Лекция 1.2.1

1.2. Полупроводниковые материалы Лекция 1.2.1. Зонная теория твердого тела

Из курса атомной физики и квантовой механики известно поведение электронов в отдельно взятом атоме. Электроны в таком атоме могут обладать только определенной энергией или могут находиться только на определенных дозволенных энергетических уровнях. Энергетический спектр электронов приобретает дискретный характер, как это показано на рис. 5.

Рисунок 5 – Энергетический спектр электронов изолированного атома

На каждом энергетическом уровне, согласно принципу Паули, может находиться не более двух электронов, отличающихся спиновым квантовым числом. Схема энергетических уровней не зависит от того, заполнены они электронами или нет. Переходы электрона с одного энергетического уровня на другой связаны с поглощением или излучением энергии.

Возникает вопрос, как изменяются энергетические уровни электронов в атоме, если отдельные атомы приближать друг к другу, т. е. конденсировать в твердую фазу.

Рассмотрим качественную сторону поставлен­ного вопроса. В изолированном атоме существу­ют силы притяжения ядром атома всех своих электронов и сила отталкивания между электронами.

В кристалле из-за близкого расстояния между атомами возникают новые силы. Это силы взаимодействия между ядрами и электронами, принадлежащими разным атомам и между всеми ядрами и электронами.

Под влиянием этих дополнительных сил энергетические уровни электронов в каждом атоме кристалла каким-то образом должны измениться. Одни уровни понизятся, другие – повысятся на шкале энергий. В этом состоит первое следствие сближения атомов. Второе следствие связано с тем, что электронные оболочки атомов, в особенности внешние, могут не только соприкасаться друг с другом, но и способны перекрыться.

В результате этого электрон с одного уровня на каком-либо из атомов может перейти на уровень в соседнем атоме без затрат энергии и, таким образом, свободно перемещаться от одного атома к другому. В связи с этим нельзя утверждать, что данный электрон принадлежит какому-нибудь одному определенному атому, наоборот, электрон в такой ситуации принадлежит всем атомам кристаллической решетки одновременно. Иными словами происходит «обобществление» электронов. Такие «обобществленные » электроны обычно называют свободными, а их совокупность – электронным газом или электронами проводимости. Разумеется, что полное обобществление происходит лишь с теми электронами, которые находятся на внешних – валентных электронных оболочках. Чем ближе электрон находится к ядру атома, тем сильней ядро удерживает электрон на этом уровне и препятствует перемещению электронов от одного атома к другому.

Совокупность рассмотренных следствий сближения атомов приводит к расщеплению уровней атома, независимо от того находятся на этом уровне электроны или нет. На энергетической шкале вместо отдельных уровней появляется ряд подуровней или энергетических зон, то есть областей таких значений энергий, которыми может обладать электрон, находясь в пределах твердого тела.

Таким образом, различие между кристаллом и отдельным атомом состоит в следующем. В то время как в изолированном атоме данный энергетический уровень Е(n,l) является единственным, в кристалле, состоящем из N атомов он повторяется N раз. Иначе говоря, каждый уровень изолированного атома в кристалле, расщепляется на N близко расположенных друг от друга подуровней, образующих энергетическую зону (рис. 6). Энергетические зоны, разделенные интервалами энергий Ез и не принимающие электроны, называются запрещенными зонами. С ростом энергии ширина запрещенной зоны уменьшается, так как имеет место сильное расщепление высокорасположенных атом­ных уровней.

Рисунок 6 – Энергетический спектр электронов в кристалле

Расстояние между подуровнями в зоне кристалла очень мало. В кристалле объемом 1 м 3 содержится N = 10 28 атомов. При ширине зоны порядка 1эВ расстояние между подуровнями в ней порядка 10 -28 эВ. Тем не менее, из-за того, что число уровней в зоне конечно, наличие подуровней играет важную роль в определении характера распределения электронов по состояниям. В нейтральном изолированном атоме все нижние уровни вплоть до валентного уровня заполнены электронами полностью, а уровни выше валентного свободные.

В кристалле зоны, произошедшие от нижних уровней, также полностью заполнены электронами, и только зона, произошедшая от валентного уровня, может оказаться в ряде случаев, заполнена не полностью. Зону, произошедшую от валентных уровней атомов, образующих кристалл, называют валентной зоной. Наибольшее значение энергии этой зоны (или её вершина) равно Ес.

Степень заполнения валентной зоны электронами зависит, прежде всего, от химической природы атомов из которых состоит кристалл.

В изолированном атоме выше валентного уровня находятся уровни энергий, на которых хотя и нет электронов, но они могут там находиться при возбуждении атома (если атом получит энергию). Точно так же и в кристалле: выше валентной зоны имеются полностью свободные от электронов зоны.

Самую нижнюю из незаполненных зон называют зоной проводимости. Минимальное значение энергии этой зоны (или её дно) равно Е.

Заполнение зоны проводимости может начаться, если электроны валентной зоны получат дополнительную энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера, равного ширине запрещенной зоны Ез = Е – Ес , лежащей между валентной зоной и зоной проводимости.

Электрические свойства кристаллов в основном зависят от заполнения электронами этих двух зон: зоны проводимости и валентной.

С учетом заполнения этих зон электронами возможны четыре типа зонных структур кристаллов (рис. 7).

Читайте также:
Лекция 3.5.1

Тип А. Валентная зона заполнена полностью, но запрещенная зона между валентной зоной и зоной проводимости отсутствует, то есть зоны перекрыты (рис. 7, а). В этом случае электроны беспрепятственно могут переходить из валентной зоны в свободную зону проводимости. Такой кристалл будет хорошо проводить электрический ток, и эго электропроводность слабо зависит от температуры. Этот случай соответствует металлам, состоящим из двухвалентных атомов.

Тип Б. Валентная зона заполнена не полностью (рис. 7, б). При приложении к такому кристаллу электрического поля, электроны получают от него энергию и могут переходить на более высокие энергетические уровни в соответствующей зоне. В зонах, лежащих ниже валентной, такой переход не возможен, так как в этих зонах все уровни полностью заполнены электронами. Валентная зона заполнена частично, и в ней переходы электронов будут происходить беспрепятственно, что обеспечивает прохождение электрического тока при любой температуре. Такие кристаллы относятся к проводникам, и этот случай реализуется, например для одновалентных металлов типа натрия.

У металлов этой группы валентная зона является и зоной проводимости.

а б в г

Рисунок 7 – Деление твердых тел на: а и б – проводники; в – диэлектрик; г – полупроводник без примеси; Т = 0 К; 1 – зона проводимости; 2 – запрещенная зона, 3 – заполненная или валентная зона

Тип В. Валентная зона заполнена электронами полностью и не перекрыта со свободной зоной проводимости (рис. 7, в). Перемещение электронов под действием электрического поля не может происходить, пока каким-либо способом не будет переведена часть электронов из валентной зоны в зону проводимости, преодолев запрещенную зону. Такие кристаллы принято относить к диэлектрикам. Условно принято считать, что кристаллы такого типа будут диэлектриками, если ширина запрещенной зоны Ез = E – Ec > 2эВ.

Тип Г. Этот случай (рис. 7, г) отличается от типа В только шириной запрещенной зоны. Если ширина запрещенной зоны меньше 2 эВ, то при температурах порядка Т = 300 К часть электронов за счет теплового движения переходят в свободную зону проводимости и под действием электрического поля могут перемещаться в кристалле. Этот случай описывает кристаллы, электропроводность которых повышается при увеличении температуры. Такие кристаллы принято называть полупроводниками.

