Читайте также:
|
|
Урок 1.
Введение.
Тема 1.1.
Архитектура персонального компьютера, структура вычислительных систем. Программное обеспечение вычислительной техники.
Любая деятельность человека представляет собой процесс сбора и переработки информации, принятие на ее основе решений и их выполнение. Понятие информации используется во всех сферах: науке, технике, культуре, социологии и повседневной жизни. Оно предполагает наличие материального носителя информации, источника информации, передатчика информации, приемника и канала связи между источником и приемником. С появлением современных средств вычислительной техники информация стала выступать в качестве одного из важнейших ресурсов научно-технического прогресса.
Под процессом следует понимать определённую совокупность действий, направленных на достижение поставленной цели.
Информационные процессы (сбор, обработка и передача информации) всегда играли важную роль в науке, технике и жизни общества. В ходе эволюции человечества просматривается устойчивая тенденция к автоматизации этих процессов, хотя их внутреннее содержание, по существу, остаётся неизменным.
Сбор информации — это деятельность субъекта, в ходе которой он получает сведения об интересующем его объекте. Сбор информации может производиться или человеком, или с помощью технических средств и систем — аппаратно.
Обмен информацией — это процесс, в ходе которого источник информации ее передает, а получатель — принимает. Если в передаваемых сообщениях обнаружены ошибки, то организуется повторная передача этой информации
Накопление информации — процесс формирования исходного несистематизированного массива информации.Принятую информацию получатель может использовать неоднократно. С этой целью он должен зафиксировать ее на материальном носителе (магнитном, фото, кино и др.).
Хранение информации — это процесс поддержания исходной информации в виде, обеспечивающем выдачу данных по запросам конечных пользователей в установленные сроки.
Обработка информации — это упорядоченный процесс ее преобразования в соответствии с алгоритмом решения задачи.
Выдача информации — передача конечного результата пользователю в требуемом виде после решения задачи обработки информации. Выдача информации, как правило, производится с помощью внешних устройств ЭВМ в виде текстов, таблиц, графиков и пр.
Информация является одним из ценнейших ресурсов общества, наряду с такими традиционными материальными видами ресурсов, как нефть, газ и др., а значит, процесс ее переработки по аналогии с процессами переработки материальных ресурсов можно воспринимать как технологию.
Информационная технология — это процесс, использующий совокупность методов, производственных процессов и программно-технических средств, объединённых в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, обработку, хранение, распространение и отображение первичной информации (данных) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта). На рис 1.1 представлена схема информационной технологии.
Рис 1.1. Схема технологии переработки
информационных ресурсов
Применение информационной технологии снижает трудоемкость процессов использования информационного ресурса, повышает их надежность и оперативность.
Цель информационной технологии — производство информации для ее анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия. Применяя разные технологии переработки информации к одним и тем же данным, можно получить разные информационные продукты.
Электронная вычислительная машина (ЭВМ, компьютер) представляет собой комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.
Часто, говоря о компьютере, имеют в виду вычислительную систему.
Чтобы судить о возможностях ЭВМ, их принято классифицировать по определенным признакам, например, по габаритам и функциональным возможностям (производительности):
· сверхпроизводительные ЭВМ и системы (супер-ЭВМ);
· большие ЭВМ (универсальные ЭВМ общего назначения);
· средние ЭВМ;
· малые или мини-ЭВМ;
· сверхмалые микро-ЭВМ;
· персональные компьютеры;
· микропроцессоры.
При рассмотрении ЭВМ как средства обработки информации важную роль играет понятие архитектуры ЭВМ (рис. 1.2).
Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач.
Архитектура ЭВМ учитывает множество факторов, среди которых важнейшими являются: стоимость, сфера применения, функциональные возможности, удобство эксплуатации, а одним из главных компонентов архитектуры являются аппаратные средства.
Архитектуру вычислительного средства следует отличать от структуры, которая средства определяет его конкретный состав на некотором уровне детализации (устройства, блоки, узлы и т.д.) и описывает связи внутри средства во всей их полноте. Архитектура же определяет правила взаимодействия составных частей вычислительного средства, описание которых выполняется в той мере, в какой это необходимо для формирования правил их взаимодействия. Она регламентирует не все связи, а наиболее важные, которые должны быть известны для более грамотного использования данного средства (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Основные компоненты архитектуры ЭВМ
Вычислительной системой называется конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенных для обслуживания одного рабочего участка. Её центральным устройством является компьютер.
Несмотря на то, что современные ЭВМ внешне не имеют ничего общего с первыми моделями, основополагающие идеи, заложенные в них и связанные с понятием алгоритма, разработанного Аланом Тьюрингом, а также архитектурной реализацией, предложенной Джоном фон Нейманом, пока не претерпели коренных изменений (за исключением систем параллельной обработки информации).
Любая ЭВМ неймановской архитектуры содержит:
· арифметико-логическое устройство (АЛУ);
· устройство управления (УУ);
· запоминающее устройство (ЗУ);
· устройства ввода-вывода (УВВ);
· пульт управления (ПУ).
