Лекции по "Информатике"

24) Магистрально-модульный принцип построения компьютера. В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами. Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных-передает обрабатываемую инф, шину адреса-передает адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор, шину управления-по ней передаются управляющие сигналы. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов). Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники. Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле: N = 2ⁱ , где I - разрядность шины адреса.

Разрядность шины адреса постоянно  увеличивалась и в современных  персональных компьютерах составляет 36 бит. Таким образом, максимально  возможное количество адресуемых ячеек  памяти равно: N = 2³⁶ = 68 719 476 736.

25) Функциональная схема компьютера: По своему назначению компьютер - это универсальный прибор для работы с информацией. По принципам своего устройства компьютер - это модель человека, работающего с информацией.

Персональный компьютер (ПК) — это  компьютер, предназначенный для  обслуживания одного рабочего места. По своим характеристикам он может  отличаться от больших ЭВМ, но функционально  способен выполнять аналогичные  операции. По способу эксплуатации различают настольные (desktop), портативные (laptop и notebook) и карманные (palmtop) модели ПК.

Аппаратное обеспечение. Поскольку компьютер предоставляет все три класса информационных методов для работы с данными (аппаратные, программные и естественные), принято говорить о компьютерной системе как о состоящей из аппаратных и программных средств, работающих совместно. Узлы, составляющие аппаратные средства компьютера, называют аппаратным обеспечением. Они выполняют всю физическую работу с данными: регистрацию, хранение, транспортировку и преобразование как по форме, так и по содержанию, а также представляют их в виде, удобном для взаимодействия с естественными информационными методами человека. Совокупность аппаратных средств компьютера называют его аппаратной конфигурацией. Программное обеспечение. Программы могут находиться в двух состояниях: активном и пассивном. В пассивном состоянии программа не работает и выглядит как данные, содержательная часть которых - сведения. В этом состоянии содержимое программы можно «читать» с помощью других программ, как читают книги, и изменять. Из него можно узнать назначение программы и принцип ее работы. В пассивном состоянии программы создаются, редактируются, хранятся и транспортируются. Процесс создания и редактирования программ называется программированием. Когда программа находится в активном состоянии, содержательная часть ее данных рассматривается как команды, согласно которым работают аппаратные средства компьютера. Чтобы изменить порядок их работы, достаточно прервать исполнение одной программы и начать исполнение другой, содержащей иной набор команд. Совокупность программ, хранящихся на компьютере, образует его программное обеспечение. Совокупность программ, подготовленных к работе, называют установленным программным обеспечением. Совокупность программ, работающих в тот или иной момент времени, называют программной конфигурацией.

Устройство компьютера. Любой компьютер (даже самый большой)состоит из четырех частей: •устройства ввода информации •устройства обработки информации •устройства хранения •устройства вывода информации.

26) Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного запоминающих устройств, внешних запоминающих устройств и периферийных устройств. Типовые архитектуры: 1) Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) – одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд – программа. Это однопроцессорный компьютер. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью. 2) Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи. Структура такой машины, имеющей общую оперативную память и несколько процессоров. 3)Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе. 4)Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе - то есть по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных.

27) Микропроцессор – представляет собой интегральную схему – тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы реализующие все функции процессора. Основные устройства компьютера: - микропроцессор - память компьютера (внутренняя и внешняя) - устройства ввода информации - устройства вывода информации - устройства передачи и приема информации. Системный блок содержит такие основный устройства ПК как системная плата с процессором и ОП, накопители на магнитных дисках, CD-ROM, блок питания.

Материнская (системная) плата –  основной аппаратный компонент где находятся разъемы для установки микропроцессора, оперативной памяти, кварцевый резонатор, базовая система ввода-вывода BIOS, вспомогательные микросхемы, интерфейс ввода-вывода (последовательный порт, параллельный порт, интерфейс клавиатуры, дисковый интерфейс и тд.) и шина.