Операционные системы копия 1

  • Современные операционные системы, Э. Таненбаум, 2002, СПб, Питер, 1040 стр., (в djvu 10.1Мбайт) подробнее>>
  • Сетевые операционные системы Н. А. Олифер, В. Г. Олифер (в zip архиве 1.1Мбайт)
  • Сетевые операционные системы Н. А. Олифер, В. Г. Олифер, 2001, СПб, Питер, 544 стр., (в djvu 6.3Мбайт) подробнее>>

Требования к хранению информации:

возможность хранения больших объемов данных

информация должна сохраняться после прекращения работы процесса

несколько процессов должны иметь одновременный доступ к информации

2.1.1 Именование файлов

Длина имени файла зависит от ОС, может быть от 8 (MS-DOS) до 255 (Windows, LINUX) символов.

ОС могут различать прописные и строчные символы. Например, WINDOWS и windows для MS-DOS одно и тоже, но для UNIX это разные файлы.

Во многих ОС имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой, например windows.exe. Часть после точки называют расширением файла. По нему система различает тип файла.

У MS-DOS расширение составляет 3 символа. По нему система различает тип файла, а также можно его исполнять или нет.

У UNIX расширение ограничено размером имени файла в 255 символов, также у UNIX может быть несколько расширений, но расширениями пользуются больше прикладные программы, а не ОС. По расширению UNIX не может определить исполняемый это файл или нет.

2.1.2 Структура файла

Три основные структуры файлов:

Последовательность байтов – ОС не интересуется содержимым файла, она видит только байты. Основное преимущество такой системы, это гибкость использования. Используются в Windows и UNIX.

Последовательность записей – записей фиксированной длины (например, перфокарта), считываются последовательно. Сейчас не используются.

Дерево записей – каждая запись имеет ключ, записи считываются по ключу. Основное преимущество такой системы, это скорость поиска. Пока еще используется на мэйнфреймах.

Три типа структур файла.

2.1.3 Типы файлов

Основные типы файлов:

Регулярные – содержат информацию пользователя. Используются в Windows и UNIX.

Каталоги – системные файлы, обеспечивающие поддержку структуры файловой системы. Используются в Windows и UNIX.

Символьные – для моделирования ввода-вывода. Используются только в UNIX.

Блочные – для моделирования дисков. Используются только в UNIX.

Основные типы регулярных файлов:

ASCII файлы – состоят из текстовых строк. Каждая строка завершается возвратом каретки (Windows), символом перевода строки (UNIX) и используются оба варианта (MS-DOS). Поэтому если открыть текстовый файл, написанный в UNIX, в Windows, то все строки сольются в одну большую строку, но под MS-DOS они не сольются (это достаточно частая ситуация). Основные преимущества ASCII файлов:
– могут отображаться на экране, и выводится на принтер без преобразований
– могут редактироваться почти любым редактором

Двоичные файлы – остальные файлы (не ASCII). Как правило, имеют внутреннею структуру.

Основные типы двоичных файлов:

Исполняемые – программы, их может обрабатывать сама операционная система, хотя они записаны в виде последовательности байт.

Читайте также:
Лекция 6.3

Неисполняемые – все остальные.

Примеры исполняемого и не исполняемого файла

«Магическое число» – идентифицирующее файл как исполняющий.

2.1.4 Доступ к файлам

Основные виды доступа к файлам:

Последовательный – байты читаются по порядку. Использовались, когда были магнитные ленты.

Произвольный – файл можно читать с произвольной точки. Основное преимущество возникает, когда используются большие файлы (например, баз данных) и надо считать только часть данных из файла. Все современные ОС используют этот доступ.

2.1.5 Атрибуты файла

Основные атрибуты файла:

Защита – кто, и каким образом может получить доступ к файлу (пользователи, группы, чтение/запись). Используются в Windows и UNIX.

Пароль – пароль к файлу

Создатель – кто создал файл

Владелец – текущий владелец файла

Флаг “только чтение” – 0 – для чтения/записи, 1 – только для чтения. Используются в Windows.

Флаг “скрытый” – 0 – виден, 1 – невиден в перечне файлов каталога (по умолчанию). Используются в Windows.

Флаг “системный” – 0 – нормальный, 1 – системный. Используются в Windows.

Флаг “архивный” – готов или нет для архивации (не путать сжатием). Используются в Windows.

Флаг “сжатый” – файл сжимается (подобие zip архивов). Используются в Windows.

Флаг “шифрованный” – используется алгоритм шифрования. Если кто-то попытается прочесть файл, не имеющий на это прав, он не сможет его прочесть. Используются в Windows.

Флаг ASCII/двоичный – 0 – ASCII, 1 – двоичный

Флаг произвольного доступа – 0 – только последовательный, 1 – произвольный доступ

Флаг “временный” – 0 – нормальный, 1 – для удаления файла по окончании работы процесса

Флаг блокировки – блокировка доступа к файлу. Если он занят для редактирования.

Время создания – дата и время создания. Используются UNIX.

Время последнего доступа – дата и время последнего доступа

Время последнего изменения – дата и время последнего изменения. Используются в Windows и UNIX.

Текущий размер – размер файла. Используются в Windows и UNIX.

2.1.6 Операции с файлами

Основные системные вызовы для работы с файлами:

Create – создание файла без данных.

Delete – удаление файла.

Open – открытие файла.

Close – закрытие файла.

Read – чтение из файла, с текущей позиции файла.

Write – запись в файл, в текущею позицию файла.

Append – добавление в конец файла.

Seek – устанавливает файловый указатель в определенную позицию в файле.

Get attributes – получение атрибутов файла.

Set attributes – установить атрибутов файла.

Rename – переименование файла.

2.1.7 Файлы, отображаемые на адресное пространство памяти

Иногда удобно файл отобразить в памяти (не надо использовать системные вызовы ввода-вывода для работы с файлом), и работать с памятью, а потом записать измененный файл на диск.

При использовании страничной организации памяти, файл целиком не загружается, а загружаются только необходимые страницы.

При использовании сегментной организации памяти, файл загружают в отдельный сегмент.

Пример копирования файла через отображение в памяти.

Создается сегмент для файла 1

Файл отображается в памяти

Создается сегмент для файла 2

Сегмент 1 копируется в сегмент 2

Сегмент 2 сохраняется на диске

Недостатки этого метода:

Тяжело определить длину выходного файла

Если один процесс отобразил файл в памяти и изменил его, но файл еще не сохранен, второй процесс откроет это же файл, и будет работать с устаревшим файлом.

Файл может оказаться большим, больше сегмента или виртуального пространства.

2.2 Каталоги

2.2.1 Одноуровневые каталоговые системы

В этой системе все файлы содержатся в одном каталоге.

Однокаталоговая система, содержащая четыре файла, файлов А два, но разных владельцев

Возможность быстро найти файл, не надо лазить по каталогам

Различные пользователи могут создать файлы с одинаковыми именами.

2.2.2 Двухуровневые каталоговые системы

Для каждого пользователя создается свой собственный каталог.

Двухуровневая каталоговая система

Пользователь, при входе в систему, попадает в свой каталог и работает только с ним. Это делает проблематичным использование системных файлов.

Эту проблему можно решить созданием системного каталога, с общим доступом.

Если у одного пользователя много файлов, то у него тоже может возникнуть необходимость в файлах с одинаковыми именами.

2.2.3 Иерархические каталоговые системы

Каждый пользователь может создавать столько каталогов, сколько ему нужно.

Иерархическая каталоговая система

Почти все современные универсальные ОС, организованы таким образом. Специализированным ОС это может быть не нужным.

2.2.4 Имя пути

Для организации дерева каталогов нужен некоторый способ указания файла.