В современных ЭВМ АЛУ и УУ объединены в общее устройство, называемое центральным процессором (рис. 1.3.).
Рис. 1.3. Обобщенная логическая структура ЭВМ
Процессор, или микропроцессор, является основным устройством ЭВМ. Он предназначен для выполнения вычислений по хранящейся в запоминающем устройстве программе и обеспечения общего управления ЭВМ. Быстродействие ЭВМ в значительной мере определяется скоростью работы процессора. Для ее увеличения процессор использует собственную память небольшого объема, именуемую местной, или сверхоперативной, что в некоторых случаях исключает необходимость обращения к запоминающему устройству ЭВМ.
Вычислительный процесс должен быть предварительно представлен для ЭВМ в виде программы — последовательности инструкций (команд), записанных в порядке выполнения. В процессе выполнения программы ЭВМ выбирает очередную команду, расшифровывает ее, определяет, какие действия и над какими операндами следует выполнить. Эту функцию осуществляет УУ. Оно же помещает выбранные из ЗУ операнды в АЛУ, где они и обрабатываются. Само АЛУ работает под управлением УУ.
Обрабатываемые данные и выполняемая программа должны находиться в запоминающем устройстве памяти вычислительной машины, куда они вводятся через устройство ввода. Емкость памяти измеряется в величинах, кратных байту. Память представляет собой сложную структуру, построенную по иерархическому принципу, и включает в себя запоминающие устройства различных типов. Функционально она делится на две части: внутреннюю и внешнюю.
Внутренняя, илиосновная память, это запоминающее устройство, напрямую связанное с процессором и предназначенное для хранения выполняемых программ и данных, непосредственно участвующих в вычислениях. Обращение к внутренней памяти ЭВМ осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет ограниченный объем, определяемый системой адресации машины.
Внутренняя память, в свою очередь, делится на оперативную(ОЗУ) и постоянную (ПЗУ). Оперативная память, по объему составляющая большую часть внутренней памяти, служит для приема, хранения и выдачи информации. При выключении питания ЭВМ содержимое оперативной памяти в большинстве случаев теряется.Постоянная память обеспечивает хранение и выдачу информации. В отличие от содержимого оперативной памяти, содержимое постоянной заполняется при изготовлении ЭВМ и не может быть изменено в обычных условиях эксплуатации. В постоянной памяти хранятся часто используемые (универсальные) программы и данные, к примеру, некоторые программы операционной системы, программы тестирования оборудования ЭВМ и др. При выключении питания содержимое постоянной памяти сохраняется.
Внешняя память (ВЗУ) предназначена для размещения больших объемов информации и обмена ею с оперативной памятью. Для построения внешней памяти используют энергонезависимые носители информации (диски и ленты), которые к тому же являются переносимыми. Емкость этой памяти практически не имеет ограничений, а для обращения к ней требуется больше времени, чем к внутренней.
Внешние запоминающие устройства конструктивно отделены от центральных устройств ЭВМ (процессора и внутренней памяти), имеют собственное управление и выполняют запросы процессора без его непосредственного вмешательства. В качестве ВЗУ используют накопители на магнитных и оптических дисках, а также накопители на магнитных лентах.
По принципам функционирования ВЗУ разделяются наустройства прямого доступа (накопители на магнитных и оптических дисках) и устройства последовательного доступа (накопители на магнитных лентах). Первые обладают большим быстродействием, поэтому они являются основными внешними запоминающими устройствами, постоянно используемыми в процессе функционирования ЭВМ. Вторые используются в основном для резервирования информации.
Устройства ввода-вывода служат соответственно для ввода информации в ЭВМ и вывода из нее, а также для обеспечения общения пользователя с машиной. Иногда их называют периферийными или внешними устройствами ЭВМ. К ним относятся, в частности, дисплеи (мониторы), клавиатура, манипуляторы типа «мышь», алфавитно-цифровые печатающие устройства (принтеры), графопостроители, сканеры и др. Процессы ввода-вывода протекают с использованием внутренней памяти ЭВМ. Для управления внешними устройствами (в том числе и ВЗУ) и согласования их с системным интерфейсом служат групповые устройства управления внешними устройствами, так называемые адаптеры или контроллёры.
Системный интерфейс — это конструктивная часть ЭВМ, предназначенная для взаимодействия ее устройств и обмена информацией между ними.
В больших, средних и супер-ЭВМ в качестве системного интерфейса используются сложные устройства, имеющие встроенные процессоры ввода-вывода, именуемые каналами, обеспечивающими высокую скорость обмена данными между компонентами ЭВМ.
Отличительная особенность малых ЭВМ состоит в использовании в качестве системного интерфейса системных шин. Различают ЭВМ с многошинной структурой и с общейшиной. В первом случае для обмена информацией между устройствами используются отдельные группы шин, во втором все устройства ЭВМ объединяются с помощью одной группы шин, в которую входят подмножества шин для передачи данных, адреса и управляющих сигналов.
Пульт управления служит для выполнения оператором ЭВМ или системным программистом системных операций в ходе управления вычислительным процессом, который конструктивно часто выполняется вместе с центральным процессором. Кроме того, при техническом обслуживании ЭВМ за пультом управления работает инженерно-технический персонал.
В связи с внедрением персонального компьютера во все сферы жизнедеятельности человека остановимся на его устройстве (рис. 1.4.) более подробно. Компьютер предназначен для выполнения двух основных функций: вычислительной и обработки информации.
Все основные устройства компьютера расположены в системном блоке, что видно из схемы.
Микропроцессор – "сердце компьютера". Выполняет все вычисления и обработку данных, управляет работой всех остальных устройств. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. Микропроцессор характеризуется типом (моделью) и тактовой частотой. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) он выполняет в одну секунду. Под элементарной операцией понимается любая простейшая операция типа сложения, пересылки, сравнения и т. д. Она измеряется в мегагерцах (МГц). Например, 66, 90, 100, 166, 266, 466 и т. д. МГц. Типы Intel 80286, Intel 80386, Intel 80486, Pentium, Pentium I, Pentium II, Pentium III, Pentium IV.
Рис. 1.4. Устройства персонального компьютера
Память компьютера подразделяется на:
- внутреннюю оперативную (ОЗУ) (характеризуется объёмом, например, 1, 2, 4, 8, 16, …, 126, 256, 512 Мбайт);
- сверхоперативную (КЕШ-память);
- память на жёстком диске (винчестер);
- внешнюю память (на гибких магнитных и CD дисках).
КЕШ-память – "сверхоперативная" память относительно небольшого объёма, в которой хранятся наиболее часто используемые при работе микропроцессора участки оперативной памяти. Располагается "между" микропроцессором и оперативной памятью, и при обращении микропроцессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кеш-памяти. Характеризуется объёмом: 128, 256,512 Кбайт.
Память на жёстком магнитном диске (винчестере) предназначена для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером. Это программы операционной системы (Windows), часто используемые пакеты программ, прикладные программы (Word, Excell и др.), а также пользовательские программы и документы. При выключении компьютера вся информация сохраняется. Винчестеры характеризуются своей ёмкостью – объёмом хранимой на них информации. Например: 4 Гбайта, 20 Гбайт, 40 Гбайт и т.д.
Внешняя память на гибких "флоппи" дисках и CD-дисках используется для хранения информации, не используемой постоянно, для переноса документов и программ с одного компьютера на другой, для хранения резервных архивных копий информации, содержащейся на жёстком диске. Различают диски CD-R, CD-RW и DVD, дискеты 5,25" и 3,5" дюйма. Диски более надёжны и могут хранить значительно больше информации, чем дискеты. В настоящий момент дискеты на 5,25" практически перестали использоваться. Современные компьютеры не оснащены дисководами для них.
Контроллёры и адаптеры внешних устройств представляют собой электронные схемы, которые управляют внешними устройствами: клавиатурой, принтером, монитором, модемом и т.д. Они взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль (шину) передачи данных.
К устройствам, входящим в состав системного блока, можно отнести и CD-ROM - устройство для считывания информации с лазерных компакт-дисков.
Все перечисленные устройства крепятся внутри системного блока, часть из них на специальной плате, называемой материнской, и соединены системной шиной – устройством, осуществляющим обмен данными между всеми устройствами компьютера.
Дисплей (монитор) – устройство для вывода текстовой и графической информации на экран. Дисплеи бывают монохромными и цветными. Различаются дисплеи и размерами по диагонали 14", 15", 17", 19", типом EGA, VGA, Super VGA, жидкокристаллические и разрешающей способностью – количеством точек по горизонтали и по вертикали.
Клавиатурапредназначена для ввода в компьютер буквенно-цифровой информации, а также ряда специальных символов.
Манипулятор "мышь" облегчает ввод информации в компьютер. Наиболее полно удобство этого устройства ввода пользователь ощутил, когда основной операционной системой, используемой повсеместно, стала Windows различных версий. Ввод информации с помощью "мыши" осуществляется нажатием одной из её клавиш.
Принтер предназначен для вывода информации на бумагу. Все принтеры могут выводить текстовую, а многие и графическую информацию. Различают черно-белые и цветные принтеры. Они подразделяются на три основных класса: матричные, струйные и лазерные. Матричные принтеры оснащены печатающей головкой с набором металлических иголок, которые ударяют по бумаге через красящую ленту при движении головки вдоль печатаемой строки. В струйных принтерах изображение формируется микрокаплями специальных чернил, выдуваемых на бумагу с помощью сопел. Лазерные принтеры переносят изображение на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички краски. Наиболее качественную печать дают лазерные принтеры.
При обработке информации мы пользуемся всеми устройствами, включёнными в компьютер.
Дата добавления: 2015-10-26; просмотров: 505 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Организация концертов Сергея Лазарева: 8(495)748-95-58 | | | Штатное расписание |