Читайте также:
|
Состояние системы определяется уровнями.
Уровень – это количество массы, энергии, информации заключенное в переменной (блоке) или в системе в целом в данный момент времени.
Уровни не остаются постоянными, они претерпевают те или иные изменения. Скорость, с которой происходят эти изменения принято называть темпом.
Темпы определяют активность, интенсивность и скорость осуществления процессов преобразования, накопления, передачи и т.д. вещества, энергии, информации, протекающих внутри системы.
Темпы и уровни взаимосвязаны, но их взаимосвязь не однозначна. С одной стороны темпы порождают новые уровни, которые в свою очередь, оказывают влияние на темпы, т.е. регулируют их.
Так, например, процесс диффузии вещества определяет переход системы с уровня х 1 на уровень х 2 (движущая сила процесса массопереноса). В то же время скорость этого процесса (темп массопереноса), зависит от массы указанных уровней в соответствии с выражением:
где: а – коэффициент массопереноса.
Одной из важнейших характеристик состояния системы является обратная связь.
Обратная связь - это свойство системы (блока) реагировать на вызванное входным воздействием изменение одной или нескольких переменных, таким образом, что в результате процессов внутри системы это изменение вновь воздействует на ту же или те же переменные.
Обратная связь в зависимости от способа воздействия может быть прямой (когда обратное воздействие оказывается без участия переменных (блоков) – посредников) или контурной (когда обратное воздействие оказывается с участием переменных (блоков) – посредников) (рис.3).
Рис. 3. Принцип обратной связи
а – прямая обратная связь; б – контурная обратная связь.
В зависимости от воздействия на первичные изменения переменных в системе выделяются два вида обратной связи:
§ Отрицательная обратная связь, т.е. когда полученный извне импульс образует замкнутую цепь и вызывает затухание (стабилизацию) первоначального воздействия;
§ Положительная обратная связь, т.е. когда полученный извне импульс образует замкнутую цепь и вызывает усиление первоначального воздействия.
Отрицательная обратная связь представляет собой одну из форм саморегуляции, обеспечивающую динамическое равновесие в системе. Положительная обратная связь в природных системах проявляется обычно в виде относительно кратковременных всплесков саморазрушающей деятельности.
Преимущественно отрицательный характер обратной связи свидетельствует, что любое изменение в условиях окружающей среды приводит к изменению переменных системы и служит причиной перехода этой системы в новое равновесное состояние, отличное от первоначального. Этот процесс саморегуляции принято называть гомеостазом.
Способность системы восстанавливать равновесие определяется еще двумя характеристиками её состояния:
§ Устойчивость системы, т.е. характеристика, указывающая какой величине изменения внешнего воздействия (импульса воздействия) соответствует допустимое изменение переменных системы, при котором возможно восстановлено равновесия;
§ Стабильность системы, т.е. характеристика, определяющая максимально допустимое изменение переменных системы, при котором возможно восстановления равновесия.
Цель регуляции в системе формулируется в виде экстримального принципа (закон максимума потенциальной энергии): эволюция системы идет в сторону увеличения суммарного потока энергии через систему, а в стационарном состоянии достигается его максимально возможное значение (максимум потенциальной энергии).
Состояние. Понятием состояние обычно характеризуют мгновенную фотографию, «срез» системы, остановку в её развитии. Его определяют либо через входные воздействия и выходные сигналы (результаты), либо через свойства, параметры системы (например, давление, скорость, ускорение - для физических систем; производительность, себестоимость продукции, прибыль - для экономических систем).
Таким образом, состояние - это множество существенных свойств, которыми система обладает в данный момент времени.
Возможные состояния реальной системы образуют множество допустимых состояний системы.
Количество состояний (мощность множества состояний) может быть конечно, счетно (количество состояний измеряется дискретно, но их число бесконечно); мощности континуум (состояния изменяются непрерывно и число их бесконечно и несчетно).
Состояния можно описать через переменные состояния . Если переменные – дискретные, то количество состояний может быть либо конечным, либо счетным. Если переменные – аналоговые (непрерывные), тогда - мощности континуум.
Минимальное количество переменных, через которые может быть задано состояние, называется фазовым пространством . Изменение состояния системы отображается в фазовом пространстве фазовой траекторией .
Поведение. Если система способна переходить из одного состояния в другое (например, s 1 →s 2 →s 3 → ...), то говорят, что она обладает поведением. Этим понятием пользуются, когда неизвестны закономерности (правила) перехода из одного состояния в другое. Тогда говорят, что система обладает каким-то поведением и выясняют его характер.
Равновесие. Способность системы в отсутствии внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранять своё состояние сколь угодно долго. Это состояние называют состоянием равновесия.
Устойчивость. Способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних (а в системах с активными элементами – внутренних) возмущающих воздействий.
Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, называют устойчивым состоянием равновесия.
Развитие. Под развитием обычно понимают увеличение сложности какой-либо системы, улучшение приспособленности к внешним условиям. В результате возникает новое качество или состояние объекта.
Целесообразно выделять особый класс развивающихся (самоорганизующихся) систем, обладающих особыми свойствами и требующих использования специальных подходов к их моделированию.
Входы системы х i – это различные точки воздействия внешней среды на систему (рис. 1.3).
Входами системы могут быть информация, вещество, энергия и т.д., которые подлежат преобразованию.
Обобщённым входом (X ) называют некоторое (любое) состояние всех r входов системы, которое можно представить в виде вектора
X = (x 1 , x 2 , x 3 , …, x k , …, x r ).
Выходы системы y i – это различные точки воздействия системы на внешнюю среду (рис. 1.3).
Выход системы представляет собой результат преобразования информации, вещества и энергии.
Движение системы – это процесс последовательного изменения её состояния.
Рассмотрим зависимости состояний системы от функций (состояний) входов системы, её состояний (переходов) и выходов.
Состояние системы Z (t ) в любой момент времени t зависит от функции входов X (t ), а также от предшествующих её состояний в моменты (t – 1), (t – 2), …, т.е. от функций её состояний (переходов)
Z(t) = F c , (1)
где F c – функция состояния (переходов) системы.
Связь между функцией входа X(t ) и функцией выхода Y(t ) системы, без учёта предыдущих состояний, можно представить в виде
Y(t) = Fв [X (t )],
где F в – функция выходов системы.
Система с такой функцией выходов называется статической .
Если же выход системы зависит не только от функций входов X(t ), но и от функций состояний (переходов) Z(t – 1), Z (t – 2), ..., то
системы с такой функцией выходов называются динамическими (или системами с поведением).
В зависимости от математических свойств функций входов и выходов систем различают системы дискретные и непрерывные.
Для непрерывных систем выражения (1) и (2) выглядят как:
(4)
Уравнение (3) определяет состояние системы и называется уравнением состояний системы.
Уравнение (4) определяет наблюдаемый выход системы и называется уравнением наблюдений.
Функции F c (функция состояний системы) и F в (функция выходов) учитывают не только текущее состояние Z (t ), но и предыдущие состояния Z (t – 1), Z (t – 2), …, Z (t – v ) системы.
Предыдущие состояния являются параметром «памяти» системы. Следовательно, величина v характеризует объём (глубину) памяти системы.
Процессы системы – это совокупность последовательных изменений состояния системы для достижения цели. К процессам системы относятся:
– входной процесс;
– выходной процесс;
Молекулярно-кинетический подход. Молекулярная физика исходит из двух основных положений:
любое тело - твердое, жидкое или газообразное - состоит из обособленных частиц, которые мы называем молекулами (атомами, ионами и т. п.);
частицы всякого вещества находятся в беспорядочном хаотическом движении, которое в отсутствие внешних силовых воздействий не имеет какого-либо преимущественного направления. Это движение называют тепловым , так как его интенсивность определяет температуру вещества.
В первом пункте, в качестве частиц, из которых может состоять вещество, кроме электрически нейтральных атомов и молекул упомянуты электрически заряженные частицы - ионы. Прежде всего, это весьма важный случай плазменного состояния вещества. По имеющимся оценкам примерно 95 % видимого вещества во Вселенной находится именно в плазменном состоянии. Кроме того, в растворах - например, поваренной соли в воде - растворенное вещество существует в виде ионов и , далее, металлы - это совокупность положительных ионов, колеблющихся около положений равновесия (узлов кристаллической решетки) и свободных электронов, образующих электронный газ. В дальнейшем основное внимание будет уделено «обычному»", состоянию вещества, когда составляющие его частицы электронейтральны. Плазма, как особое состояние вещества, растворы и металлы будут рассмотрены отдельно. Во втором пункте указано: "в беспорядочном хаотическом движении, которое в отсутствие внешних силовых воздействий не имеет какого-либо преимущественного направления". Отметим по этому поводу следующее: в анизотропных кристаллах существуют выделенные направления, обусловленные взаимодействием частиц, составляющих кристалл, и не связанные с внешними силовыми полями. Рассмотрение такого рода ситуаций выходит за рамки данной главы.
Молекулярно-кинетическая теория ставит перед собой цель истолковать те свойства вещества, которые непосредственно наблюдаются на опыте (вязкость, теплопроводность и т. п.) как суммарный результат действия молекул. При этом она пользуется статистическим методом, интересуясь не движением каждой отдельной молекулы, но лишь такими средними величинами, которые характеризуют движение и взаимодействие всей совокупности молекул. Молекулярно-кинетическая теория оперирует при этом основными закономерностями физики, действующими на микроскопическом уровне - законами классической механики, электродинамики и др. Поэтому она в состоянии предсказать величины многих физических параметров системы на основе, как говорят, первых принципов. В этой главе мы займемся выводом хорошо известных законов для идеальных газов на основе молекулярно-кинетической теории.
Состояние системы. В любом разделе физики изучение явлений начинается с выделения совокупности тел, которую называют системой .
Представим, например, газ (система) в закрытом цилиндре под поршнем (среда), рис. 1.1.
Рис. 1.1. Газ в закрытом цилиндре под поршнем
Изменение положения поршня или температуры стенок цилиндра меняет состояние системы.
Состояние таких простейших систем, как газ, характеризуется следующими макроскопическими параметрами: объемом , давлением , температурой . Естественно, нужны также параметры, определяющие систему - ее масса m, относительная молекулярная масса М (или масса моля m ).
Итого, четыре величины: объем
, давление
, температура
, масса . Или, при известной массе моля вещества системы , число молей . Если система представляет собой смесь различных веществ, то необходимо добавить относительные концентрации компонент смеси: 
, здесь - масса вещества. Очевидно, что в последнем случае параметров не четыре, а больше.
Напомним, что
Другое - эквивалентное - определение моля гласит:
Отметим, что современное определение числа Авогадро гласит, что число Авогадро равно числу атомов изотопа 12 C , содержащихся в 0,012 килограммах углерода-12. Таким образом, моль можно определить и так:
При решении задач значения относительной молекулярной массы М элементов берутся из таблицы Менделеева. Молярная масса рассчитывается легко:
Например, для золота
Для сложных веществ необходимо произвести простые арифметические действия, например, для углекислого газа :
Вообще говоря, такие параметры системы как давление, температура, плотность вещества 
могут иметь разные значения в различных ее точках. В этом случае системе в целом нельзя приписать определенные значения этих параметров, система находится в неравновесном состоянии
.
Опыт показывает, однако, что если внешние условия неизменны, то система с течением времени приходит в равновесное состояние
:
выравниваются давления и температуры ее отдельных частей, так что параметры системы принимают определенные значения, остающиеся постоянными сколь угодно долго. При этом внешние условия должны быть таковы, чтобы в системе не было переноса вещества, энергии, импульса и т. п.
Рассмотрим, для простоты, систему, суммарная масса которой неизменна, неизменен её состав и относительные концентрации составляющих её веществ. Это имеет место, например, в том случае, когда в системе не идут химические реакции. При более общем подходе: в системе нет процессов рождения и уничтожения составляющих её частиц. Например, реакцию образования молекул воды из молекул кислорода и водорода
можно рассматривать как процесс уничтожения частиц и и рождения частиц . В ряде случаев, например, в газе фотонов (тепловое излучение) наличие процессов рождения у уничтожения частиц принципиально важно.
Дополнительная информация
http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4471.html - Физическая энциклопедия. Химический потенциал: физическая величина, необходимая для описания свойств термодинамических систем с переменным числом частиц;
http://www.femto.com.ua/articles/part_1/0017.html - Физическая энциклопедия. Закон Авогадро;
http://marklv.narod.ru/mkt/mkt.htm - Школьный урок с картинками по молекулярно-кинетической гипотезе;
Как будет видно в дальнейшем, для полного описания равновесного состояния такой системы достаточно всего трёх параметров: . При этом, если состояние равновесно, то между этими тремя параметрами существует связь: заданные два параметра системы (например, ее температура и объем) однозначно определяют третий (в данном случае давление). Математически эту связь можно охарактеризовать уравнением состояния системы
,
где конкретный вид функции F зависит от свойств системы. Примером служат уравнения Клапейрона - Менделеева для идеального или Ван-дер-Ваальса для неидеального газов (эти уравнения будут рассмотрены далее).
Таким образом, у равновесной системы с неизменными массой, составом и относительными концентрациями составляющих её веществ - в дальнейшем мы не будем это каждый раз оговаривать - независимых параметров всего два и её равновесное состояние может быть изображено графически точкой на плоскости (рис. 1.2), где по осям отложены какие-нибудь два из трех параметров - , или :
Рис. 1.2. Равновесные состояния системы на диаграммах (р, V), (р, T) и (V, Т)
|
Процесс - это всякий переход системы из одного состояния в другое. |
Процесс всегда связан с нарушением термодинамической равновесности состояния системы. В данный момент под термодинамически равновесным состоянием достаточно понимать состояние, в котором отсутствуют все возможные процессы обмена энергией: 1) ни одна из подсистем системы не совершает работы над другими подсистемами; 2) ни одна из подсистем системы не обменивается теплотой с другими подсистемами системы; 3) ни одна из подсистем системы не обменивается частицами с другими подсистемами системы. Как будет видно в дальнейшем, других видов обмена энергией в обычных (в которых нет процессов рождения и уничтожения частиц) и не существует. Отсюда, в конечном счете, и вытекает достаточность задания всего трех независимых параметров (например: числа частиц, объема и внутренней энергии) для описания термодинамически равновесного состояния однокомпонентной системы.
Если состояние системы меняется со временем, то в системе происходит какой-то процесс. Обратное, вообще говоря, неверно: состояние системы может не меняться, хотя в ней и идет процесс - стационарное, но неравновесное состояние системы. Например, при стационарном процессе переноса тепла состояние системы является неравновесным, хотя и остается неизменным в том смысле, что не меняются распределения температуры, давления, плотности и т. д. по объему системы.
При бесконечно медленном протекании процесса можно считать, что в каждый данный момент времени состояние системы равновесно. Физически это означает, что характерное для процесса время много больше времени установления равновесия в системе , которое также называют временем релаксации. Такой процесс называют равновесным процессом.
Очевидно, что равновесный процесс это очередная идеализация. Для того, чтобы процесс можно было считать - с некоторой конечной точностью - равновесным, необходимо чтобы выполнялось неравенство
и чем лучше оно выполняется, тем ближе процесс к равновесному.
Равновесный процесс можно представить себе как последовательность равновесных состояний. В дальнейшем будут изучаться (если иное специально не оговорено) лишь равновесные процессы.
Поскольку состояние системы изображается точкой на диаграмме, а процесс - это последовательность равновесных состояний, то такой процесс изображается на диаграмме линией. Каждая точка на линии - условно равновесное промежуточное состояние системы. Равновесный процесс является процессом обратимым , то есть он может протекать в обратном направлении, проходя те же промежуточные состояния в обратном порядке, причем в окружающих телах не останется никаких изменений.
Естественно, что в системе тогда не должно действовать никаких сил, подобных силам трения. Ниже мы познакомимся с диаграммами, описывающими некоторые характерные процессы в термодинамических системах.
Зная состояние системы, мы можем найти различные функции состояния - физические характеристики, которые зависят только от состояния системы, то есть они принимают одни и те же значения всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии независимо от ее предыстории.
