Лекции по "Информатике"

• карманный ПК (электронный органайзер), не превосходящий по размерам калькулятор, клавиатурный или бесклавиатурный, по своим функциональным возможностям похож на ноутбук;

• сетевой ПК – компьютер для делового применения с минимальным набором внешних устройств. Поддержка работы и установка программного обеспечения осуществляются централизованно. Его также применяют для работы в вычислительной сети и для функционирования в автономном режиме;

• терминал – устройство, применяемое при работе в автономном режиме. Терминал не содержит процессора для выполнения команд, он выполняет только операции по вводу и передаче команд пользователя другому компьютеру и выдаче пользователю результата.

Рынок современных компьютеров  и число выпускаемых  машин определяются рыночными потребностями.

1.12. Структура современных  вычислительных систем

В структуре сегодняшнего ПК типа IBM PC выделяют несколько основных компонент:

• системный блок, организующий работу, обрабатывающий информацию, производящий расчеты, обеспечивающий связь человека и ЭВМ. В состав системного блока ПК входит системная плата, динамик, вентилятор, источник питания, два дисковода;

• системная (материнская) плата, представляющая собой несколько десятков интегральных схем разного назначения. Интегральная схема основана на микропроцессоре, который предназначен для выполнения вычислений по хранящейся в запоминающем устройстве программе и общего управления ПК. Скорость действия ПК зависит от скорости работы процессора;

• память ПК, которая делится на внутреннюю и внешнюю: а) внутренняя (основная) память – это запоминающее устройство, связанное с процессором и предназначенное для хранения используемых программ и данных, которые участвуют в вычислениях. Внутренняя память подразделяется на оперативную (оперативное запоминающее устройство – ОЗУ) и постоянную (постоянное запоминающее устройство – ПЗУ). Оперативная память предназначена для приема, хранения и выдачи информации, а постоянная – для хранения и выдачи информации; б) внешняя память (внешнее запоминающее устройство – ВЗУ) применяется для размещения больших объемов информации и обмена ею с оперативной памятью. По конструкции ВЗУ отделены от центральных устройств ПК;

 

 

 

• аудиоплата (аудиокарта), используемая для воспроизведения и записи звука;

• видеоплата (видеокарта), обеспечивающая воспроизведение и запись видеосигнала.

К внешним устройствам  ввода информации в ПК относятся:

а) клавиатура – совокупность датчиков, которые воспринимают давление на клавиши и замыкают некоторую электрическую цепь;

б) мышь – манипулятор, упрощающий работу с большинством компьютеров. Различают механические, оптико-механические и оптические мыши, а также проводные и беспроводные;

в) сканер – устройство, которое позволяет ввести в компьютер в графическом виде текст, рисунки, фотографии и др.

Внешними  устройствами вывода информации являются:

а) монитор, используемый для вывода на экран различного вида информации. Размер экрана монитора измеряется в дюймах как расстояние между левым нижним и правым верхним углами экрана;

б) принтер, применяемый для печати подготовленного на компьютере текста и графики. Существуют матричные, струйные и лазерные принтеры.

Внешние устройства ввода  применяются для  того, чтобы информация, которой обладает пользователь, стала  доступна для компьютера. Основным назначением  внешнего устройства вывода является представление  имеющейся информации в виде, доступном  для пользователя.

Тема 2

Компьютерные  технологии обработки  информации

2.1. Классификация и  устройство компьютеров

Компьютер (от англ. computer – вычислитель) – это программируемое электронное устройство, которое способно обрабатывать информацию, производить вычисления и выполнять другие задачи. Компьютеры подразделяют на два основных типа:

1) цифровые, оценивающие данные в форме числовых двоичных кодов;

2) аналоговые, анализирующие непрерывно меняющиеся физические величины, которые являются аналогами вычисляемых величин.

В настоящее время  под словом «компьютер»  понимают именно цифровой компьютер.

Основу  компьютеров составляет аппаратура (Hardware) образованная электронными и электромеханическими элементами и устройствами. Принцип работы компьютеров заключается в выполнении программ (Software), которые заданы заранее и четко определены последовательностью арифметических, логических и других операций.

Структура любого компьютера обусловлена  общими логическими  принципами, на базе которых в нем  выделяют следующие  главные устройства:

• память, состоящую из перенумерованных ячеек;

• процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логического устройство (АЛУ);

• устройство ввода;

• устройство вывода.

Данные  устройства соединяются  каналами связи, передающими  информацию.

2.2. Архитектура ЭВМ

Архитектура ЭВМ характеризуется  качествами машины, влияющими на ее взаимодействие с пользователем. Архитектуpa определяет совокупность свойств машины и характеристик, которые необходимо знать программисту для эффективного использования ЭВМ при решении задач.

В свою очередь, архитектура  определяет принципы организации вычислительной системы и функции  центрального вычислительного  устройства. Однако она не показывает то, как эти принципы реализуются внутри машины. Архитектура  не зависит от программно недоступных ресурсов машины. Если у компьютеров  одинаковая архитектура, то любая программа  в машинном коде, написанная для одного компьютера, на другом компьютере работает аналогично с получением одинаковых результатов.

Для выполнения своих  функций любой  ЭВМ необходим  минимальный набор  функциональных блоков.

Архитектура сегодняшних компьютеров  имеет классические черты, однако есть и  некоторые отличия. В частности, запоминающее устройство (ЗУ) первых ЭВМ классической структуры подразделялось на два вида:

1) внутреннее, содержащее информацию, которая обрабатывалась в нем за некоторый момент времени;

2) внешнее, являющееся хранилищем всей информации, необходимой для работы компьютера.

В ходе технического прогресса  число уровней  в иерархии памяти компьютеров увеличивалось.

Арифметико-логическое устройство и устройство управления образуют единый блок, называемый центральным процессором. Перечень устройств для ввода и вывода данных включает в себя различные накопители на магнитных, оптических и магнитооптических дисках, сканеры, клавиатуру, мышь, джойстик, принтеры, графопостроители и т. д. Структура современного ПК содержит две основные части: центральную и периферийную, при этом к центральной части принято относить центральный процессор и внутреннюю память.

Центральным процессором (ЦП) называется устройство, обрабатывающее данные и осуществляющее программное управление этим процессом. Центральный процессор состоит из АЛУ, УУ, иногда и собственной памяти процессора; он чаще всего выполняется в виде большой интегральной схемы и носит название микропроцессора.

Внутренняя  память – это устройство, предназначенное  для хранения информации в специальном  закодированном виде.

Оперативное запоминающее устройство, или оперативная память (ОП), – это ЦП, взаимодействующий с внутренним ЗУ. Оперативная память используется для приема, хранения и выдачи всей информации, которая требуется для выполнения операций в ЦП.

Внешние запоминающие устройства необходимы для хранения больших объемов информации, не использующейся в данный момент времени процессором. К ним относятся: накопители на магнитных дисках, накопители на магнитных лентах, накопители на оптических и магнитооптических дисках.

Виртуальной памятью является совокупность ОП, ВЗУ и комплекса программно-аппаратных средств.

Конфигурация  ЭВМ– это определенный состав ее устройств с учетом их особенностей.

Операцией ввода называется передача информации от периферийных устройств в центральные, операцией вывода – процесс передачи информации из центральных устройств в периферийные.

Интерфейсы представляют собой сопряжения, осуществляющие в вычислительной технике связь между устройствами ПК.

2.3. Память в персональных  компьютерах

Мощность  компьютера зависит  от его архитектуры  и определяется не только тактовой частотой процессора. На быстродействие систем также влияют скорость функционирования памяти и пропускная способность шины.

Организация взаимодействия ЦП и  ОП зависит от памяти компьютера и набора микросхем, установленных  на системной плате.

Запоминающие  устройства используются для хранения информации. В их функции входят ее запись и считывание. В совокупности эти  функции называют обращением к памяти.

Одними  из самых важных характеристик  памяти являются емкость  и время доступа. Чаще всего в ЗУ входит множество  одинаковых запоминающих элементов. Такими элементами ранее служили  ферритовые сердечники, которые объединялись в разрядную матрицу  памяти. В настоящее  время запоминающими  элементами ОП служат большие интегральные микросхемы (БИС).

При обработке информации процессором возможно обращение к любой  ячейке ОП, на основании  этого ее называют памятью с произвольным доступом, или RAM. Обычно ПК обладают ОП, которая выполняется на микросхемах динамического типа, с ячейками, собранными в матрицу.

В памяти статического типа информация находится  на статических триггерах. Для статической памяти не применяются циклы регенерации и операции перезарядки, т. е. время доступа к статической памяти намного меньше, чем к динамической. Скорость работы процессора сильно зависит от быстродействия используемой ОП. При этом она оказывает влияние на производительность всей системы. Для реализации одного запоминающего элемента динамической памяти требуется 1–2 транзистора, для статической – 4–6, т. е. стоимость статической памяти значительно превышает стоимость динамической. На основании этого в ПК чаще всего применяется ОП динамического типа, а для повышения производительности системы –сверхоперативная, или кэш-память. Сверхоперативную память изготавливают на элементах статического типа. При этом блок данных, обрабатываемых процессором, размещается в кэш-памяти, но обращение к ОП происходит только при появлении потребности в данных, не содержащихся в кэш-памяти. Использование кэш-памяти позволяет согласовать по скорости работу процессора и ОП на элементах динамического типа.

Интегральные  микросхемы памяти в  небольших количествах  выпускают японские, корейские, американские и европейские  компании.

Постоянные  запоминающие устройства, или ROM, предназначены для хранения BIOS, который, в свою очередь, обеспечивает инвариантность программных средств к архитектуре системной платы. Кроме того, в BIOS находится необходимый набор программ ввода-вывода, обеспечивающий работу периферийных устройств.

В состав ПЗУ кроме  программ ввода-вывода входят:

• программа тестирования при включении компьютера POST;

• программа начального загрузчика, выполняющего функцию загрузки ОС с диска.

Вследствие  снижения цен на перепрограммируемые  ПЗУ для хранения BIOS применяются запоминающие элементы, информацию в которых можно  стирать электрически или с помощью  ультрафиолетового  излучения. В настоящий  момент чаще всего  для этих целей  используют флэш-память, позволяющую вносить исправления в BIOS.

2.4. Понятие команды  и системное программное  обеспечение ЭВМ

Всякая  компьютерная программа  является последовательностью  отдельных команд. Командой называется описание операции, которую выполняет компьютер. Обычно у команды существует свой код (условное обозначение), исходные данные (операнды) и результат. Совокупность команд, которые выполняет данный компьютер, представляет собой систему командданного компьютера.

Программное обеспечение компьютера – это совокупность программ, процедур и инструкций, а также связанная с ними техническая документация, позволяющие использовать ЭВМ для решения конкретно поставленных задач.

По  областям применения программное обеспечение  компьютера подразделяют на системное и прикладное.

Системное, или общее, программное обеспечение выступает в качестве «организатора» всех компонент компьютера, а также подключенных к нему внешних устройств.

В составе системного программного обеспечения  выделяют две компоненты:

1) операционную систему – целый комплекс управляющих программ, являющихся интерфейсом между компонентами ПК и обеспечивающих наиболее эффективное использование ресурсов ЭВМ. Операционная система загружается при включении компьютера;

2) утилиты – вспомогательные программы технического обслуживания.

К утилитам относятся: