Основы построения и функционирования вычислительных машин

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

Контрольные вопросы по предмету

0


Подпишитесь на бесплатную рассылку видео-курсов:

Смотреть лекцию по частям


Текст видеолекции

Лекция 1. Основы построения и функционирования вычислительных машин.

  1. Общие принципы построения и архитектура ЭВМ.
  2. Классификация средств вычислительной техники.
  3. Аппаратное обеспечение ПЭВМ.
  4. Программное обеспечение ПК.
  5. Внешние устройства ЭВМ.

 

Контрольно-оценочное средство – тестовые задания.

 

 

Тема: «Основы построения и функционирования вычислительных машин».

 

  1. Общие принципы построения и архитектура ЭВМ.

Современные электронно – вычислительные машины по принципу построения аналогичны персональному компьютеру.

Архитектурой компьютера называется ее логическая организация, структура и ресурсы, которые может использовать пользователь. Принцип открытой архитектуры заключается в том, что компьютер устроен аналогично "конструктору". Фирма IBM PC сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность его сборки из независимо изготовленных частей.

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945г. американским ученым Джоном фон Нейманом.

  • Принцип программного управления.
  • Принцип однородности памяти.
  • Принцип адресности.

1) Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды.

А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека

2) Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).

Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

3) Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без “счетчика команд”, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими.

Компьютер - универсальное многофункциональное электронное устройство для создания, обработки, хранения и передачи информации. Работая за персональным компьютером,  мы чаще всего видим монитор, клавиатуру, системный блок и мышь. Хотя можно работать и без мыши, но для этого придется запомнить множество комбинаций клавиш на клавиатуре. Вне поля зрения остается не менее важная составляющая компьютерной системы – программное обеспечение. Рассмотрим подробнее структурная схема ПК.

 






ЭВМ

 


 



 

 



 
 

 

 






 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Процессор

Процессор находится в системном блоке, кроме этого, там расположены: блок питания, системная (материнская) плата, устройства внутренней памяти, устройства внешней памяти и др. Вместо термина "системный блок" иногда употребляют термин "платформа".

Системная плата является основной в системном блоке. Она содержит компоненты, определяющие архитектуру компьютера: процессор и сопроцессор, постоянную (ROM) и оперативную (RAM) память, кэш-память, интерфейсные схемы шин, гнёзда расширения, обязательные системные средства ввода-вывода и др.

Системные платы исполняются на основе наборов микросхем, которые называются чипсетами, чипами. Часто на системных платах устанавливают и контроллеры дисковых накопителей, видеоадаптер, контроллеры портов и др. В гнёзда расширения системной платы устанавливаются платы таких периферийных устройств, как модем, сетевая плата, видеоплата и т.п. Внешние устройства подключаются к материнской плате через специальные разъемы – слоты.

Все устройства компьютерной системы объединяет магистраль или шина, служит для управления устройствами, передачи данных и адресов. Соответственно делится на: шину управления, шину данных и адресную шину. В этом заключается магистрально-модульный принцип построения ПК:

 

Процессор осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работой всех устройств компьютера.

Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ),  а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ). Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены. В составе процессора находится еще несколько устройств, называемых регистрами.

У компьютеров функции центрального процессора выполняет микропроцессор (МП) - сверхбольшая интегральная схема (СБИС), реализованная в едином полупроводниковом кристалле (кремния или германия) площадью меньше 10 кв. см, которая выполняет все функции управляющего устройства. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера. Ведущее место по производству микропроцессоров занимают фирмы Intel и AMD. Наиболее используемые микропроцессоры в нашей стране:Pentium, Celeron, Duron, Athlon.

Микропроцессоры различаются рядом важных характеристик:

  • тактовой частотой обработки информации;
  • разрядностью;
  • адресным пространством.

Тактовая частота обработки информации

Тактом называют время между началом подачи двух последовательных импульсов электрического тока, синхронизирующих работу различных устройств компьютера. Специальные импульсы для отсчета времени для всех устройств вырабатывает тактовый генератор частоты, расположенный на системной плате. Тактовая частота определяется как количество тактов в секунду и измеряется в мегагерцах(1МГц= 1 млн. тактов/сек). Микропроцессоры с наибольшей тактовой частотой обладают и наибольшим быстродействием - количество операций, выполняемых ими в секунду - MIPS(миллион инструкций в сек).

Разрядность процессора

Разрядность процессора - это число битов, обрабатываемых процессором одновременно. Процессор может быть 8-, 16-, 32- и 64-разрядным. Вместе с быстродействием разрядность характеризует объем информации, перерабатываемый процессором компьютера за единицу времени.

Адресное пространство (адресация памяти)

Объем физически адресуемой МП оперативной памяти называется его адресным пространством. Он определяется разрядностью внешней шины адреса. Поэтому разрядность процессора часто уточняют записывая, например, 32/32, это значит МП имеет 32-х разрядную шину данных и 32-х разрядную шину адреса, т.е. одновременно обрабатывается 32 бита информации, а объем адресного пространства МП составляет 4Гбайта.

На фото - материнская плата, процессор выделяется светлым  прямоугольником.

 

 

  1. Классификация средств вычислительной техники.

Современные средства компьютерной техники могут быть классифицированы следующим образом:

• персональные компьютеры;

• корпоративные компьютеры;

• суперкомпьютеры.

Данная классификация достаточно условна, поскольку интенсивное развитие технологий производства электронных компонентов и значительный прогресс в совершенствовании архитектуры компьютеров и наиболее важных составляющих их элементов приводят к размыванию границ между указанными классами средств вычислительной техники.

Кроме того, рассмотренная классификация учитывает только автономное использование вычислительных систем. В настоящее время преобладает тенденция объединения разных вычислительных систем в вычислительные сети различного масштаба, что позволяет интегрировать информационно-вычислительные ресурсы для наиболее эффективной реализации информационных технологий.

 

Персональные компьютеры представляют собой вычислительные системы, все ресурсы которых полностью направлены на обеспечение деятельности одного рабочего места управленческого работника. Это наиболее многочисленный класс средств вычислительной техники, в составе которого можно выделить персональные компьютеры IBM PC и совместимые с ними, а также персональные компьютеры Macintosh фирмы Apple. Интенсивное развитие современных информационных технологий связано именно с широким распространением с начала 80-х годов персональных компьютеров, сочетающих относительную дешевизну с достаточно широкими для непрофессионального пользователя возможностями.

  1. Корпоративные компьютеры (иногда называемые мини-ЭВМ или mainframe) представляют собой вычислительные системы, обеспечивающие совместную деятельность многих управленческих работников в рамках одной организации, одного проекта, одной сферы информационной деятельности при использовании одних и тех же информационно-вычислительных ресурсов. Это многопользовательские вычислительные системы, имеющие центральный блок с большой вычислительной мощностью и значительными информационными ресурсами, к которому подсоединяется большое количество рабочих мест с минимальной оснащенностью (видеотерминал, клавиатура, устройство позиционирования типа «мышь» и возможно, устройство печати). В принципе в качестве рабочих мест, подсоединенных к центральному блоку корпоративного компьютера, могут быть использованы и персональные компьютеры. Область использования корпоративных компьютеров – реализация информационных технологий обеспечения управленческой деятельности в крупных финансовых и производственных организациях, организация различных информационных систем, обслуживающих большое количество пользователей в рамках одной функции (биржевые и банковские системы, бронирование и продажа билетов для оказания транспортных услуг населению и т.п.).

Суперкомпьютеры представляют собой вычислительные системы с предельными характеристиками вычислительной мощности и информационных ресурсов и используются в военной и космической областях деятельности, в фундаментальных научных исследованиях, глобальном прогнозировании погоды.

Существуют различные классификации компьютерной техники:

  • по этапам развития (по поколениям);
  • по архитектуре;
  • по производительности;
  • по условиям эксплуатации;
  • по количеству процессоров;
  • по потребительским свойствам и т.д.

В ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.

ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.

Достоинства ЭВМ:

  • высокая точность вычислений;
  • универсальность;
  • автоматический ввод информации, необходимый для решения задачи;
  • разнообразие задач, решаемых ЭВМ;
  • независимость количества оборудования от сложности задачи.

Недостатки ЭВМ:

  • сложность подготовки задачи к решению (необходимость специальных знаний методов решения задач и программирования);
  • недостаточная наглядность протекания процессов, сложность изменения параметров этих процессов;
  • сложность структуры ЭВМ, эксплуатация и техническое обслуживание;
  • требование специальной аппаратуры при работе с элементами реальной аппаратуры

 

История Вычислительной техники - направления развития

 

Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.

 

Признаки отличающие одно поколение от другого:

1.    элементная база,

2.   быстродействие,

3.   объем оперативной памяти,

4.   устройства ввода-вывода,

5.   программное обеспечение.

Классификация ЭВМ

1)    По назначению: общего назначения и специализированные

  • Супер ЭВМ
  • Мини суперЭВМ
  • Мейнфреймы
  • Серверы
  • Рабочие станции
  • Персональные компьютеры
  • Ноутбуки
  • Портативные компьютеры

2)    По структуре: однопроцессорные и многопроцессорные

3)    По режимам работы:

  • Однопрограммные
  • Мультипрограммные
  • Мультипрограммные в составе систем
  • ЭВМ в системах реального времени

4)    По количеству потоков команд и данных:

  • ЭВМ с одним потоком команд и одним потоком данных (ОКОД, SISD)
  • ЭВМ с одним потоком команд и многими потоками данных (ОКМД, SIМD)
  • ЭВМ с многими потоками команд и одним потоком данных (МКОД, МISD)
  • ЭВМ с многими потоками команд и многими потоками данных (МКМД, МIМD)

 

 

3. Аппаратное обеспечение ПЭВМ.

 

Внутренняя память

Под внутренней памятью современного компьютера принято понимать быстродействующую электронную память, расположенную на его системной плате. Сейчас такая память изготавливается на базе самых современных полупроводниковых технологий. Наиболее существенная часть внутренней памяти называется ОЗУ - оперативное запоминающее устройство. Его главное назначение состоит в том, чтобы хранить данные и программы для решаемых в текущий момент задач. Наверное, каждому пользователю известно, что при выключении питания содержимое ОЗУ полностью теряется. При выключении компьютера вся информация из оперативной памяти стирается!

В состав внутренней памяти современного компьютера помимо ОЗУ также входят и некоторые другие разновидности памяти. Здесь упомянем только о постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), в котором, в частности, хранится информация, необходимая для первоначальной загрузки компьютера в момент включения питания. Как очевидно из названия, информация в ПЗУ не зависит от состояния компьютера. Раньше содержимое ПЗУ раз и навсегда формировалось на заводе, теперь же современные технологии позволяют в случае необходимости обновлять его даже не извлекая из компьютерной платы.

В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память, видеопамять и специальная память.

Оперативная память

Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

У современных компьютерных устройств объем ОЗУ составляет в среднем от 2 до 4 Гбайт, это не предел, понятно, что чем больше оперативная память, тем эффективнее работает компьютерная система. Модули оперативной памяти являются наиболее быстрыми составляющими памяти ПК, время доступа к данным модулей памяти обычно составляет 60 – 80 наносекунд.

Специальная память

К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая постоянная память, память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.

Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом “зашивается” в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.

BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначенных для:

  • автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера;
  • загрузки операционной системы в оперативную память.

Роль BIOS двоякая: с одной стороны это неотъемлемый элемент аппаратуры (Hardware), а с другой стороны — важный модуль любой операционной системы (Software).

Разновидность постоянного ЗУ — CMOS RAM. Это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы, т. е. настроечных данных. Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS (англ. Set-up — устанавливать, читается "сетап").

Базовая система ввода-вывода (BIOS) предназначена для выполнения наиболее простых и универсальных услуг, связанных с осуществлением ввода-вывода данных, содержит программу тестирования компьютера и программу вызова системного загрузчика.

Системный загрузчик – это очень короткая программа, расположенная в нулевом секторе системного диска (имеет размер 512 байт) и предназначенная для поиска и загрузки с диска в оперативную память системных модулей операционной системы.

Командный процессор обрабатывает вводимые пользователем команды.

Кэш - память

Кэш или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоёмких, чем DRAM. Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня определенным размером. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня в несколько раз выше ёмкостью.

 



 


Видеопамять

Для хранения графической информации используется видеопамять. Видеопамять (VRAM) — разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам — процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

Видеокарта (другие названия: графическая карта, видеоадаптер) управляет работой монитора, освобождая процессор от построения кадров изображения. Видеокарта располагается в системном блоке и представляет собой маленький графический компьютер, со своим процессором и памятью. От качества видеокарты зависит скорость обработки видеоинформации, четкость изображения, число цветов на экране и разрешение, в котором будет работать монитор.

Внешняя память

Внешняя (долговременная) память — это место длительного хранения данных (программ, результатов расчётов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является энергонезависимой. Носители внешней памяти, кроме того, обеспечивают транспортировку данных в тех случаях, когда компьютеры не объединены в сети (локальные или глобальные).

Целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от внешнего запоминающего устройства к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке: Внешняя память ↔ Оперативная память ↔ Кеш-память ↔ Процессор.

В состав внешней памяти компьютера входят:

  • накопители на жёстких магнитных дисках;
  • накопители на гибких магнитных дисках (практически вышли из употребления);
  • накопители на магнито-оптических компакт-дисках;
  • накопители на магнитной ленте (стримеры – используются редко) и др.

В персональном компьютере применяются два вида магнитных дисков:

  • жесткий несъемный диск (винчестер);
  • гибкие сменные диски (дискеты- выходят из обращения)

Жесткий дискC:\Documents and Settings\gilyarova.SERVICE\Рабочий стол\site\index.htm

Жесткий диск (Hard Disk) предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, различных данных.

Жесткий диск — это магнитный диск, который устанавливается в системном блоке компьютера. Внешне этот диск представляет собой герметичную металлическую коробку, внутри которой расположен сам диск, магнитные головки чтения-записи, механизмы вращения диска и перемещения головок. Хотя говорят "диск", на самом деле жесткий диск состоит из нескольких дисков, нанизанных на общую ось. Запись информации производится на обе стороны каждого диска. Соответственно, имеется необходимое количество магнитных головок. Наличие жесткого диска значительно повышает удобство работы с компьютером. В настоящее время компьютеры без жесткого диска не используются. Правда, если компьютер включен в локальную компьютерную сеть, то он может работать без собственного жесткого диска, но тогда он использует жесткий диск центрального компьютера. Для пользователя жесткие диски отличаются друг от друга, прежде всего, своей емкостью. Современные жесткие диски имеют емкость сотни гигабайт (Гб).

Процесс разметки диска на дорожки и сектора называется форматированием.

Форматирование – создание логической структуры диска.

Структура диска – магнитные концентрический дорожки (окружности), разделенные на сектора, помеченные магнитными метками.

Сектор (кластер)– минимальная порция информации.

При форматировании дисков создается файловая таблица – таблица размещения файлов, используемая операционной системой для размещения и поиска файлов и каталогов на диске.

Виды файловых систем

Файловую систему компьютера можно посмотреть через строку Свойства контекстного меню диска. Существует пять основных файловых систем.

  1. FAT используется операционными системами DOS и Windows 95/NT (также может использоваться в более поздних версиях Windows).
  2. FAT32 используется операционными системами Windows (DOS и Windows 95/NT не могут работать с ней).
  3. NTFS (New Technology File System – файловая система нового поколения).
  4. Linux Ext2 разработана для свободно распространяемой пользовательской операционной системы Linux (из семейства Unix).
  5. UDF (Universal Disk Format – универсальный формат диска).

Файловую систему компьютера можно посмотреть через строку Свойства контекстного меню диска.

 

 

Накопители на компакт-дисках

CD-ROM — это оптический носитель информации, предназначенный только для чтения, на котором может храниться до 650 Мб данных. Доступ к данным на CD-ROM осуществляется быстрее, чем к данным на дискетах, но медленнее, чем на жёстких дисках.

Компакт-диск диаметром 120 мм (около 4,75’’) изготовлен из полимера и покрыт металлической плёнкой. Информация считывается именно с этой металлической плёнки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. CD-ROM является односторонним носителем информации.

Накопители CD-R (CD-Recordable) позволяют записывать собственные компакт-диски. Более популярными являются накопители CD-RW, которые позволяют записывать и перезаписывать диски CD-RW, записывать диски CD-R, читать диски CD-ROM, т.е. являются в определённом смысле универсальными.

Аббревиатура DVD расшифровывается как Digital Versatile Disk, т.е. универсальный цифровой диск. Имея те же габариты, что обычный компакт-диск CD-ROM, и весьма похожий принцип работы, он вмещает чрезвычайно много информации — от 4,7 до 17 Гбайт. Возможно, именно из-за большой емкости он и называется универсальным. Правда, на сегодня реально применяется DVD-диск лишь в двух областях: для хранения видеофильмов (DVD-Video или просто DVD) и сверхбольших баз данных (DVD-ROM, DVD-R).

Разброс ёмкостей возникает так: в отличие от CD-ROM, диски DVD записываются с обеих сторон. Более того, с каждой стороны могут быть нанесены один или два слоя информации. Таким образом, односторонние однослойные диски имеют объем 4,7 Гбайт (их часто называют DVD-5, т.е. диски емкостью около 5 Гбайт), двусторонние однослойные — 9,4 Гбайт (DVD-10), односторонние двухслойные — 8,5 Гбайт (DVD-9), а двусторонние двухслойные — 17 Гбайт (DVD-18). В зависимости от объема требующих хранения данных и выбирается тип DVD-диска. Если речь идет о фильмах, то на двусторонних дисках часто хранят две версии одной картины — одна широкоэкранная, вторая в классическом телевизионном формате.

Электронные запоминающие устройства

Устройство электронных запоминающих устройств основано на принципах хранения и использования информации посредством электрических зарядов. К электронным запоминающим устройствам относятся различные виды микросхем памяти. Принципиально, микросхемы памяти представляют набор организованных запоминающих элементов, к каждому из которых может быть произведено обращение с целью считывания или записи информации объемом в один или более байт.

Технологии производства электронных запоминающих устройств постоянно совершенствуются и развиваются. Сегодня уже очевидно, что в мире устройств хранения данных USB флэшку, одного из самых распространенных носителей информации, ждёт большое будущее. Компактный размер и малый вес, позволяющие свободно переносить флэш-накопитель в карманах одежды и любых самых маленьких сумках и портмоне, высокая скорость работы и большая ёмкость памяти делают его поистине незаменимым для пользователей.

 

  1. Программное обеспечение ПК.

 

Программное обеспечение (ПО) является неотъемлемой частью компьютерной системы. Огромное количество программ, существующих в настоящее время, чаще всего классифицируют по назначению.

Посмотрите на схему, на которой показано назначение ПО, кроме языков программирования..

 



 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, системные программы предназначены для работы самого персонального компьютера, это необходимый набор программ для существования и функционирования компьютерной системы. К ним относятся:

- операционные системы,

- сервисные программы,

- утилиты,

- драйверы,

- файловые менеджеры,

- архиваторы и др.

Файловые менеджеры представляют собой программы, которые обеспечивают работу с файловой структурой дисков посредством удобного и интуитивно понятного интерфейса.

Драйверы – специальные программы, дополняющие систему ввода-вывода ОС, которые обслуживают новые устройства или позволяют нестандартное использование имеющихся устройств.

Операционные оболочки представляют собой программы-надстройки к ОС, которые обеспечивают доступ пользователя к ресурсам ЭВМ и командам операционной системы посредством более удобного и интуитивно понятного интерфейса. Например, файловые менеджеры используются для работы с файловой структурой.

Системные утилиты расширяют возможности операционных систем в части управления ресурсами компьютера и подключения новых периферийных устройств, проверяют работоспособность отдельных узлов и исправляют обнаруженные ошибки в процессе работы вычислительной системы.

Сервисные утилиты – это совокупность достаточно небольших программных средств, выполняющих различные служебные операции по обработке информации. Это вспомогательные инструменты, расширяющие и дополняющие функциональные возможности операционных систем. Наиболее часто используются программы оптимизации дисков, программы-русификаторы, антивирусные программы, программы архивации.

Операционная система (ОС) представляет собой комплекс программ, предназначенных для управления вычислительным процессом и распределением ресурсов ЭВМ между отдельными задачами.

Операционная система (ОС)

Операционная система – это первая и самая главная программа, благодаря которой становится возможным общение между компьютером и человеком. ОС - то набор программ, которые постоянно в процессе работы компьютера обеспечивают целостное функционирование всех устройств компьютера.

Задачи операционной системы:

1. ОС управляет программами, с которыми работает пользователь, запускает их на выполнение.

2. ОС поддерживает интерфейс между программным обеспечением и самой аппаратурой компьютера.

3. ОС выполняет команды, поступающие от пользователя.

Операционные системы делятся на однозадачные и многозадачные. Однозадачные ОС, например, DOS могут выполнять в одно и то же время не более одной задачи, а многозадачные ОС, например, Windows 7 способны одновременно управляться с несколькими процессами.

Логическая схема загрузки операционной системы

 



 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BIOS – Постоянная память ПК, которая выполняет его самотестирование перед включением.

Master Boot – специальная программа - загрузчик.

Файлы операционной системы – системные файлы, которые загружаются в оперативную память.

Программные модули ОС – программы, с которыми работает пользователь. 

Этапы установки и загрузки операционной системы вы видите далее.

 

Дистрибутив

1 этап

Системный диск

2 этап

Оперативная память

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Прикладные программы предназначены для решения конкретных задач пользователя. Сегодня для использования на компьютере разработаны сотни тысяч различных прикладных программ для всевозможных сфер человеческой деятельности. Наиболее часто применяют следующие классы программ:

- системы обработки текстов (текстовые редакторы);

- системы обработки таблиц (табличные процессоры);

- системы управления базами данных (СУБД);

- системы обработки графики (графические редакторы);

- системы обработки видеоданных (видеоредакторы);

- системы обработки звука (звуковые редакторы);

- системы обработки презентаций (программы демонстрационной графики);

- системы распознавания символов;

- системы подготовки документов типографского уровня (издательские системы);

- системы экономического назначения (бухгалтерские и финансовые программы);

- справочно-правовые системы (правовые базы данных) «Консультант Плюс», «ГАРАНТ», «Кодекс» и др.;

- системы автоматизированного проектирования (САПР);

- системы проведения математических расчетов;

- системы статистического анализа данных;

- справочники и энциклопедии, в том числе мультимедийные;

- развлекательные и игровые программы.

Наиболее популярные прикладные программы, часто используемые, объединяют в пакеты прикладных программ, самым известным из которых является Microsoft Office.

Последняя существующая версия Microsoft Office обладает следующими достоинствами:

- удобный интерфейс, обеспечивающий простоту эксплуатации пакета;

- быстрый доступ к документам, с которыми пользователь уже работал ранее;

- улучшенные возможности коллективной обработки документов в корпоративных сетях и значительно расширенные возможности взаимодействия с сетью Интернет для быстрого и удобного доступа к web-информации;

- развитая справочная система, построенная на основе языка HTML, что облегчает ее использование и способствует постоянной актуализации справочной информации, поскольку может обновляться через Интернет;

- наличие удобных и простых в эксплуатации интеллектуальных приложений и мастеров, обеспечивающих автоматизацию труда пользователя и позволяющих сократить время решения повседневных задач.

Компоненты интегрированного пакета Microsoft Office:

Word – интеллектуальный текстовый редактор;

Excel – приложение для работы с электронными таблицами;

Outlook – программа, обеспечивающая выбор и структуризацию актуальной информации, ее коллективную обработку, аналог обычного органайзера;

PowerPoint – приложение для подготовки и проведения презентаций;

FrontPage – программа для создания и публикации в Интернете web-страниц;

Publisher – издательская система, предоставляющая возможность пользователям с небольшим опытом работы в области дизайна создавать профессионально оформленные публикации, подготовленные для издательства.

Языки программирования являются отдельным классом программ, это программы для создания новых программ. На сегодняшний день существуют сотни языков программирования. Их многообразие связано с бесконечно большим количеством возможных вычислительных задач. Для одних задач лучше подходят одни языки программирования, для других – другие. Даже для задач одного класса, в зависимости от размера алгоритма, какие-то языки могут быть эффективны более или менее, а какие – то неприменимы вообще. Для языков программирования существует своя классификация. До недавнего времени использовалось, в основном, структурное программирование (языки Basic, Pascal), которое основано на модульной структуре программного продукта и типовых управляющих структурах алгоритмов обработки данных различных программных модулей. Такие языки еще называют алгоритмическими или процедурными. В настоящее время лидерство переходит к объектно – ориентированным технологиям в области программирования. Программный продукт, созданный с помощью инструментальных средств объектно – ориентированного программирования (например, Visual Basic), содержит объекты с характерными свойствами, для которых разработан графический интерфейс пользователя.

Языки программирования называют также системами программирования, потому как каждый язык представляет из себя набор взаимосвязанных файлов и папок.

Классификация компьютерных программ

 



Программное обеспечение

 
 

 

 



 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Текстовый редактор

Графический редактор

Электронные таблицы

Базы данных

Бухгалтерские программы

Компьютерные игры

Энциклопедии

 

Операционные системы

Утилиты

Драйверы

Русификаторы

Файловые менеджеры

Архиваторы

 

СИ++

паскаль

 

  1. Внешние устройства ЭВМ.

Внешние или периферийные устройства делятся на устройства ввода и вывода. Устройства ввода - это устройства, которые преобразуют информацию из формы, понятной человеку, в форму, понятную компьютеру. К ним относятся: манипуляторы (мышь, джойстик, трекбол), сканер, клавиатура, микрофон, фотоаппарат, цифровая видеокамера и др.

Манипулятор "Мышь"-  манипулятор для ввода управляющих действий.

Беспроводная (по-английски - cordless) мышка - состоит из двух частей: самой мышки и приемника сигнала, соединенного с портом компьютера. Внутри мышки установлен радиопередатчик. который действует на расстоянии до 3 метров. В приемнике, соответственно, радиоприемник. Питание мышки осуществляется от батарейки. Беспроводные мышки создавались и ранее, но сигнал передавался при помощи инфракрасных или ультрафиолетовых лучей, как в пультах управления телевизоров. Неудобство заключалось в том, что приемник должен был находиться на столе и излучатель мышки должен был быть направленным на него. Но, тем не менее, эта мышка все равно была удобнее обычной. Приемник современной беспроводной радио мышки может находиться за компьютером. Такая мышка очень удобна.

Первые персональные компьютеры имели единственное устройство для ввода информации и управления работой компьютера — клавиатуру. Но для более простого управления нужно было придумать другую, параллельную клавиатуре, систему. За эту работу взялся Дуглас Энджелбарт из Стенфордского исследовательского института (США). Он разработал систему меню, которая могла управляться двигающимся графическим объектом, изображенном на экране (курсором). Управлять этим курсором можно было при помощи миниатюрного устройства — манипулятора с несколькими (2-3) кнопками.

Манипулятор разрабатывался в 1963-65 гг. В 1970 Энджелбарт получил патент на манипулятор. Вначале манипулятор назывался “Индикатор позиции X-Y”. Созданный манипулятор соединяется с компьютером при помощи шнура и внешне напоминает мышку. Его шутя назвали "мышка", а потом этот термин закрепился и стал официальным.

Трекбол - одной из разновидностей мышки является манипулятор Trackball (можно перевести как шарик, прокладывающий путь), который выглядит как перевернутая мышка с большим шариком. Этот манипулятор сам не движется, поэтому не требует подкладки, как мышка, и не занимает много места на столе. Движущуюся часть - шарик вращают рукой. На манипуляторе "трекбол", как и на мышке, есть две или три кнопки.

Световой карандаш -  это устройство, напоминающее обычную авторучку с проводом. На конце ручки находится светоприемник, который может регистрировать изменение яркости точек экрана. Световым пером можно указывать на элементы экрана и управлять ими. Например, можно рисовать. Аналог светового пера — световой пистолет применяется в игровых приставках.

Сенсорный экран (тачпад) - служит для управления компьютером при помощи касания экрана пальцами. Обычно сенсорный экран применяется в справочных компьютерах в музеях, на выставках, на вокзалах и в аэропортах. Сенсорный экран может быть встроен в обычный монитор или помещаться поверх экрана монитора, в этом случае он соединяется с одним из портов компьютера. Часто используется в ноутбуках, на некоторых видах клавиатуры.

Джойстик - внешнее устройство компьютера - средство для выполнения игровых функций. Поэтапное развитие джойстиков привело к тому, что сегодня с помощью этих уже достаточно сложных манипуляторов игрок в состоянии полностью отказаться от использования клавиатуры.

Клавиатура — это устройство ввода в компьютер текстовой информации. Посмотрите на сильно упрощенную принципиальную схему клавиатуры.

 

Сканер  — устройство для копирования графической и текстовой информации и ввода ее в компьютер. Сканеры бывают четырех типов — ручные, планшетные, барабанные сканеры и фотосканеры.

 

Ручной сканер. Сканер держат рукой и проводят по тексту или изображению. Полупроводниковый лазер посылает луч на изображение. Луч отражается от листа и попадает на полупроводниковый элемент - светоприемник. В светоприемнике свет преобразуется в электрический сигнал, который затем переводится в цифровую форму. В компьютере цифровой сигнал записывается в виде графического файла. Если ручной сканер не может захватить лист по всей ширине, то приходится проводить сканером повторно. Для того чтобы "сшить" два изображения, к сканеру прилагается специальная программа.

Планшетный сканер. Эти сканеры бывают разных форматов: А4 и Letter. В планшетных сканерах лист кладется на прозрачное стекло. Под стеклом находится мощный источник ультрафиолетового света в виде световой трубки, расположенной по ширине листа. Рядом с трубкой расположен светоприемник. При помощи электрического механизма трубка со светоприемником протягивается вдоль листа, сканируя изображение.

Барабанный сканер. Этот тип сканеров служит для быстрого сканирования одиночных листов. Лист протягивается через сканер, а в это время происходит сканирование изображения.

Фотосканер служит для получения изображения со слайдов или фотопленок. В сканере есть съемные картриджи для заправки слайдов или пленок. Сканирование выполняется при помощи светового луча. Источник света перемещается вдоль оригинала, считывая изображение.

Дигитайзер - устройство для оцифровки чертежей и других изображений. Дигитайзер позволяет преобразовать изображения в цифровую форму для обработки в компьютере. Оцифровка чертежей производится при помощи манипулятора, напоминающего мышку, но имеющего большее количество кнопок. Нажатием кнопок фиксируется положение основных элементов чертежа, затем чертеж достраивается при помощи специальной программы.

Микрофон, изобретенный 1878 году,  прибор для усиления и передачи очень слабых звуков. Сущность микрофона в том, что самые слабые звуки приводят при помощи резонансной пластинки в колебание уголька, через который проходит гальванический ток.

Цифровой фотоаппарат — это фотоаппарат, который записывает изображение не на фотопленку, а на съемный носитель. Изображение с иконоскопа переводится в цифровую форму и хранится в памяти фотокамеры. После съемки фотокамера присоединяется к компьютеру и кадры в виде файлов переписываются в компьютер. Также есть возможность переписывать изображение сразу в память фотопринтера.

Веб – камера – устройство ввода видео и графической информации в компьютер.

 

Устройства вывода - это устройства, которые преобразуют информацию из формы, понятной компьютеру, в форму, понятную человеку. К ним относятся: принтер, монитор, плоттер и др.

Принтер или печатающее устройство, предназначенное для вывода информации из компьютера на бумагу. Все современные принтеры могут выводить текстовую информацию, а также рисунки и другие изображения. Существует несколько тысяч моделей принтеров, которые могут использоваться с персональными компьютерами, все они могут быть разделены на четыре основных типа — матричные (вышли из употребления), струйные, лазерные и фотопринтеры.

Струйные принтеры

В этих принтерах изображение формируется микроскопическими каплями краски, вылетающих на бумагу через маленькие отверстия (сопла). В качестве элементов, выталкивающих струи чернил, используются пьезокристаллы. Пьезокристаллы имеют свойство расширяться, если к ним подводится электричество. Пьезокристаллы устанавливают в печатающую головку таким образом, что они расширяются в том направлении, в котором должны вылетать капельки чернил. Этот способ печати обеспечивает более высокое качество печати по сравнению с матричными принтерами, он очень удобен для цветной печати. Разрешающая способность струйных принтеров - 300 точек на дюйм, т.е. на одном дюйме (1 дюйм = 2,54 см) помещается 300 хорошо различимых точек. Эта характеристика показывает величину точки. Чем больше разрешающая способность, тем меньше точка, и тем качественнее изображение.

Лазерные и фотодиодные принтеры

 

Лазерные принтеры обеспечивают в настоящее время наилучшее (часто лучше типографского) качество печати. В этих принтерах для печати используются лазерный луч, управляемый компьютером. В лазерном принтере имеется валик, покрытый полупроводниковым веществом, которое электризуется от попадания лазерного света. Луч при помощи поворотного зеркала направляется в то место валика, где должно быть изображение. Это место электризуется и к нему "прилипают" мельчайшие частицы сухой краски, которая находится в контейнере под валиком. После этого валик прокатывается по листу бумаги и краска переходит на бумагу. Чтобы красящий порошок закрепился, специальный механизм проводит бумагу через нагревательный элемент и краска спекается.

В фотодиодных принтерах вместо лазера имеется полоса, состоящая из большого количества фотодиодов, свет которых электризует полупроводниковый барабан, все остальное происходит так же как и в лазерном принтере. Фотодиоды — это полупроводниковые элементы, которые светятся, если к ним подвести электрический ток. Разрешающая способность лазерных и фотодиодных принтеров от 300 до 1200 точек на дюйм.

Фотопринтеры

С появлением цифровых фотоаппаратов, возникла необходимость использовать их не только для создания цифровых фото изображений, но и для печати обычных бумажных фотографий. Для этой цели были разработаны сублимационные принтеры. Сублимационная технология печати ранее была применена в цветных копировальных аппаратах. В сублимационных принтерах красящий порошок наносится также как в фотодиодных принтерах, но затем при помощи нагревательных элементов каждая частичка порошка очень быстро плавится и спекается. Получается четкое, яркое изображение. Печать ведется на бумагу, по составу похожую на обычную фотобумагу, но без желатинового слоя. Бумага для фото принтеров бывает матовой и глянцевой. Файл с изображением подается в фотопринтер из компьютера или напрямую, из карты флеш-памяти.

Мониторы

Монитор - это устройство в составе компьютера, предназначенное для вывода на экран текстовой, графической и видео информации.

По устройству мониторы делятся на:

  1. ЭЛТ мониторы (на основе электронно-лучевой трубки, практически выходит из обращения).
  2. ЖК мониторы (на основе жидко-кристаллических панелей).
  3. Газоплазменные мониторы.

Электронно - лучевой монитор оказывает вредное воздействие на здоровье человека. При длительной работе и несоблюдении правил техники безопасности ухудшается зрение, возникают головные боли, бессонница. На пользователя попадают вредные лучи, экран слегка мерцает, электронная пушка “съедает” кислород в комнате.

Жидкокристаллические мониторы

Экран этого монитора представляет собой матрицу, каждый элемент которой — жидкий кристалл (как в электронных часах). Кристаллы сами не светятся, они освещаются специальными лампами. Под действием электрических сигналов кристаллы меняют свои оптические свойства, моделируя на экране элементы изображения.

К достоинствам этих мониторов, прежде всего, следует отнести отсутствие вредного излучения, мерцания экрана, сжигания кислорода в помещении. Приятными качествами являются малый вес, малая толщина (можно вешать на стену) и небольшое потребление электроэнергии (могут питаться от батарейки или небольшого аккумулятора).

Цена, в два раза больше цены лучевых мониторов, объясняется сложностью процесса изготовления.

Газоплазменные мониторы

Экран этих мониторов, как и жидкокристаллических, содержит матрицу, но ячейки заполнены не жидкими кристаллами, а газовой смесью. Газ светится под воздействием электрического тока (плазменный разряд). Примерно так же работают лампы дневного света.

Плазменные мониторы — это, как правило, мониторы с тонким, но очень большим экраном (40 и больше дюймов по диагонали). Дело в том, что газовая ячейка не может быть пока такой же маленькой, как жидкокристаллическая. Смотреть на такие мониторы нужно с приличного расстояния, иначе будет заметна клетчатая структура экрана. Плазменные мониторы используются сейчас в основном для показа компьютерного изображения большой аудитории и в дорогих телевизорах (домашних кинотеатрах). На плазменных мониторах изображение получается очень высокого качества, и оно не зависит (как у жидкокристаллических) от угла зрения. Сбоку, снизу, сверху — картинка видна одинаково хорошо. Плазменные мониторы, так же как и жидкокристаллические, безвредны для зрения и здоровья в целом. К положительным качествам можно добавить быструю перерисовку экрана (никакой смазанности движений). Существенным недостатком плазменного монитора является высокая потребляемая мощность (в несколько раз выше, чем у лучевого).

Плоттер или графопостроитель - устройство для вывода из компьютера различных чертежей, географических карт, плакатов и других изображений на бумагу большого формата. Плоттеры бывают монохромными и цветными. По технологии нанесения изображения плоттеры делятся на перьевые и струйные.

Колонки, наушники - используются для вывода звуковой информации.

АРХИТЕКТУРА ПК: УСТРОЙСТВА ВВОДА - ВЫВОДА

 

 

  •  
 

 

 

 

 

 

  •  
 

 

  •  
 

 

  •  
 

 

  •  
 

 

  •  
 

 

 

 

  •  
 

 

  •  
 

 

  •  

 

 

 

  •  
 

 

 

 

Основные характеристики внешних устройств:

Устройства ввода

Клавиатура

- вид

- наличие сенсорной панели

- количество клавиш

Сенсорная панель

 -размер

Мышь

- количество кнопок

- способ соединения с компьютером

- разрешающая способность

- способ считывания информации

Сканер

- глубина распознавания цвета

- оптическое разрешение (точность сканирования)

- конструкция

- программное обеспечение

Микрофон

- мощность

Цифровые камеры

- разрешающая способность

 

Устройства вывода

Принтер

- скорость печати

- разрешающая способность

- цветность

- формат листа

- способ получения изображения

Акустические колонки

- сила звука

Монитор

- принцип устройства

- разрешающая способность

- расстояние между точками на экране

- длина диагонали экрана

Плоттер

- разрешающая способность

- принцип действия

- конструкция

- скорость вывода

Наушники

- сила звука

Ризограф

- скорость печати

 

Литература:

  1. Информатика: учебник / А. А. Хлебников. – Изд. 2-е, испр. и доп. – Ростов н/Д: Феникс, 2010. – 507с. – (Среднее профессиональное образование).
  2. Информатика. Учебное пособие для среднего профессионального образования (+ CD)/ Под общ. ред. И. А. Черноскутовой – СПб.: Питер, 2005. – 272с.
  3. Информатика. Базовый курс./ Под редакцией С. В. Симоновича. 2-е издание – СПб.: Питер, 2010.
  4. Информатика: учебник / Б. В. Соболь – Изд. 4-е, дополн. и перераб. – ростов н/Д: Феникс, 2009. – 446с. (Высшее образование).
  5. Практикум по информатике и информационным технологиям. Учебное пособие для общеобразовательных учреждений. Изд. 2-е, испр. / Н.Д.Угринович, Л.Л.Босова, Н.И.Михайлова – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007г., 394с.
  6. Практикум по информатике: Учебное пособие для сред. проф. образования /Е.В.Михеева. – М.: Академия, 2004, - 192с.
  7. Информатика: Учебник/Под ред. проф. Н. В. Макаровой.– М.: Финансы и статистика, 2007. 294с.
  8. Айден К., Фибельман X., Крамер М. Аппаратные средства PC. – СПб.: В HV–Санкт-Петербург, 1996.)
  9. Омельченко В. П. Математика: компьютерные технологии в медицине: учебник / Омельченко В.П., Демидова А. А. – Ростов н /Д: Феникс, 2008. – 588с.: ил. – (Среднее профессиональное образование).