Часть технического обеспечения, конструктивно  отделенных от основного блока компьютера называют периферийными (устройства ввода-вывода). Процессор (Микропроцессор, chip-кристалл) – это основной рабочий компонент компьютера, который: - выполняет арифметические и логические операции; - управляет вычислительным процессом; - координирует работу всех устройств компьютера. Реализуется процессор в виде сверх большой интегральной схемы (СБИС) на которой размешаются десятки миллионов функциональных элементов. В общем случае центральный процессор содержит: 1) Арифметико-логическое устройство - часть процессора, выполняющая машинные команды 2) Устройство управления – часть процессора, выполняющая функции управления устройствами компьютера 3) Шины данных и шины адресов (на физическом уровне) – много проводные линии с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шины данных и шину управления: Шина адреса предназначена для передачи адреса того устройства (или той ячейки памяти), к которому обращается процессор. По шине данных передаётся  вся информация при записи и считывании. По шине управления передается управляющий сигнал. Процесс взаимодействия процессора и памяти сводится к двум операциям – записи и считывания информации. При записи процессор по специальным проводникам (шина адреса) передает биты, кодирующие адрес, по  другим проводникам – управляющий сигнал «запись», и еще по другой группе проводников (шины данных) передает записываемую информацию. При чтении по шине адреса передается соответствующий адрес оперативной памяти (ОП), а с шины данных считывается нужная информация. 4) Регистры - ячейки памяти, которые служат для кратковременного хранения и преобразования данных и команд. На физическом уровне регистр – совокупность триггеров, способных хранить один двоичный разряд и связанных между собой общей системой управления. 5) Счетчик команд – регистр управляющего устройства компьютера содержимое, которого соответствует адресу очередной выполняемой команды. Счетчик команд служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти. 6) Кэш память  - очень быстрая память малого объема служит для увеличения производительности компьютера, согласования работы устройств различной скорости. Кэш-память может быть встроена сразу в процессор или размещаться на материнской плате. 7) Сопроцессор – вспомогательный процессор, предназначенный для выполнения математических и логических действий. Использование сопроцессора позволяет ускорить процесс обработки информации компьютером.

28) Память компьютера.

-Внутренняя память: 1.Оперативная память 2.Постоянная память

-Внешняя память: 1.Различные виды носителей информации, их характеристики 2.Жёсткие магнитные диски 3.Накопители на компакт-дисках и DVD Внутренняя память.  Оперативная память. В состав внутренней памяти входит оперативная память, кэш-память и постоянная 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.

1. Оперативная память представляет  собой множество ячеек, причём, каждая имеет свой уникальный  адрес. Каждая ячейка памяти  имеет объём 1 байт.  Оперативная  память обладает двумя свойствами: дискретность и адресуемость.  Оперативная память используется  только для временного хранения  данных и програм, так как когда машина выключается, всё, что находилось в ОЗУ пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой — это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес. Важная характеристика модулей памяти — время доступа к данным (нс). 2.Постоянная память. ВIOS (постоянная память). В компьютере имеется также и постоянная память, в которую данные занесены при изготовлении. Как правило, эти данные не могут быть изменены, выполняемые на компьютере программы могут только их считывать. В компьютере в постоянной памяти хранятся программы для проверки оборудования компьютера, инициирования загрузки ОС и выполнения базовых функций по обслуживанию устройств компьютера. Поскольку большая часть этих программ связана с обслуживанием ввода-вывода, часто содержимое постоянной памяти называется ВIOS. В ней содержится также программа настройки конфигурации компьютера (SЕТИР). Она позволяет установить некоторые характеристики устройств компьютера (типы видеоконтроллера, жестких дисков и дисководов для дискет.  3.CMOS (полупостоянная память). Кроме обычной оперативной памяти и постоянной памяти, в компьютере имеется также небольшой участок памяти для хранения параметров конфигурации компьютера. Его часто называют CMOS -памятью, поскольку эта память обычно выполняется по технологии, обладающей низким энергопотреблением. Содержимое CMOS -памяти не изменяется при выключении энергопитания компьютера, поскольку для ее электропитания используется специальный аккумулятор. Внешняя память. Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных и целостность её содержимого не зависит от того, включён или выключен компьютер. В отличии от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:   В состав внешней памяти компьютера входят: -накопители на жёстких магнитных дисках; -накопители на компакт-дисках; -накопители на магнитооптических копакт-дисках; -накопители на магнитной ленте и др. Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Обычно устанавливают однозначное соответсвтие между двоичной информацией и ориентацией магнитных дисков. Информация записывается по концетрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Жёсткие магнитные диски. Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD - Hard Drive Disk) или винчестер — это наиболее массовое запомниающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые аллюминевые пластины - плоттеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для хранения информации — программ и данных. Винчестер связан с процессором через контроллёр жёсткого диска. Все современные накопители снабжаются встроенным кэшем, который существенно повышает их производительность. Накопители на компакт-дисках и DVD СD-ROM состоит из прозрачной полимерной основы диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм. Одна сторона покрыта тонким аллюминиевым слоем защищённым от повреждения слоем лака. Двоичная информация представляется последовательным чередованием углублений (pits - ямки) и основного слоя (land - земля).