Два основных метода указания файла:

абсолютное имя пути – указывает путь от корневого каталога, например:
– для Windows usrastmailbox
– для UNIX /usr/ast/mailbox
– для MULTICS >usr>ast>mailbox

относительное имя пути – путь указывается от текущего каталога (рабочего каталога), например:
– если текущий каталог /usr/, то абсолютный путь /usr/ast/mailbox перепишется в ast/mailbox
– если текущий каталог /usr/ast/, то абсолютный путь /usr/ast/mailbox перепишется в mailbox
– если текущий каталог /var/log/, то абсолютный путь /usr/ast/mailbox перепишется в ../../usr/ast/mailbox

./ – означает текущий каталог

../ – означает родительский каталог

2.2.5 Операции с каталогами

Основные системные вызовы для работы с каталогами:

Create – создать каталог

Delete – удалить каталог

OpenDir – закрыть каталог

Читайте также:
Лекция 3.1

CloseDir – закрыть каталог

ReadDir – прочитать следующий элемент открытого каталога

Rename – переименование каталога

Link – создание жесткой ссылки, позволяет файлу присутствовать сразу в нескольких каталогах.

Лекция 2.1

«1С: Предприятие 8.3 – универсальная программная система нового поколения. Она представляет собой совокупность двух взаимосвязанных частей: технологической платформы и типовой конфигурации.

Технологическая платформа – это «движок» (или «ядро») программного продукта. Именно она обеспечивает работу программы, ввод, хранение и обработку информации.

Конфигурация «1С: Бухгалтерия 8.3» – это готовое решение, где реализована методология ведения бухгалтерского учета.

Конфигурация «1С: Бухгалтерия 8.3» предназначена для автоматизации бухгалтерского и налогового учета, а также для составления регламентированной отчетности в электронном и бумажном виде.

Существует два режима входа в программу:

Режим «1С: Предприятие» используется для обработки данных предметной области. После запуска программы в этом режиме можно вводить документы, выполнять различные расчеты, формировать отчеты.

Режим «Конфигуратор» используется для изменений конфигурации.

Все программы на одном компьютере или в одной сети системы «1С: Предприятие 8.3» могут поддерживать ведение учёта нескольких предприятий (при условии создания разных информационных баз).

Порядок работы с конфигурацией 1С: Бухгалтерия 8.3

1. Информацонная база хранится в папке Моя бухгалтерия, которая вложена в папку студента.

2. Запустить программу 1С: Предприятие и загрузить в окно программы свою информационную базу.

3.Открыть базу в режиме 1С: Предприятие.

Интерфейс программы 1С: Бухгалтеря 8.3

1.Строка меню. Содержит все основные команды по организации работы в программе, настройке и управлению интерфейсом программы.

2. Панель инструментов. Содержит стандартные инструменты и специализированные команды.

3. Рабочий стол. Основная часть окна, в которой ведется работа с объектами базы.

4. Закладки (разделы), которые позволяют работать с отдельными подсистемаи программы.

5. Ссыки соответствующей поддсистемы на открытие документов и запуск задач.

6. Ссылки соответствующей поддсистемы на открытие справочников и журналов.

7. Строка состояния. Распологается внизу окна и появляется во время предупреждений или ошибок при работе пользователя.

Основные объекты конфигурации «1С: Бухгалтерия 8.3»: константы, справочники, документы, журналы, регистры, отчеты, планы счетов.

Константы – это постоянная информация, которая записывается в программе в специальной форме. Значения констант меняются достаточно редко.

Примеры констант: «Название организации», “Подразделения организации”, “Единцы измерения”, “Наименование должностей” и др..

Справочники– это одноуровневые или многоуровневые списки, каждый элемент которых, как правило, является отдельным объектом аналитики. Данные из справочников используются при заполнении первичных документов и выбираются в качестве субконто в проводках.

Справочники предназначены для хранения информации, которая будет использована в других объектах 1С – документах, отчетах. Таким образом учет в 1С ведется в разрезе (по) справочников.
Информация, которая хранится в справочниках называют Нормативно-справочной информацией.

Список всех справочников можно вызвать на экран командой меню Операции — Справочники

Справочники бывают двух видов:

В простых справочниках каждый объект предствле отдельной записью.
Например справочники: “Организации”, “Банковские счета”, “Валюты”, “Ставки НДС” и др.

Иерархические справочники предназначены для ввода, хранения получения условно-постоянной информации, структурированной в виде дерева. То есть в иерархических справочниках могут создаваться для удобства папки, в котоых будут хранится записи объектов справочников.

Примеры иерархических справочников: “Банки”, “Контрагенты”, “Номенклатура”, “Сотрудники организации” и др.

Документы – это, в основном, электронные аналоги печатных документов, которые отражают ту или иную хозяйственную операцию. Некоторые документы в программе не имеют бумажных аналогов и служат только для формирования проводок или движения регистров. Например, регламентный документ «Закрытие месяца». Примеры документов: “Приходный кассовый ордер”, “Авансовый отчет”, “Банковская выписка”, “Счет-фактура” и др.

Для отражения хозяйственных операций можно использовать не только документы, но и ручные операции. В этом: случае пользователь сам определяет счета дебета, кредита и всю соответствующую аналитику по ним. Сформированные документы и ручные операции хранятся в Журналах документов и Журнале операций . Журналы представляют собой списки, в которых могут находиться документы одного или разных видов.

Регистры– это хранители информации, которые формируются документами или ручным образом. Форма хранения информации – табличная. Пользователи могут просматривать регистры, а в отдельные регистры вносить изменения.
Данные из регистров используются для формирования программой различных отчетов.

Отчёты. Просмотреть любую итоговую информацию можно с помощью Отчетов. В конфигурации «1С: Бухгалтерия 8.3» большое количество отчетов: стандартные бухгалтерские и налоговые, специализированные, регламентированные. Отчеты перед формированием можно настроить. В зависимости от настроек вид отчета меняется.

Основные виды отчетов:

– Оборотно-сальдовая ведомость

– Оборотно-сальдовая ведомость по счету

– Анализ счета

– Карточка счета

План счетов – многоуровневый иерархический список счетов и субсчетов, на которых накапливается информация о деятельности предприятия. В «1С: Бухгалтерия 8.3» можно вести несколько планов счетов, в типовой конфигурации два плана счетов: бухгалтерский и налоговый. Гибкая система настройки Планов счетов позволяет отразить особенности деятельности любого предприятия.

Лекция 1.2.1. Зонная теория твердого тела

Полупроводниковые материалы

Из курса атомной физики и квантовой механики известно поведение электронов в отдельно взятом атоме. Электроны в таком атоме могут обладать только определенной энергией или могут находиться только на определенных дозволенных энергетических уровнях. Энергетический спектр электронов приобретает дискретный характер, как это показано на рис. 5.

Читайте также:
Лекция 2.4

На каждом энергетическом уровне, согласно принципу Паули, может находиться не более двух электронов, отличающихся спиновым квантовым числом. Схема энергетических уровней не зависит от того, заполнены они электронами или нет. Переходы электрона с одного энергетического уровня на другой связаны с поглощением или излучением энергии.

Возникает вопрос, как изменяются энергетические уровни электронов в атоме, если отдельные атомы приближать друг к другу, т. е. конденсировать в твердую фазу.

Рассмотрим качественную сторону поставлен­ного вопроса. В изолированном атоме существу­ют силы притяжения ядром атома всех своих электронов и сила отталкивания между электронами.

В кристалле из-за близкого расстояния между атомами возникают новые силы. Это силы взаимодействия между ядрами и электронами, принадлежащими разным атомам и между всеми ядрами и электронами.

Под влиянием этих дополнительных сил энергетические уровни электронов в каждом атоме кристалла каким-то образом должны измениться. Одни уровни понизятся, другие – повысятся на шкале энергий. В этом состоит первое следствие сближения атомов. Второе следствие связано с тем, что электронные оболочки атомов, в особенности внешние, могут не только соприкасаться друг с другом, но и способны перекрыться.

