formula di Bezier per il polinomio cubico ( n= 3) ha la forma seguente.

Permettere r io = , io= 0, 1, 2, 3, quindi per 0 ≤ t≤ 1:

o in forma matriciale:

Matrice mè chiamata matrice di base di una curva di Bezier cubica.

La curva, rappresentata in forma di Bezier, passa per i punti R 0 e R 3, ha una tangente nel punto R 0 , diretto da R 0 a R 1 e la tangente nel punto R 3 diretto da R 2k R 3 .

Diretto R 0 R 1 , R 1 R 2 e R 2 R 3 formano una figura chiamata linea spezzata caratteristica (definitiva), che predetermina i contorni della curva di Bézier (Fig. 2.6).

Per disegnare una curva, specificare i punti R 0 e R 3 attraverso il quale deve passare la curva, quindi sulle tangenti desiderate a questa curva in punti R 0 e R 3 set point R 1 e R 2. Modifica della lunghezza dei segmenti R 0 R 1 e R 2 R 3 variare i contorni della curva, dandole la forma desiderata.

Riso. 2.6. Segmento di una curva di Bézier cubica

La principale grandezza controllata nella progettazione delle curve in pianta è il raggio di curvatura. Per calcolare il raggio di curvatura in ogni punto della curva è necessario conoscere i valori della prima e della seconda derivata del raggio-vettore del punto. Per una curva di Bezier cubica, la prima e la seconda derivata vengono calcolate utilizzando le formule seguenti:

Quindi la curvatura (il reciproco del raggio di curvatura) viene calcolata con la formula:

Oltre alla curva di Bezier di 3° ordine (cubica), le curve di Bezier di 2°, 4° e 5° ordine possono essere utilizzate anche per il tracciamento stradale. Di seguito sono riportate le formule corrispondenti per il calcolo dei vettori del raggio (e delle loro derivate) per queste curve.

Curva di Bézier del 2° ordine:

Curva di Bézier di 4° ordine:

Curva di Bézier 5° ordine:

L'unione delle curve di Bezier elementari γ (1) , γ (2) ,…, γ ( l) , per cui il punto finale della curva γ ( io) , io= 1, 2,…, l- 1 coincide con il punto iniziale della curva γ ( io+1) , ottieni una curva di Bezier composita. Se ogni curva γ ( io) è data da un'equazione parametrica della forma

R = R (io) (T), 0 ≤ T≤ 1,

allora questa condizione si scrive come segue:

R (io) (1) = R (io +1) (0), io= 1, 2,…, l–1.

In particolare per la tangente di una curva di Bezier composta definita da un insieme di punti P 0 , P 1 , …, P m , cambiata continuamente lungo questa curva, è necessario che le triple di vertici P 3 io -1 , P 3 io, P 3 io +1 (io≥ 1) erano collineari, cioè giacevano sulla stessa retta (vedi Fig. 2.7).

Riso. 2.7. Curva di Bézier cubica composta

Curve di Bézier spaziali. Sopra, nella discussione sulle curve di Bezier, è stata compresa la posizione piatta dei punti di riferimento della traccia e, di conseguenza, è stata considerata la rappresentazione delle sole curve piatte. Nel caso generale i punti di riferimento della caratteristica polilinea di Bezier sono dati dai punti dello spazio tridimensionale Pi(x io, si io, z io), io= 0, 1 ,…, m.

Quindi la curva spaziale di Bézier di grado mè determinato da un'equazione che ha la seguente forma:

dove sono i polinomi di Bernstein.

La notazione matriciale delle equazioni parametriche che descrivono la curva di Bezier spaziale ha la forma:

0≤ T ≤ 1,

Una presentazione più dettagliata del tracciato spaziale delle strade è data nel cap. 5.

Supporto metodologico - un insieme di materiali metodologici che contribuiscono al funzionamento del CAD.

I sistemi CAD professionali di solito hanno un supporto metodologico sotto forma di "Guide di riferimento" in formato cartaceo. Il menu principale di tali sistemi contiene anche una sezione Help (Help), che fornisce una descrizione delle principali procedure di progettazione.

Durante il funzionamento del CAD, l'esperienza viene accumulata nello sviluppo razionale di soluzioni progettuali basate sulla totalità degli strumenti del sistema. Questa esperienza, di regola, viene presentata sotto forma di "guide pratiche (manuali)" e contribuisce a migliorare l'efficienza e la qualità del lavoro di ingegneria.

2.3. Informazioni e supporto organizzativo

Supporto informativoè un insieme di strumenti e metodi per costruire una base di informazioni per scopi di progettazione.

Il supporto informativo comprende: norme statali (GOST), codici edilizi (SN), codici e regolamenti edilizi (SNiP), codici edilizi dipartimentali (VSN), soluzioni di progettazione standard per strutture ed elementi di autostrade. Tutto il materiale normativo e informativo di cui sopra è disponibile in formato cartaceo o in forma di controparti elettroniche.

Un'altra parte del supporto informativo esiste solo in forma elettronica ed è parte integrante del CAD. Si tratta di librerie di segni convenzionali (vedi Fig. 2.8), classificatori e codici, modelli di elementi tipici come parte di algoritmi grafici.

Riso. 2.8. Simbolo della biblioteca per un piano topografico

Le informazioni regionali vengono utilizzate anche nel processo di progettazione. Comprende informazioni di natura meteorologica ed ecologica, dati sul rilievo e sulla struttura geologica dell'area, informazioni sull'ubicazione delle cave di suolo e materiali lapidei, ecc.

Secondo un'altra classificazione, le informazioni possono essere suddivise in input, intermedi e output. Input - un insieme di dati iniziali necessari per prendere una decisione progettuale. Intermedio: ottenuto in precedenza come risultato della risoluzione di alcuni problemi e utilizzato per risolverne altri, ma non i risultati finali della risoluzione dei problemi. Output - ottenuto come risultato della risoluzione di problemi e destinato all'uso diretto nella progettazione.

Supporto organizzativoè un insieme di misure organizzative e tecniche volte a migliorare l'efficienza del CAD. Questi includono: modifica della struttura organizzativa dell'organizzazione di progettazione, dei suoi dipartimenti e divisioni; ridistribuzione delle funzioni tra i dipartimenti; cambiamento nella tecnologia del lavoro di progettazione e rilievo e composizione del personale, formazione avanzata dei progettisti nel campo del CAD, organizzazione e funzionamento dei sistemi di gestione della qualità per prodotti di design basati sugli standard internazionali ISO 9001:2000.

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