Температура. Любая система обладает неким запасом внутренней энергии , не связанной с положением или движением системы как целого относительно внешней среды. О внутренней энергии мы еще поговорим подробнее, а сейчас нам достаточно интуитивного понимания, что, бросив с какой-то скоростью яйцо, мы его не сварим, хотя кинетическая энергия яйца и увеличится. Чтобы приготовить яйцо всмятку, его надо не бросить, а подогреть.
Для количественной характеристики внутренней энергии вводится понятие температуры . Температура занимает особое место в ряду физических величин. Опыт показывает, что она характеризует состояние теплового равновесия тел. Если привести в соприкосновение два тела с разными температурами, то в результате взаимодействия между молекулами эти тела будут обмениваться энергией. Через некоторое время температуры выровняются и передача теплоты прекратится, наступит состояние теплового равновесия. Состояние теплового равновесия и есть то состояние, в которое переходит с течением времени любая изолированная система.
Обычные способы определения температуры основаны на зависимости от нее ряда свойств тел (объема, давления и др.). При этом выбирается термометрическое тело и градуировка температурной шкалы. Наиболее распространенной является стоградусная шкала (шкала Цельсия, рис. 1.3).
Рис. 1.3. Стоградусная шкала Цельсия
Участок этой шкалы между точками замерзания (кристаллизации воды или, что то же самое, плавления льда) и кипения воды при нормальном атмосферном давлении делится на 100 равных частей. Такая часть называется градусом Цельсия (обозначается t °C ). Таким образом, точке кристаллизации воды соответствует 0 °С , а точке кипения - 100 °С . Подчеркнём, что и то и другое при нормальном давлении в 760 мм рт. ст. В США используют также шкалу Фаренгейта (обозначается t °F). За нуль своей шкалы Фаренгейт выбрал наинизшую температуру, которую он мог воспроизвести в своей лаборатории - точку плавления смеси соли и льда. Точке замерзания воды в этой шкале соответствует температура 32 °F , а точке кипения - 212 °F. Этот интервал разделен не на сто, а на 180 частей (аналогично угловым градусам). Поэтому градус Фаренгейта меньше градуса Цельсия (фактор 100/180 = 5/9 ). Связь температур в этих двух шкалах дается формулами
Рис. 1.4. Соответствие между шкалами
В физике пользуются термодинамической (старое название: абсолютной) шкалой температур (шкалой Кельвина), которая не зависит от термометрического тела, а устанавливается на основе законов термодинамики.
В настоящее время один кельвин определяется так: кельвин - единица термодинамической температуры, равная части термодинамической температуры тройной точки воды. Тройная точка воды была выбрана вместо её точки кипения потому, что температура тройной точки не зависит от давления и определяется более точно. По шкале Цельсия тройной точке воды соответствует температура . Величина одного кельвина (обозначается К) совпадает с величиной градуса Цельсия. Учитывая указанное различие в 0,01 кельвина, для связи температур по термодинамической шкале и стоградусной шкале Цельсия, получаем
Примеры характерных температур в природе показаны на рис. 1.5.
Рис. 1.5. Температура различных физических процессов
Дополнительная информация
http://kvant.mirror1.mccme.ru/1990/08/temperatura_teplota_termometr.htm - Журнал Квант, 1990 г. № 8, стр. 10 – 19, А.Кикоин, Температура, теплота, термометр;
Знаете ли вы физику? Библиотечка «Квант», выпуск 82, Наука,1992г. Стр. 130, вопросы 113, 115 о равномерности температурных шкал (ответ на стр. 136–138);
http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm - Перельман Я.И . - Знаете ли вы физику? Библиотечка «Квант», выпуск 82, Наука,1992г. Стр. 130, вопрос 112: происхождение температурной шкалы Фаренгейта (ответ смотри на стр. 135–136);
http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4070.html - Физическая энциклопедия. Описаны приборы для измерения температуры от самых высоких до самых низких.
Рис. 1.6. Термограмма чашки горячего чая
Описание состояния объекта и описание изменения состояния объекта с помощью статических и динамических информационных моделей. Привести примеры из различных предметных областей.
Система состоит из объектов, которые называются элементами системы. Между элементами системы существуют различные связи и отношения. Например, компьютер является системой, состоящей из различных устройств, при этом устройства связаны между собой и аппаратно (физически подключены друг к другу) и функционально (между устройствами происходит обмен информацией).
Важным признаком системы является ее целостное функционирование. Компьютер нормально работает до тех пор, пока в его состав входят и являются исправными основные устройства (процессор, память, системная плата и т. д.). Если удалить одно из них, например процессор, компьютер выйдет из строя, т. е. прекратит свое существование как система.
Любая система находится в пространстве и времени. Состояние системы в каждый момент времени характеризуется ее структурой, т. е. составом, свойствами элементов, их отношениями и связями между собой. Так, структура Солнечной системы характеризуется составом входящих в нее объектов (Солнце, планеты и пр.), их свойствами (скажем, размерами) и взаимодействием (силами тяготения).
Модели, описывающие состояние системы в определенный момент времени, называются статическими информационными моделями.
В физике, например, статические информационные модели описывают простые механизмы, в биологии - классификацию животного мира, в химии - строение молекул и т. д.
Состояние систем изменяется во времени, т. е. происходят процессы изменения и развития систем. Так, планеты движутся, меняется их положение относительно Солнца и друг друга; Солнце, как и любая другая звезда, развивается, меняется его химический состав, излучение и т. д.
Модели, описывающие процессы изменения и развития систем, называются динамическими информационными моделями.
В физике динамические информационные модели описывают движение тел, в биологии - развитие организмов или популяций животных, в химии - процессы прохождения химических реакций и т. д.
Массивы и алгоритмы их обработки.
После объявления массива для его хранения отводится определенное место в памяти. Однако, чтобы начать работу с массивом, необходимо его предварительно заполнить, т. е. присвоить элементам массива определенные значения. Заполнение массива производится различными способами.
Первый способ состоит в том, что значения элементов массива вводятся пользователем с помощью функции ввода InputBox. Например, заполнить строковый массив stг А (I) буквами русского алфавита можно с помощью следующей программы (событийной процедуры) на языке Visual Basic:
После запуска программы на выполнение и щелчка по кнопке Commandl следует помещать на последовательно появляющихся панелях ввода в текстовом поле буквы алфавита.
Второй способ заполнения массива заключается в применении оператора присваивания. Заполним числовой массив bytA (I) целыми случайными числами в интервале от 1 до 100, используя функцию случайных чисел Rnd и функцию выделения целой части числа Int в цикле со счетчиком:
Составим программу поиска индекса элемента массива, значение которого совпадает с заданным. Возьмем символьный массив, содержащий алфавит, и определим номер заданной буквы по порядку алфавита. В первом цикле программы произведем заполнение строкового массива буквами русского алфавита.Затем введем искомую букву и во втором цикле сравним ее со всеми элементами массива. В случае сов- падения присвоим переменной N значение индекса, данного элемента. Выведем результат на печать.
Задача на перевод числа, записанного в десятичной системе счисления, в двоичную систему, восьмеричную и шестнадцатеричную системы.
Перевести десятичное число 20 в двоичную систему. Указание. Воспользуйтесь алгоритмом перевода, основанным на делении десятичного числа на осно
Билет № 14
1.Алгоритм. Свойства алгоритма. Возможность автоматизации
деятельности человека. Показать на примере.
Алгоритм - это информационная модель, описывающая процесс преобразования объекта из начального состояния в конечное в форме последовательности понятных исполнителю команд.
Рассмотрим информационную модель, описывающую процесс редактирования текста.
Во-первых, должны быть определены начальное состояние объекта и его конечное состояние (цель преобразования). Следовательно, для текста требуется задать начальную последовательность символов и конечную последовательность, которую надо получить после редактирования.
Во-вторых, чтобы изменить состояние объекта (значения его свойств), следует произвести над ним определенные действия (операции). Выполняет эти операции исполнитель. Исполнителем редактирования текста может быть человек, компьютер и др.
В-третьих, процесс преобразования текста нужно разбить на отдельные операции, записанные в виде отдельных команд исполнителю. Каждый исполнитель обладает определенным набором, системой команд, понятных исполнителю. В процессе редактирования текста возможны различные операции: удаление, копирование, перемещение или замена его фрагментов. Исполнитель редактирования текста должен быть в состоянии выполнить эти операции.
Разделение информационного процесса в алгоритме на отдельные команды является важным свойством алгоритма и называется дискретностью.
Чтобы исполнитель мог выполнить преобразование объекта согласно алгоритму, он должен быть в состоянии понять и выполнить каждую команду. Это свойство алгоритма называется определенностью (или точностью). Необходимо, чтобы алгоритм обеспечивал преобразование объекта из начального состояния в конечное за конечное число шагов. Такое свойство алгоритма называется конечностью (или результативностью).
Алгоритмы могут представлять процессы преобразования самых разных объектов. Широкое распространение получили вычислительные алгоритмы, которые описывают преобразование числовых данных. Само слово алгоритм происходит от algorithmi - латинской формы написания имени выдающегося математика IX в. аль-Хорезми, который сформулировал правила выполнения арифметических операций.
Алгоритм позволяет формализовать выполнение информационного процесса. Если исполнителем является человек, то он может выполнять алгоритм формально, не вникая в содержание поставленной задачи, а только строго выполняя последовательность действий, предусмотренную алгоритмом.
Операционная система компьютера (назначение, состав, загрузка). Графический интерфейс.
Операционная система обеспечивает совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.
Процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к обмену файлами между устройствами. В операционной системе имеются программные модули, управляющие файловой системой.
В состав операционной системы входит специальная программа - командный процессор^ которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их. Пользователь может дать, например, команду выполнения какой-либо операции над файлами (копирование, удаление, переименование), команду вывода документа на печать и т. д. Операционная система должна эти команды выполнить.
К магистрали компьютера подключаются различные устройства (дисководы, монитор, клавиатура, мышь, принтер и др.). В состав операционной системы входят драйверы устройств - специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами. Любому устройству соответствует свой драйвер.
Для упрощения работы пользователя в состав современных операционных систем, и в частности в состав Windows, входят программные модули, создающие графический пользовательский интерфейс. В операционных системах с графическим интерфейсом пользователь может вводить команды посредством мыши, тогда как в режиме командной строки необходимо вводить команды с помощью клавиатуры.
Операционная система содержит также сервисные программы, ил.и утилиты. Такие программы позволяют обслуживать диски (проверять, сжимать, де-фрагментировать и т. д.), выполнять операции с файлами (архивировать и т. д.), работать в компьютерных сетях и т. д.
Для удобства пользователя в операционной системе обычно имеется и справочная система. Она предназначена для оперативного получения необходимой информации о функционировании как операционной системы в целом, так и о работе ее отдельных модулей.
Файлы операционной системы хранятся во внешней, долговременной памяти (на жестком, гибком или лазерном диске). Однако программы могут выполняться, только если они находятся в оперативной памяти, поэтому файлы операционной системы необходимо загрузить в оперативную память.
Диск (жесткий, гибкий или лазерный), на котором находятся файлы операционной системы и с которого производится ее загрузка, называется системным.
После включения компьютера операционная система загружается с системного диска в оперативную память. Если системные диски в компьютере отсутствуют, на экране монитора появляется сообщение Non system disk и компьютер «зависает», т. е. загрузка операционной системы прекращается и компьютер остается неработоспособным.
После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору. В случае использования интерфейса командной строки на экране появляется приглашение системы, в противном случае загружается графический интерфейс операционной системы.
3. Задание на разработку программы по подсчету количества появлений конкретного символа в заданном фрагменте текста..
Результаты организационных процессов требуют оценки. Для этого необходимо иметь четкое представление о состоянии системы.
Процессы, происходящие в сложных системах, как правило, сразу не удается представить в виде математических соотношений или хотя бы алгоритмов. Поэтому для того, чтобы хоть как-то охарактеризовать стабильную ситуацию или ее изменения, используются специальные термины, заимствованные теорией организации из теории автоматического регулирования, кибернетики, биологии, философии.
Состояние. Понятием состояние обычно характеризуют мгновенную фотографию, «срез» системы, остановку в ее развитии. Его определяют через входные воздействия и выходные сигналы, через анализ внутренних параметров, либо через макропараметры, макросвойства системы.
Проблемы, связанные со «срезом» системы:
1) текущее состояние должно быть объективным, нельзя завышать или занижать показатели;
2) определение времени, когда осуществлять данный «срез». В каждый момент времени состояние различное (напр., состояние предприятия на 1 января, по кварталам, на конец года);
3) определение того, какой временной интервал использовать между «срезами».
Каждая динамическая система может находиться в одном из трех состояний: равновесном, переходном и периодическом. Равновесным состоянием системы называется такое ее состояние, при котором сумма действующих на систему сил и моментов равна нулю. При этом следует различать два вида равновесного состояния - статическое и динамическое.
В качестве примеров состояния статического равновесия можно привести состояние покоящегося физического тела. Примером динамического равновесия является поддержание неизменной в среднем температуры тела у здорового человека.
Под переходным процессом понимается процесс изменения во времени параметров системы, имеющий место при переходе ее из одного равновесного состояния в другое. Переходный процесс в динамических системах возникает в результате воздействий, которые изменяют состояние, структуру или параметры системы. В ряде случаев переходный процесс носит более сложный - колебательный характер.
Поведение . Если система способна переходить из одного состояния в другое (например, S 1 > S 2 > S 3 > S 4 > …), то говорят, что она обладает поведением. По характеру перехода из одного состояния в другое системы делят на статические и динамические .
Равновесие . Понятие равновесие определяют как способность системы в отсутствии внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранять свое состояние сколь угодно долго. Это состояние называют состоянием равновесия .
Устойчивость . Под устойчивостью понимают способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних или внутренних возмущающих воздействий. Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, называют устойчивым состоянием равновесия.
Развитие . Развитие - закономерное качественное изменение материальных и идеальных объектов, характеризующееся как необходимое и направленное. Обратимые изменения характерны для процессов функционирования (т.е. циклического воспроизведения постоянной системы связей и отношений). В результате развития возникает новое качественное состояние объекта. Существенную характеристику развития составляет время, поскольку всякое развитие осуществляется во времени и только время выявляет его направленность.
Порядок - это состояние элементов, при котором событие, произошедшее в одном из них, вызывает и (или) ограничивает события (процессы), происходящие в остальных элементах. Мир без ограничений был бы всеобщим хаосом. Хаос и разнообразие уменьшаются организацией, или наложением ограничений. Для наложения ограничений на систему используется информация, которая противодействует тенденциям системы к дезорганизации.
Хаос - это такое состояние определенного множества элементов, при котором событие, произошедшее в одном из них, ни в какой мере не влияет на события (процессы), происходящие в остальных элементах. Любая система находится в промежуточном состоянии между полным хаосом и абсолютным порядком.
Разнообразие - это количество различных состояний (состояний выхода) какой-либо системы. При одном-единственном состоянии разнообразие отсутствует, поэтому оно возникает при наблюдении как минимум двух состояний. Информация об этих состояниях называется отраженным разнообразием.
Для оценки разнообразия какого-либо объекта используется количество разнообразия или мера неопределенности - энтропия . Н. Винер выразил дуальность энтропия-информация следующим образом: «Как количество информации в системе есть мера организованности системы, точно так же энтропия есть мера дезорганизованности системы; одно равно другому, взятому с обратным знаком». Если возможности перехода в любое состояние объекта равновероятны, то энтропия определяется логарифмом числа различных возможных состояний объекта (x ) с основанием два: log 2 x . Для измерения количества разнообразия используются двоичные единицы - биты. Так, разнообразие сторон монеты составит 1 бит (log=1 ). Шесть граней игральной кости несут разнообразие равное 2,6 бит, 32 буквы алфавита - 5 бит. Если имеется только одно состояние, то разнообразие отсутствует - логарифм равен нулю. Любое изменение в сторону неравенства вероятностей уменьшает неопределенность, а следовательно, и энтропию.
Величина энтропии служит количественной оценкой информации, извлеченной из проведенных наблюдений. Увеличение энтропии можно рассматривать как «разрушение информации». На оборот, информация - это то, что ограничивает разнообразие, устраняет неопределенность частично или полностью, снижает энтропию, т. е. является негэнтропией .