В результате этого электрон с одного уровня на каком-либо из атомов может перейти на уровень в соседнем атоме без затрат энергии и, таким образом, свободно перемещаться от одного атома к другому. В связи с этим нельзя утверждать, что данный электрон принадлежит какому-нибудь одному определенному атому, наоборот, электрон в такой ситуации принадлежит всем атомам кристаллической решетки одновременно. Иными словами происходит «обобществление» электронов. Такие «обобществленные » электроны обычно называют свободными, а их совокупность – электронным газом или электронами проводимости. Разумеется, что полное обобществление происходит лишь с теми электронами, которые находятся на внешних – валентных электронных оболочках. Чем ближе электрон находится к ядру атома, тем сильней ядро удерживает электрон на этом уровне и препятствует перемещению электронов от одного атома к другому.

Совокупность рассмотренных следствий сближения атомов приводит к расщеплению уровней атома, независимо от того находятся на этом уровне электроны или нет. На энергетической шкале вместо отдельных уровней появляется ряд подуровней или энергетических зон, то есть областей таких значений энергий, которыми может обладать электрон, находясь в пределах твердого тела.

Таким образом, различие между кристаллом и отдельным атомом состоит в следующем. В то время как в изолированном атоме данный энергетический уровень Е(n,l) является единственным, в кристалле, состоящем из N атомов он повторяется N раз. Иначе говоря, каждый уровень изолированного атома в кристалле, расщепляется на N близко расположенных друг от друга подуровней, образующих энергетическую зону (рис. 6). Энергетические зоны, разделенные интервалами энергий DЕз и не принимающие электроны, называются запрещенными зонами. С ростом энергии ширина запрещенной зоны уменьшается, так как имеет место сильное расщепление высокорасположенных атом­ных уровней.

Рисунок 6 – Энергетический спектр электронов в кристалле

Расстояние между подуровнями в зоне кристалла очень мало. В кристалле объемом 1 м 3 содержится N = 10 28 атомов. При ширине зоны порядка 1эВ расстояние между подуровнями в ней порядка 10 -28 эВ. Тем не менее, из-за того, что число уровней в зоне конечно, наличие подуровней играет важную роль в определении характера распределения электронов по состояниям. В нейтральном изолированном атоме все нижние уровни вплоть до валентного уровня заполнены электронами полностью, а уровни выше валентного свободные.

В кристалле зоны, произошедшие от нижних уровней, также полностью заполнены электронами, и только зона, произошедшая от валентного уровня, может оказаться в ряде случаев, заполнена не полностью. Зону, произошедшую от валентных уровней атомов, образующих кристалл, называют валентной зоной. Наибольшее значение энергии этой зоны (или её вершина) равно Ес.

Степень заполнения валентной зоны электронами зависит, прежде всего, от химической природы атомов из которых состоит кристалл.

В изолированном атоме выше валентного уровня находятся уровни энергий, на которых хотя и нет электронов, но они могут там находиться при возбуждении атома (если атом получит энергию). Точно так же и в кристалле: выше валентной зоны имеются полностью свободные от электронов зоны.

Самую нижнюю из незаполненных зон называют зоной проводимости. Минимальное значение энергии этой зоны (или её дно) равно Еn.

Заполнение зоны проводимости может начаться, если электроны валентной зоны получат дополнительную энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера, равного ширине запрещенной зоны DЕз = Еn – Ес , лежащей между валентной зоной и зоной проводимости.

Электрические свойства кристаллов в основном зависят от заполнения электронами этих двух зон: зоны проводимости и валентной.

С учетом заполнения этих зон электронами возможны четыре типа зонных структур кристаллов (рис. 7).

Тип А. Валентная зона заполнена полностью, но запрещенная зона между валентной зоной и зоной проводимости отсутствует, то есть зоны перекрыты (рис. 7, а). В этом случае электроны беспрепятственно могут переходить из валентной зоны в свободную зону проводимости. Такой кристалл будет хорошо проводить электрический ток, и эго электропроводность слабо зависит от температуры. Этот случай соответствует металлам, состоящим из двухвалентных атомов.

Читайте также:
Лекция 2.6

Тип Б. Валентная зона заполнена не полностью (рис. 7, б). При приложении к такому кристаллу электрического поля, электроны получают от него энергию и могут переходить на более высокие энергетические уровни в соответствующей зоне. В зонах, лежащих ниже валентной, такой переход не возможен, так как в этих зонах все уровни полностью заполнены электронами. Валентная зона заполнена частично, и в ней переходы электронов будут происходить беспрепятственно, что обеспечивает прохождение электрического тока при любой температуре. Такие кристаллы относятся к проводникам, и этот случай реализуется, например для одновалентных металлов типа натрия.

У металлов этой группы валентная зона является и зоной проводимости.

Рисунок 7 – Деление твердых тел на: а и б – проводники; в – диэлектрик;
г – полупроводник без примеси; Т = 0 К; 1 – зона проводимости;
2 – запрещенная зона, 3 – заполненная или валентная зона

Тип В. Валентная зона заполнена электронами полностью и не перекрыта со свободной зоной проводимости (рис. 7, в). Перемещение электронов под действием электрического поля не может происходить, пока каким-либо способом не будет переведена часть электронов из валентной зоны в зону проводимости, преодолев запрещенную зону. Такие кристаллы принято относить к диэлектрикам. Условно принято считать, что кристаллы такого типа будут диэлектриками, если ширина запрещенной зоны DЕз = En – Ec > 2эВ.

Тип Г. Этот случай (рис. 7, г) отличается от типа В только шириной запрещенной зоны. Если ширина запрещенной зоны меньше 2 эВ, то при температурах порядка Т = 300 К часть электронов за счет теплового движения переходят в свободную зону проводимости и под действием электрического поля могут перемещаться в кристалле. Этот случай описывает кристаллы, электропроводность которых повышается при увеличении температуры. Такие кристаллы принято называть полупроводниками.

| следующая лекция ==>
Лекция 1.1.4. Неметаллические проводники | Лекция 1.2.2. Контактные явления в полупроводниках

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Типы программ дистанционного образования

Учебные заведения, предлагающие программы дистанционного образования можно разделить на три категории:

“Натуральные” дистанционные университеты. Например, в США, таких учебных заведений, предлагающих программы обучения на степень бакалавра и магистра не слишком много. Приличные учебные заведения имеют необходимую аккредитацию. В тоже время, существуют и не аккредитованные программы, поэтому важно узнать – какую аккредитацию имеет конкретная интересующая вас программа.

Провайдеры корпоративных тренингов и/или курсов повышения квалификации. Эти организации проводят тренинги, программы, ведущие к получения сертификата и прочие образовательные программы, предназначенные для развития каких-либо профессиональных навыков. Это, как правило, программы, формируемые в соответствие с индивидуальными требованиями клиентов. Таким образом, данный тип учебных заведений предлагает сильно отличающиеся по качеству программы.

Традиционные университеты, предлагающие онлайновое обучение. Многие традиционные университеты и колледжи в последнее время стали предлагать свои программы в онлайновом режиме, расширяя, таким образом, перечень предлагаемых программ обучения. К сожалению, очень немногие традиционные университеты и колледжи предлагают полные и целостные онлайновые варианты своих программ.

Характеристика дистанционного образования

Существуют три основные характеристики качественной программы дистанционного образования для взрослых студентов:

1. Структура курса. Качественная программа дистанционного образования не просто копирует программу лекций, предоставляя возможность прочитать их на экране компьютера. Курс должен быть тщательно организован таким образом, чтобы целенаправленно вовлекать студента. При этом, многие учащиеся начинают чувствовать, что они больше вовлечены в процесс обучения, чем они когда либо были вовлечены, обучаясь очно. Структура курса должна предоставлять большие возможности управлять процессом обучения, чем это было бы возможно при дневной форме обучения. Курс должен быть сконцентрирован на учащемся, позволяя студенту устанавливать содержание курса согласно его личным потребностям и задачам.

2. Средства и способы коммуникации. Программа дистанционного образования может предполагать целый набор способов доставки информации, включая обычную почту, телефон и факс, Интернет, электронную почту, интерактивное телевидение, телеконференции, а также аудио и видео конференции. Способы связи должны максимально соответствовать стилю обучения. Курсы обучения могут быть синхронными или асинхронными. Синхронные курсы требуют одновременного участия преподавателей и студентов и их взаимодействия в реальном времени. Средства доставки информации в этом случае включают интерактивное телевидение и видеоконференции. Асинхронные способы, в противоположность синхронным, отличаются большой гибкостью и дают возможность студенту выбирать удобное для него время работы над материалом курса. Программы, использующие асинхронные способы взаимодействия предполагают использование Интернета, электронной почты, видеокассет и обычной почты.

3. Поддержка и контакт со студентами. В противоположность представлениям многих, студенты, обучающиеся по хорошей программе дистанционного образования не должны чувствовать себя изолированными друг от друга. Качественная программа подразумевает множество способов и приемов для создания настоящей атмосферы взаимодействия. Выбирая программу дистанционного образования, спросите, каким образом студенты получают помощь и поддержку от своих инструкторов. Должна существовать онлайновая поддержка чатов и форумов, онлайновые информационные доски, онлайновые магазины и другие средства консультирования и поддержки студентов.

Основные характеристики дистанционного обучения:

1. Детальное планирование деятельности обучаемого (постановка задач, целей, разработка учебных материалов).

Читайте также:
Лекция 1.3.2

2. Интерактивность (между обучаемым и преподавателем, между обучаемым и учебным материалом, групповое обучение).

3. Мотивация (организация самостоятельной познавательной деятельности)

4. Модульная структура дистанционного обучения (обучаемый должен иметь возможность четко осознавать свое продвижение от модуля к модулю).

Модели ДО

I модель. Обучение по типу экстерната. Обучение, ориентированное на школьные или вузовские экзаменационные требования, предназначается для учащихся и студентов, которые по каким-то причинам не могут посещать очные заведения. Это фактически заочная форма обучения экстерном.

II модель. Университетское обучение . Система обучения студентов, которые обучаются не очно, а на расстоянии, заочно или дистанционно, на основе новых информационных технологий, включая компьютерные телекоммуникации. Студентам предлагаются помимо печатных пособий аудио- и видеокассеты, CD-диски разработанные ведущими преподавателями конкретных университетов.

III модель. Обучение, основанное на сотрудничестве нескольких учебных заведений . Сотрудничество нескольких образовательных организаций в подготовке программ нескольких образовательных организаций в подготовке программ заочного/дистанционного обучения позволяет сделать их более профессионально качественными и менее дорогостоящими.

IV модель. Обучение в специализированных образовательных учреждениях. Специально созданные для целей заочного и дистанционного обучения образовательные учреждения ориентированы на разработку мультимедийных курсов. В их компетенцию входит также и оценка знаний и аттестация обучаемых.

V модель. Автономные обучающие системы . Обучение в рамках подобных систем ведется целиком посредством телевидения или радиопрограмм, CD-ROM-дисков, а также дополнительных печатных пособий.

VI модель. Неформальное, интегрированное обучение на основе мультимедийных программ . Это программы самообразования. Они ориентированы на обучение взрослой аудитории – тех людей, которые не смогли закончить школу. Подобные проекты могут быть частью официальной образовательной программы, или специально ориентированы на определенную образовательную цель, или нацелены на профилактические программы здоровья.

Основные цели моделей дистанционного образования:

1. Дать возможность обучаемым совершенствовать, пополнять свои знания в различных областях в рамках действующих образовательных программ.

2. Получить аттестат об образовании, ту или иную квалификационную степень на основе результатов соответствующих экзаменов (экстернат).

3. Дать качественное образование по различным направлениям школьных и вузовских программ.

Составляющие дистанционного образования

Любое обучение требует определенной организационно-информационной поддержки. Составляющими дистанционного образования являются:

1. Учебный центр (учебное заведение), осуществляющий необходимые функции организационной поддержки, также именуемый как провайдер дистанционного обучения;

2. Информационные ресурсы — учебные курсы, справочные, методические и другие материалы;

3. Средства обеспечения технологии дистанционного обучения (организаци­онные, технические, программные и др.);

4. Преподаватели-консультанты, курирующие дистанционные курсы, име­нуемые тьюторами;

5. Обучающиеся, по-прежнему называемые студентами.

Для организации и правильного функционирования системы дистанцион­ного образования необходимо выполнять следующие основные функции:

– поддержка учебных курсов;

– доставка учебного материала студентам;

– поддержка справочных материалов (библиотека);

– организация общения студентов (коллективные формы обучения).

Дистанционные технологии

Анализируя существующие системы дистанционного обучения, можно прийти к выводу, что для поддержки дистанционного обучения используют­ся следующие технологии: кейс-технология, TV-технология и сетевые тех­нологии. Рассмотрим их особенности.

При кейс-технологии учебно-методические материалы комплектуются в спе­циальный набор (кейс). Этот набор пересылается учащемуся для самостоя­тельного изучения. Общение с преподавателями-консультантами осуществ­ляется в созданных для этих целей региональных учебных центрах. Считается, что при достаточной мотивации обучаемый в состоянии самостоятельно изучить и освоить значительный объем материала по широкому кругу дисциплин, если такое обучение подкреплено содержательным кейсом.

С 40-х годов начинаются эксперименты по использованию отличных от почты средств доставки учебного материала — радио, магнитофонные лен­ты, телевидение. Процесс обучения дополняется не­прерывным процессом самообразования с использованием записанных на те или иные носители или транслируемых по радио и телевидению лекций. TV-технология, как следует из ее названия, основана на использовании те­левизионных лекций.

К сетевым технологиям относится интернет-технология и технологии, ис­пользующие возможности локальных и глобальных вычислительных сетей. В интернет-технологии “Всемирная паутина” используется для обеспечения учащихся учебно-методическим материалом, а также для интерактивного взаимодействия между преподавателем и обучаемыми. Возможность связи “многих-со-многими” является принципи­альным отличием интернет-технологии от иных технологий дистанционного обучения.

В России развитие рынка образовательных услуг в сфере дистанционного образования сдерживается относительной неразвитостью системы телеком­муникаций. В этих условиях учебные курсы, предполагающие доставку все­го объема учебно-методических материалов посредством каналов Интерне­та, изначально обречены на весьма ограниченное использование.

Кроме того, получение большого объема учебно-методических материалов по каналам Интернета обходится обучаемому значительно дороже, чем при обычной почтовой рассылке. Для распространения больших объемов ин­формации традиционно используются компакт-диски. Большая информа­ционная емкость компакт-дисков (около 700 Мбайт) в сочетании с просто­той и дешевизной тиражирования делает весьма эффективной рассылку учебно-методических материалов на таких носите­лях посредством обычной почты.

Сегодня, бесспорно, самым современным и перспективным средством тех­нологической поддержки дистанционного обучения являются интернет-тех­нологии. Однако, говоря о дистанционном образовании как об эффективной системе, интернет-технологии целесообразно рассматривать в сочетании с CD – ROM -технологиями. Содержательная часть курса ( content ) может и должна поставляться на компакт-дисках, что обеспечивает дешевизну и независимость от каналов связи. А Интернет целесообразно использовать в ДО для обновления информации, тестирования и общения с обучаемыми. Описанный подход составляет основу Web – CD -технологии .