29) Теpмин периферия (от греческого periphъreia - окружность) - устройства, связывающие компьютер с внешним миром. Список периферийных устройств, делающих компьютер "вещью для нас", практически неограничен. Сюда же часто ошибочно относят мониторы. Периферийные устройства также называют внешними. Второе определение периферии - это устройства, с помощью которых информация может или вводится в компьютер, или же может выводится из него. Условно периферийные устройства можно разделить на: Основные, без которых работа компьютера практически невозможна; Прочие, которые подключаются при необходимости; К основным устройствам относятся устройства управления курсором и отчасти модемы (для терминалов и бездисковых станций). Практически к ПК можно подключить любые устройства, которые могут вырабатывать электрические сигналы и/или ими управляться. Периферийные устройства подключаются к компьютеру через внешние интерфейсы или с помощью специализированных адаптеров или контроллеров. Средством стыковки какого-либо устройства и какой-либо шины компьютера является адаптер и контроллер. Периферийные устройства: Устройства ввода-вывода, Связь с сотовым телефоном, Аксессуары к ПК, Колонки & наушники,  Игровые устройства, Цифровая техника, CompactFlash, Накопители, Планшеты, Принтеры,  Сканеры, Модемы, Сеть и ее аппаратура, Проекторы , UPS-ы.

30) Под программным обеспечением  понимается совокупность программ, выполняемых вычислительной системой.

К программному обеспечению относится  также вся область деятельности по проектированию и разработке ПО.

- Технология проектирования программ; - Методы тестирования программ; - Методы доказательства правильности программ;

- Анализ качества работы программ; - Документирование программ; - Разработка и использование программных средств, облегчающих процесс проектирования программного обеспечения, и многое другое. Программное обеспечение – неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданным для него ПО. Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области применения. Все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютерах программах. Программное обеспечение современных компьютеров включает миллионы программ – от игровых до научных. Классификация ПО Программы,  работающие на компьютере, можно разделить на три категории: -  прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ: редактирование текстов, рисование картинок, обработка информационных массивов и т. д.; -  системные программы, выполняющие различные вспомогательные функции, например создание копии используемой информации, выдачу справочной информации о компьютера, проверку работоспособности устройств компьютера и т. д.; -  Вспомогательное ПО (инструментальные системы и утилиты). Понятно, что грани между указанными тремя классами программ весьма условны, например, в состав программы системного характера может входить редактор текстов, т. е. программа прикладного характера. Прикладное ПО. Для IBM PC разработаны и используются сотни тысяч различных прикладных программ для различных применений. Наиболее широко применяются программы: q   подготовки текстов (документов) на компьютере – редакторы текстов; q  подготовки документов типографского качества – издательские системы; q  обработки табличных данных – табличные процессоры; q  обработки массивов информации – системы управления базами данных.