Процесс разработки дистанционных курсов (ДК)

Сам процесс разработки дистанционного курса можно разделить на две составляющих: разработка учебно-методического наполнения и дизайн курса. На первом этапе проводится структурирование текстов, логическое построение их частей, проектирование структуры понятийного аппарата и инструментальной части курса – контроля, обсуждений и тому подобное. Очень важно при этом планирование гипертекстовой структуры курса, то есть системы ссылок и переходов между понятиями, содержательной и инструментальной компонентами. После этого проводится создание и размещение материалов в электронном виде, формирование системы переходов и ссылок, реализация контроля, коммуникационных мероприятий и т.д.

Читайте также:
Лекция 4.6

Комплект учебно-методических материалов ДК должен разрабатываться соответственно принципам:

1. Программа дистанционного курса должна содержать цели как компоненты учебного процесса по данной дисциплине, формировать мотивации успешного изучения курса с помощью разъяснения его места и значения в системе обучения. Перечень тем в ДК целесообразно сопроводить указанием необходимого уровня усвоения материала.

2. Учебные материалы в цифровой форме с использованием гипертекста должны удовлетворять требованию простоты ориентации студентов при перемещении по ссылкам. В предисловии к учебным материалам необходимо объяснить условные обозначения ссылок и дать советы относительно рациональных приемов навигации.

3. ДК должен предусматривать общение студентов с преподавателем и между собой.

4. ДК не является электронной копией печатных учебников или простым компьютерным учебником. Информационно-коммуникационные технологии (не являясь самоцелью) могут и должны эффективно использоваться для достижения целей учебного процесса.

Процесс создания ДК курса требует от преподавателей-авторов знаний как в предметной области, для которой создается ДК, так и в области информационных технологий, что на практике чаще всего предполагает сотрудничество двух специалистов: преподавателя-практика, ответственного за содержание курса (автор курса), и методиста-консультанта, который владеет информационными технологиями (инженер по знаниям).

Существующая в настоящее время в мировой практике сеть открытого заочного и дистанционного обучения базируется на шести известных моделях, использующих различные традиционные средства и средства новых информационных технологий: телевидение, видеозапись, печатные пособия, компьютерные телекоммуникации.

Элементы дистанционного учебного курса

Составляющими дистанционного учебного курса являются:

Информационные ресурсы. Важнейшим компонентом дистанционного курса являются информационные ресурсы, т.к. в них сосредоточена содержатель­ная часть — контент (content). Контент включает:

□ учебный материал (конспекты лекций, демонстрационные материалы и т. п.);

□ дополнительные информационные материалы (комментарии преподава­теля, ответы на часто задаваемые вопросы и т. п.);

□ библиотеку ресурсов (рекомендованная литература, списки Web-ресурсов по теме курса и т. п.);

□ предметный и/или тематический словарь (глоссарий);

□ программу обучения (академический календарь); и т. д.

Средства общения. Средства общения обеспечивают процесс взаимодейст­вия обучаемого как с учебным центром, в частности с преподавателем, так и с другими обучающимися.

Один из важнейших вопросов — организация эффективных средств обще­ния, не только компенсирующих отсутствие непосредственного контакта преподавателей и студентов между собой, но и, по возможности, придаю­щих новые качества их общению.

Традиционно здесь выделяются электронная почта e-mail (особенно рас­сылки), доски объявлений, виртуальные конференции, видео- и аудио-трансляции, виртуальные семинары и обсуждения.

Базовые механизмы, за счет которых можно организовать эффективные средства общения, условно разделяют на асинхронные и синхронные, кото­рые получили название offline и online соответственно.

Асинхронные средства не требуют у обменивающихся сторон постоянного соединения. К таким средствам можно отнести: e-mail и построенные на основе e-mail автоматические рассылки (так называемые mail-lists), доски объявлений типа Bulletin Board System (BBS), offline-конференции типа “эхо” FidoNet и т. п. Необходимо отметить, что с развитием телекоммуника­ций роль таких средств снижается. Однако при традиционно низком каче­стве телекоммуникаций в России их использование — единственное, что позволяет сделать систему дистанционного обучения эффективной.

Синхронные средства предполагают одновременные согласованные действия сторон — один говорит, другой слушает в то же самое время.

Все рассматриваемые online-средства предполагают наличие прямого выхода в Интернет и базируются так или иначе на сервисах, существующих в сети Интернет. Наиболее эффективными являются online -конференции, позволяющие поддерживать множество различных форм общения в процессе ДО: семинары, обсуждения, обмен опытом, проведение научных конференций. К новым и многообещающим средствам относятся интернет-трансляции видео- и аудиоматериалов и интернет-телефония.

Система тестирования. Система тестирования должна обеспечивать текущий контроль знаний, а на завершающей стадии дать объективную оценку обу­чаемого, на основании которой происходит выдача дипломов, сертификатов и пр. Здесь очень важен вопрос о защите данных и средствах идентифика­ции и аутентификации обучаемого, не допускающих подмены и искажения результатов тестирования. Система тестирования включает:

– средства обработки результатов тестирования;

– график прохождения тестов.

Система администрирования. Система администрирования обеспечивает дос­туп к личному делу, доске объявлений администрации, интерактивным ан­кетам и пр.

Структура дистанционного учебного курса

Домашняя страница курса включает: описание курса; расписание.

Материалы курса:

• гипертекстовое оглавление курса;

• терминологический словарь ( Glossary );

• поиск по материалам учебника ( Search );

Средства взаимодействия:

• объявления — доступные всем студентам курса;

• персональный почтовый ящик;

• чат ( Chat ) — online -аудитория;

• доска для рисования ( Whiteboard ) — графический редактор типа Paint , содержимое окна которого оказывается доступным другим участникам online -аудитории;

• предварительное тестирование — самопроверка;

Персональные данные студента:

• указания для студента;

• статистика учебных занятий;

Отметим, что студенту учебные материалы предоставляются как гипертекстовые учебники, как и на CD – ROM для автономного изучения. Последнее обстоятельство позволяет передавать большие объемы мультимедийной информации наиболее дешевым и эф­фективным способом, не связанным с проблемами пропускной способности телекоммуникационных каналов. Важными элементами обучения являются система полнотекстового поиска по материалам учебных курсов, глоссарий, конспекты учебников и средства вывода необходимых разделов на печать. Среди средств online -общения нельзя не отметить “Доску для рисования” ( Whiteboard ) — развитый инструмент для обмена информацией с помощью графических изображений, создаваемых участниками дистанционного обу­чения в окне браузера подобно тому, как это может происходить у обычной доски при обсуждении того или иного вопроса на семинаре в процессе очного обучения.

Читайте также:
Лекция 5.2

Лекции по Информатике_1курс_посл.версия (Лекции за 1 курс)

Описание файла

Документ из архива “Лекции за 1 курс”, который расположен в категории “лекции и семинары”. Всё это находится в предмете “информатика” из первого семестра, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе “к экзамену/зачёту”, в предмете “информатика” в общих файлах.

Онлайн просмотр документа “Лекции по Информатике_1курс_посл.версия”

Текст из документа “Лекции по Информатике_1курс_посл.версия”

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н.Э. БАУМАНА

КАФЕДРА ИУ – 7

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭВМ

И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Курс лекций по дисциплине

ИНФОРМАТИКА

Москва, 2012

Оглавление

Глава 1. Лекция 1 2

1.1. Задачи учебной дисциплины 2

1.2. Основные понятия 2

1.3. Системы счисления 6

1.3.1. Двоичная, десятичная и шестнадцатеричная системы 7

1.3.2. Перевод целых чисел 8

1.3.3. Перевод дробных чисел 9

1.4. Логические основы ЭВМ 10

1.4.1. Логические операции 11

1.4.2. Логические функции 12

1.5. Классификация ЭВМ 13

1.5.1. По принципу действия 13

1.5.2. По назначению 13

1.5.3. По этапам создания 13

Глава 2. Лекция 2 16

2.1. Структурная схема ЭВМ. 16

2.2. Микропроцессор 17

2.3. Системная шина 20

2.4. Постоянное и оперативное ЗУ 21

Глава 3. Лекция 3 23

3.1. Внешние ЗУ 23

3.1.1. Магнитные носители 23

3.1.2. Оптические носители 24

3.1.3. Флэш-память 26

3.2. Видеоподсистема ЭВМ 26

3.2.1. Видеокарта 26

3.3. Контроллеры портов ввода-вывода 28

3.4. Периферийные устройства 29

3.4.1. Клавиатура 29

3.4.2. Манипулятор типа «мышь» 30

3.4.3. Принтеры 30

3.4.5. Сетевой адаптер 33

Глава 4. Лекция 4 35

4.1. Программное обеспечение ЭВМ 35

4.2. Классификация программного обеспечения 36

4.3. Операционные системы 38

4.4. Распределение ресурсов ЭВМ между процессами 40

4.5. Поддержание файловой системы 41

4.6. Обеспечение интерфейса пользователя 43

4.7. Драйверы устройств 45

Глава 5. Лекция 5 46

5.1. Понятие алгоритма 46

5.2. Алгоритмизация 47

5.3. Словесная запись алгоритмов 48

5.4. Схемы алгоритмов 48

5.5. Технология разработки алгоритмов 51

5.6. Разработка программы 52

5.7. Отладка и тестирование программы 53

Глава 6. Лекция 6 55

6.1. Вычислительные сети 55

6.2. Модель взаимодействия открытых систем 56

6.3. Сетевые протоколы 57

6.4. Топологии вычислительных сетей 58

6.5. Виды коммутации 59

6.6. Способы адресации ЭВМ в сети 60

6.7. Маршрутизация 61

Глава 7. Лекция 7 62

7.1. Глобальная сеть 62

7.2. Протоколы сети Интернет 62

7.3. Система адресации в Интернет 63

7.4. Службы сети Интернет 65

7.4.1. Электронная почта 65

7.4.2. Служба WWW 66

7.4.3. Служба передачи файлов 68

Глава 8. Лекция 8 69

8.1. Базы данных и СУБД 69

8.2. Свойства базы данных 69

8.4. Реляционная модель данных 70

8.5. Нормализация отношений 71

8.6. Типы связей 72

8.7. Операции над отношениями 73

Список дополнительной литературы 74

Глава 1.Лекция 1

1.1.Задачи учебной дисциплины

Информатика является базовой учебной дисциплиной, охватывающей сведения о технических, программных и алгоритмических средствах организации современных информационных систем и формирующей у обучаемого определенный кругозор, объем знаний, уровень алгоритмического мышления, а также практические навыки работы с конкретными программными системами.

Информатика – это наука и вид практической деятельности, связанные с процессами обработки информации с помощью вычислительной техники.

Термин информатика произошел от слияния двух французских слов Informacion (информация) и Automatique (автоматика) и дословно определял новую науку об «автоматичес,ой обработке информации». В англоязычных странах информатика называется Computer Science (наука о компьютерной технике).

Информатика представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации с помощью вычислительной техники и телекоммуникационных средств связи в различных сферах человеческой деятельности.

Основная задача информатики заключается в определении общих закономерностей процессов обработки информации: создания, передачи, хранения и использования в различных сферах человеческой деятельности. Прикладные задачи связаны с разработкой методов, необходимых для реализации информационных процессов с использованием технических средств.

1.2.Основные понятия

Обычно под информацией понимается совокупность сведений, расширяющая представление об объектах и явлениях окружающей среды, их свойствах, состоянии и взаимосвязях. Обмен информацией непрерывно происходит между людьми, между людьми и окружающим миром. Обмен информацией осуществляется посредством сообщений.

Сообщение – это форма представления информации для ее последующей передачи в одном из следующих видов:

– числовая форма, представленная цифрами;

– текстовая форма, представленная текстами, составленными из символов того или иного языка;

Читайте также:
Лекция 5.3

– кодовая форма, представленная кодами; например, кодами в двоичной системе счисления, кодами для сжатия или шифрования, кодами азбуки Морзе или азбуки для глухонемых и т. п.;

– графическая форма, представляющая изображения объектов;

– акустическая форма, представленная звуковыми сигналами;

– видео форма, представляющая телепередачи, видео- и кинофильмы в специальном формате.

При работе с информацией всегда имеются источник и потребитель информации. При этом необходимо различать термины «информация» и «данные».

Данные – это информация, представленная в некоторой форме (формализованном виде), что обеспечивает ее хранение, обработку и передачу.

Информации обладает следующими свойствами:

– запоминаемость, то есть способность воспринять информацию и хранить ее продолжительное время;

– передаваемость, то есть способность информации к копированию – восприятием ее другой системой без искажения;

– воспроизводимость характеризует неиссякаемость и неистощимость информации, то есть при копировании информация остается тождественной себе; свойство воспроизводимости не является базовым и тесно связано с передаваемостью;

– преобразуемость – это способность информации менять способ и форму своего существования.

Можно выделить три концепции информации, объясняющие ее сущность.

Первая концепция предложена американским ученым Клодом Шенноном и отражает количественно-информационный подход. Информация определяется как мера неопределенности события. Количество информации зависит от вероятности ее получения. Чем меньше вероятность получения сообщения, тем больше информации в нем содержится. Эта концепция получила широкое распространение в теории передачи и кодировании данных.

Вторая концепция рассматривает информацию как свойство (атрибут) материи. Информация создает представление о природе, структуре, упорядоченности и разнообразии материи. В рамках этой концепции информация не может существовать вне материи, а значит она существовала и будет существовать вечно, ее можно накапливать, хранить и перерабатывать.

Третья концепция основана на логико-семантическом подходе, при котором информация рассматривается как знание, которое используется для ориентировки, активного действия, управления или самоуправления.

Чтобы сообщение было передано от источника к потребителю, необходима некоторая среда – носитель информации. Примерами носителей информации являются воздух для передачи речи, лист бумаги и конверт – для отсылки текста письма. Сообщение передается с помощью сигналов. В общем случае, сигнал – это физический динамический процесс, так как его параметры изменяются во времени.

В случае, когда параметр сигнала принимает конечное число значений, и при этом все они могут быть пронумерованы, сигнал называется дискретным. Сообщение и информация, передаваемое с помощью таких сигналов, также называются дискретными. Примером дискретной информации являются текстовая информация, так как количество символов (букв) конечно и их можно рассматривать как уровни сигнала передачи сообщения.

Если параметр сигнала является непрерывной во времени функции, то сообщение и информация, передаваемая этими сигналами, называются непрерывные. Примером непрерывного сообщения является человеческая речь, передаваемая звуковой волной, с меняющейся частотой, фазой и амплитудой. Параметром сигнала в этом случае является давление, создаваемое этой волной в точке нахождения приемника – человеческого уха.

Непрерывное сообщение может быть представлено непрерывной функцией, заданной на некотором отрезке [а, b]. Дискретизация – это процесс преобразования непрерывного сигнала в дискретный сигнал с некоторой частотой. Для этого диапазон значений функции (ось ординат) разбивается на конечное количество отрезков равной ширины. Тогда дискретное значение определяется отрезком, в который попало значение функции, называемый шагом дискретизации. Чем меньше шаг дискретизации, тем ближе полученный дискретный к исходному непрерывному сигналу, а, следовательно, больше точность дискретизации.

Информация нуждается в измерении. На практике количество информации измеряется с точки зрения синтаксической адекватности. Исторически сложились два подхода к измерению информации: вероятностный и объемный. В 1940-х гг. К. Шеннон предложил вероятностный подход, а работы по созданию ЭВМ способствовали развитию объемного подхода.

Рассмотрим вероятностный подход к измерению количества информации в соответствии с первой концепцией информации.

Пусть система  может принимать одно из N состояний в каждый момент времени, причем каждое из состояний равновероятно. Например, в качестве системы могут выступать опыты с подбрасыванием монеты (N = 2) или бросанием игральной кости (N = 6).

Количество информации системы  вычисляется по формуле, предложенной Р. Хартли:

H = H() = log2 N = .

При N = 2 количество информации минимально и равна H = 1. Поэтому в качестве единицы информации принимается количество информации, связанное с двумя равновероятными состояниями системы, например: «орел» – «решка», «ложь» – «истина». Такая единица количества информации называется бит.

Введем понятие вероятности. Вероятность события A – это отношение числа случаев M, благоприятствующих событию A, к общему количеству случаев N:

Объем данных V в сообщении измеряется количеством символов (разрядов) в этом сообщении. В информатике в основном используется двоичная система счисления, то есть все числа представляются двумя цифрами: 0 и 1. Поэтому минимальной единицей измерения данных является бит. Таким образом, 1 бит – это либо 0, либо 1. Элемент, принимающий всего два значения, называется двухпозиционным и просто реализуется аппаратно, например, двумя состояниями «включено» – «выключено», «ток есть» – «ток отсутствует».

Более подробно о системах счисления будет рассказано в следующей главе.

Наряду с битом используется укрупненная единица измерения – байт, равная 8 бит.

Читайте также:
Лекция 1.2.2

Пример. Сообщение в двоичной системе счисления 10010010 имеет объем данных V = 8 бит. Этот объем данных представляется 1 байтом.

Для удобства использования введены и более крупные единицы объема данных:

1024 байт = 1 килобайт (Кбайт);

1024 Кбайт = 1 мегабайт (Мбайт) = 1024 2 байт = 1048576 байт;

1024 Мбайт = 1 гигабайт (Гбайт) = 1024 3 байт;

1024 Гбайт = 1 терабайт (Тбайт) = 1024 4 байт;

1024 Тбайт = 1 пентабайт (Пбайт) = 1024 5 байт.

Лекции на фвс 520-1 520-2 530 краткий электронный конспект по датам лекция 1 10 февраля

Лекции на ФВС, 520-1, 520-2, 530. Краткий электронный конспект по датам.

Лекция 1: 10 февраля

Глава 1. Неопределённый интеграл. §1. опр и свойства.

Определение первообразной, Свойства: 1. что F+C тоже перв. (ДОК-ТЬ), 2. что разность двух первообр = C. Определение неопр. интеграла. Свойства линейности.

§2. Осн. методы интегрирования.

2.1. подведение под знак дифференциала прим: , .

2.2. интегрирование по частям: ДОК-ТЬ формулу ,

2.3. преобразования подинтегрального выражения, прим: , , .

2.4. замена переменных, прим: , .

Лекция 2: 14 февраля

Циклические интегралы. прим. .

Вывод формулы для интегралов . Прим .

§3. инт-е рац. дробей. Про выделение целой части, сведение к правильной. Простейшие и их вычисл:

Общая ситуация 1) если все корни знам-ля разные, пример .

2) если есть кратные корни, прим .

Лекция 3: 17 февраля.

3) есть компл корни, прим .

§4. Интегрирование иррациональностей. , замена , тогда , .

Если корни разного порядка. , где . , все корни преобразуются в целые степени от , например: . Пример = = .

, замена , доказать как и выражается через целые степени от .

§5. Интегрирование тригонометрических функций. Частные случаи подстановок: при условиях : , , , .

Смысл всех этих подстановок: в результате их действия получается корень в чётной степени, так как тригонометрическая функция преобразуется к виду корня нечётной степени, и это делится или домножается ещё на корень из dx, в итоге в любом случае будет чётная степень корня. .

Универсальная тригонометрическая подстановка , , , , . Пример: .

Лекция 4: 21 февраля.

Интегрирование (с помощью тригонометрических функций) выражений, содержащих , , .

Доказать, что корень преобразуется в тригонометрическое выражение.

Глава 2. Определённый интеграл. §1. Определение. Свойства:

1. , 2. , 3. , 4. , 5. если то , 6. если то , 7. , 8. если то ,

9. сущ. такое , что 10. если f непрерывна то сущ. точка , что . §2. Методы вычислений. Теорема 1. является первообразной для . Теорема 2 о том, что непрерывна.

Лекция 5: 24 февраля.

Теорема 3. Ньютона-Лейбница. . Пример .

Вид формулы интегрирования по частям для опред. интеграла. Особенности замены переменной в определённом интеграле (пересчёт пределов интегрирования, не возвращаться к старой переменной).

Приложения к геометрии: Вычисление площадей. Пример с применением обратной функции для . Вычисление объёмов тел вращения. , доказательство этим методом формулы объёма шара (пример). Длина дуги кривой. Вывод формулы в декартовых координатах для явно заданной: . Пример – длина четверти окружности. Для параметрически заданной в плоскости и пространстве.

. В полярной системе координат: .

Лекция 6: 28 февраля.

§3. Несобственные интегралы.

Вводные примеры: , . Определения несобственных интегралов 1-го (неограниченная D(f)) и 2-го рода (неограниченная E(f)). Сходимость, расходимость.

Доказать, что несобственный интеграл 1-го рода сходится при , а несобственный интеграл 2-го рода сходится при .

Примеры: , . Свойства 1. сх-сть экв. сх-сти . 2. сх-сть и следует . Обратное неверно: сх-ся, хотя для каждого в разности расходится.

Теорема 1. сходится первообразная имеет конечный предел . (ДОК)

Теорема 2. сходится .(ДОК)

Теорема 3. Признак сравнения в конечной форме. Пример.

Теорема 4. Признак сравнения в предельной форме. Пример.

Определение абсолютной сходимости.

Док-ть что из абсолютной сх-сти следует обычная (по признаку сравнения).

Определение сходимости интеграла «в смысле главного значения». Пример.

Лекция 7: 3 марта.

Глава 3. Кратные интегралы §1. Определение, свойства, методы вычисления.

Определение (через разбиение области и предельный переход).

Кратные интегралы, двойные, тройные. Свойства. Вычисление двойных интегралов по прямоугольной и не-прямоугольной области. Геометрический смысл. Объём фигуры под поверхностью.

Сведение к повторным: интегрирование величин всех площадей криволинейных трапеций в сечениях по перпендикулярному направлению.

Замена порядка интегрирования.

Вычисление тройных интегралов.

Лекция 8: 7 марта.

§2. Замена переменных в кратном интеграле. Полярные, цилиндрические, сферические координаты.

Вывести формулы перехода к полярным координатам на плоскости: .

Геометрический смысл определителя Якоби, учёт искажений (деформаций). Чертёж:

Вычислить определитель Якоби

Пример: вычисление площади круга с помощью полярных координат.

Пример. , где D – круг радиуса 1.

Вывести формулы перехода к цилиндрическим координатам в пространстве: . Вычислить определитель Якоби

Вывести формулы перехода к сферическим координатам в пространстве:

Вычислить определитель Якоби .

Пример: вычисление объёма шара с переходом к сферическим координатам.

Лекция 9: 10 марта.

§3. Приложения кратных интегралов.

1. Вычисление площадей фигур.

2. Вычисление объёмов тел.

Алгоритм построения 3-мерного чертежа. Сначала выбираем те уравнения, которые не содержат Z, и строим проекцию на плоскость Oxy («вид сверху»), затем 3-мерный чертёж. Пример.

Задание кривых и поверхностей – явно, неявно, параметрически (общий вид и пример для окружности радиуса 1).

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: