Технические средства информатизации
ЗАДАНИЕ:
1 Изучите материал, представленный на странице «Технические средства информатизации»
2 Изучите материал, представленный на странице «Носители информации»
2 Ответьте на вопросы теста ЗДЕСЬ
Информационные технологии – это процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления.
Технические средства информатизации (ТСИ) — это совокупность систем, машин, приборов, механизмов, устройств и прочих видов оборудования, предназначенных для автоматизации различных технологических процессов информатики, причем таких, выходным продуктом которых является информация (данные), используемая для удовлетворения информационных потребностей в разных областях деятельности общества.
Практически любые технические средства, в том числе и компьютерные, по назначению можно разделить на
— универсальные, используемые в различных областях,
— специальные, созданные для эксплуатации в специфических условиях или сферах деятельности.
Применение универсальных технических средств снижает финансовые затраты на снабжение расходными материалами и ремонт, позволяет использовать типовые решения, облегчает их освоение, эксплуатацию и др.
Существует деление ТСИ по принципу действия. В этом случае различают следующие технические средства:
— механические — приводятся в движение мускульной силой человека (тележки, пишущие машинки, раздвижные стеллажи и т. д.);
— электромеханические — используют в качестве источника движения электродвигатель (лифты и конвейеры для транспортировки носителей информации, стеллажи, электрические пишущие машинки и др.);
— электрические — применяют электрические сигналы постоянного или переменного тока, например общее и местное освещение, телефонная и радиосвязь, электрическое табло, датчики электрических сигналов;
— электронные — различные виды вычислительной техники, телевизоры и промышленное телевидение, электронные датчики сигналов, звуковые колонки, модемы и т. п.;
— электронно-механические — проигрыватели и плееры, магнитофоны, видеомагнитофоны и видеоплееры, CD-проигрыватели, музыкальные центры и др.;
— фотооптические — используют фотоэффект для получения изображений, например фото- и киноаппараты, микрофильмирующие устройства, фотонаборные машины, проекторы, фотооптические датчики сигналов. К ним можно отнести технические средства, использующие лазерные устройства: копиры, принтеры, сканеры, CD-проигрыватели, факсимильные аппараты и др.;
— пневматические — например стеллажи и подъемники.
По назначению ТСИ подразделяют на:
— связи и телекоммуникации,
— аудио- и видеотехнические.
К средствам транспортирования относят: тележки, ленточные и иные конвейеры и транспортеры, лифты, автотранспорт.
Копировально-множительные средства включают в себя полиграфическое оборудование, копиры (ксероксы), ризографы, средства оргтехники (пишущие машинки, ламинаторы, брошураторы, нумераторы, штемпелеватели, степлеры) и т. п.
В зависимости от выполняемых функций все ТСИ можно разделить на шесть групп.
1. Устройства ввода информации:
■ местоуказания (мышь, световое перо, трекбол, графический планшет, джойстик);
■ мультимедиа (графика — сканер и цифровая фотокамера; звук — магнитофон, микрофон; видео — веб-камера, видеокамера).
2. Устройства вывода информации:
■ мультимедиа (графика — принтер, плоттер; звук — наушники, акустические системы; видео — видеомагнитофон, видеокамера).
3. Устройства обработки информации:
4. Устройства передачи и приема информации:
■ сетевой адаптер (сетевая плата).
5. Многофункциональные устройства:
6. Устройства хранения информации.
Как следует из приведенной классификации, большая часть современных ТСИ в той или иной мере связана с ПК.
Устройства ввода и вывода информации являются непременным и обязательным элементом любой ЭВМ, начиная с самой первой и заканчивая современными ПК, поскольку именно эти устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с вычислительной системой.
Все устройства ввода (вывода) компьютера относятся к периферийным устройствам, т. е. подключаемым к микропроцессору через системную шину и соответствующие контроллеры. На сегодняшний день существуют целые группы устройств (например, устройства местоуказания, мультимедиа), которые обеспечивают эффективную и удобную работу пользователя.
Главным устройством вычислительной машины является микропроцессор, обеспечивающий в наиболее общем случае управление всеми устройствами и обработку информации. Для решения специфических задач, например математических вычислений, современные ПК оснащаются сопроцессорами. Эти устройства относятся к устройствам обработки информации.
Устройства передачи и приема информации (устройства связи) являются непременными атрибутами современных информационных систем, все больше приобретающих черты распределенных информационных систем, в которых информация хранится не в одном месте, а распределена в пределах некоторой сети.
Модем (модулятор-демодулятор) — устройство, преобразующее информацию в такой вид, в котором ее можно передавать по телефонным линиям связи. Внутренние модемы имеют PCI-интерфейс и подключаются непосредственно к системной плате. Внешние модемы подключаются через порты COM или USB.
Сетевой адаптер (сетевая плата) — электронное устройство, выполненное в виде платы расширения (может быть интегрирован в системную плату) с разъемом для подключения к линии связи.
Многофункциональные устройства стали появляться сравнительно недавно. Отличительная особенность этих устройств заключается в сочетании целого ряда функций (например, сканирование и печать или печать и брошюровка печатных копий) по автоматизации действий пользователя.
Современные технические средства информатизации в общем случае можно представить в виде информационно-вычислительного комплекса, содержащего собственно компьютер с его основными устройствами, а также дополнительные, или периферийные устройства. Классификация технических средств информатизации дана на рис. 1.1.
Классификация технических средств информатизации
Технические средства информатизации – это совокупность систем, машин, приборов, механизмов, устройств и прочих видов оборудования, предназначенных для автоматизации различных технологических процессов информатики, причем таких, выходным продуктом которых является информация (данные), используемые для удовлетворения информационных потребностей в разных областях деятельности общества.
Все технические средства информатизации в зависимости от выполняемых функций можно разделить на шесть групп:
1. Устройства ввода информации:
2. Устройства вывода информации:
3. Устройства обработки информации:
4. Устройства передачи и приема информации:
5. Многофункциональные устройства:
6. Устройства хранения информации
Как следует из приведенной выше классификации, большая часть современных технических средств информатизации в той или иной мере связана с ЭВМ – персональными компьютерами (ПК).
Устройства ввода и вывода являются непременным и обязательным элементом любой ЭВМ, начиная с самой первой и заканчивая современными ПК, поскольку именно эти устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с вычислительной системой.
Устройства передачи и приема информации (или устройства связи) являются непременными атрибутами современных информационных систем, которые все больше приобретают черты распределенных информационных систем, в которых информация хранится не в одном месте, а распределена в пределах некоторой сети.
Модем (модулятор-демодулятор) – устройство, преобразующее информацию в такой вид, в котором ее можно передавать по телефонным линиям связи. Внутренние модемы имеют PCI-интерфейс и подключаются непосредственно к системной плате. Внешние модемы подключаются через порты COM или USB.
Сетевой адаптер (сетевая плата) – электронное устройство, выполненное в виде платы расширения (может быть интегрирован в системную плату) с разъемом для подключения к линии связи.
Устройства хранения информации занимают не последнее место среди всех технических средств информатизации, поскольку используются для временного (непродолжительного) или длительного хранения обрабатываемой и накапливаемой информации.
Многофункциональные устройства стали появляться сравнительно недавно. Отличительная особенность этих устройств заключается в сочетании целого ряда функций (например, сканирование и печать или печать и брошюровка печатных копий, и т.д.) по автоматизации действий пользователя.
Технические средства информатизации
Вычислительные машины, системы, сети и комплексы
Все технические средства информатизации в зависимости от выполняемых функций можно разделить на шесть групп:
Устройства ввода и вывода являются непременным и обязательным элементом любой ЭВМ, начиная с самой первой и заканчивая современными ПК, поскольку именно эти устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с вычислительной системой.
Все устройства ввода / вывода персонального компьютера относятся к периферийным устройствам, т.е. подключаемым к микропроцессору через системную шину и соответствующие контроллеры. На сегодняшний день существуют целые группы устройств (например, устройства местоуказания, мультимедиа), которые обеспечивают эффективную и удобную работу пользователя.
Главным устройством вычислительной машины является микропроцессор, обеспечивающий в наиболее общем случае управление всеми устройствами и обработку информации. Для решения специфических задач, например, математических вычислений современные персональные компьютеры оснащаются сопроцессорами. Эти устройства относятся к устройствам обработки информации.
Устройства передачи и приема информации (или устройства связи) являются непременными атрибутами современных информационных систем, которые все больше приобретают черты распределенных информационных систем, в которых информация хранится не в одном месте, а распределена в пределах некоторой сети.
Устройства хранения информации занимают не последнее место среди всех технических средств информатизации, поскольку используются для временного (непродолжительного) или длительного хранения обрабатываемой и накапливаемой информации.
Многофункциональные устройства стали появляться сравнительно недавно. Отличительная особенность этих устройств заключается в сочетании целого ряда функций (например, сканирование и печать или печать и брошюровка печатных копий, и т.д.) по автоматизации действий пользователя.
В последнее время, это понятие чаще всего ассоциируется с различными видами компьютерных систем. Тем не менее, вычислительные механизмы появились задолго до того, как заработал первый компьютер.
Ещё в 1623 году немец Вильгельм Шиккард (нем. Wilhelm Schickard) создал так называемые «Считающие часы», которые сегодня принято считать первым автоматическим калькулятором. В письмах к Иоганну Кеплеру Шикард объяснял, как можно использовать его машину для расчёта астрономических таблиц. Машина Шикарда умела складывать и вычитать шестизначные числа, оповещая звонком о переполнении. Более сложные вычисления выполнялись с помощью набора костяшек Непера, установленного на корпусе механизма. Оригинал машины был потерян при пожаре ещё до начала двадцатого столетия. В 1960 году на основе сохранившихся чертежей была построена копия этого вычислителя, подтвердившая его существование и работоспособность.
В 1642 году машину, помогающую в сложении чисел изобрёл французский учёный Блез Паскаль. «Паскалина», как назвал свою конструкцию изобретатель, представляла собой механическое устройство в виде ящичка, наполненного многочисленными шестерёнками. Складываемые числа вводились в машину за счёт соответствующего поворота наборных колёсиков. На каждом из этих колёсиков, соответствовавших одному десятичному разряду, были нанесены деления с цифрами от 0 до 9. При вводе числа колёсики прокручивались до соответствующей цифры. При завершении полного оборота избыток над цифрой 9 переносился на соседний разряд (на 1 позицию сдвигалось соседнее колесо) и так далее. «Машина Паскаля» позволяла выполнять не только сложение, но и другие операции, однако при этом требовала применения довольно неудобной процедуры повторных сложений.
В 1820 году француз Тома де Кальмар наладил промышленный выпуск арифмометров.
Разработанная в 1823 году разностная машина англичанина Чарльза Бэббиджа предназначалась для расчётов математических таблиц.
Изучение работ Бэббиджа и его советы помогли шведскому изобретателю Перу Георгу Шойцу (швед. Georg Scheutz), начиная с 1854 года, построить несколько разностных машин, а в 1859 году даже продать одну из них канцелярии английского правительства.
Ещё одна «Разностная машина», построенная вскоре Мартином Вибергом (швед. Martin Wiberg), также была в своей основе улучшенной версией машины Чарльза Бэббиджа и использовалась для расчёта и публикации печатных логарифмических таблиц.
К 1890 году американцем Германом Холлеритом была разработана электрическая табулирующая система, которая использовалась в переписях населения США в 1890 и 1900 годах.
В 1938 году немецкий инженер Конрад Цузе на квартире родителей построил свою первую машину, названную Z1. Это была пробная модель полностью механической программируемой цифровой вычислительной машины. В том же году Цузе приступил к созданию машины Z2. А в 1941 году Цузе создаёт первую вычислительную машину, обладающую всеми свойствами современного компьютера Z3.
Вычислительные системы, построенные на основе специализированных комплексов, начали интенсивно разрабатываться с конца 60-х годов. В таких системах использовалась процессоры со специализированными системами команд, конфигурация комплексов жестко ориентировалась на конкретный класс задач. В последнее десятилетие начались исследования и разработки адаптивных вычислительных систем, гибко приспосабливающихся к решаемым задачам. Адаптация вычислительной системы с целью приспособления ее к структуре реализуемого алгоритма достигается за счет изменения конфигурации системы. При этом соединения между процессорами, а также модулями памяти и периферийными устройствами устанавливаются динамически в соответствии с потребностями задач, обрабатываемых системой в текущий момент времени. В связи с этим адаптивные вычислительные системы иначе называются системами с динамической структурой. За счет адаптации достигается высокая производительность в широком классе задач и обеспечивается устойчивость системы к отказам. Поэтому адаптивные системы рассматриваются как одно из перспективных направлений развития систем обработки данных.
Начиная с 60-х годов для повышения надежности и производительности СОД, несколько ЭВМ связывались между собой, образуя многомашинный вычислительный комплекс.
Классификация ТСИ
Все технические средства информатизации в зависимости от выполняемых функций можно разделить на шесть групп:
Устройства ввода и вывода являются непременным и обязательным элементом любой ЭВМ, начиная с самой первой и заканчивая современными ПК, поскольку именно эти устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с вычислительной системой.
Все устройства ввода/вывода персонального компьютера относятся к периферийным устройствам, т.е. подключаемым к микропроцессору через системную шину и соответствующие контроллеры. На сегодняшний день существуют целые группы устройств (например, устройства местоуказания, мультимедиа), которые обеспечивают эффективную и удобную работу пользователя.
Главным устройством вычислительной машины является микропроцессор, обеспечивающий в наиболее общем случае управление всеми устройствами и обработку информации. Для решения специфических задач, например, математических вычислений современные персональные компьютеры оснащаются сопроцессорами. Эти устройства относятся к устройствам обработки информации.
Устройства передачи и приема информации (или устройства связи) являются непременными атрибутами современных информационных систем, которые все больше приобретают черты распределенных информационных систем, в которых информация хранится не в одном месте, а распределена в пределах некоторой сети.
Устройства хранения информации занимают не последнее место среди всех технических средств информатизации, поскольку используются для временного (непродолжительного) или длительного хранения обрабатываемой и накапливаемой информации.
Многофункциональные устройства стали появляться сравнительно недавно. Отличительная особенность этих устройств заключается в сочетании целого ряда функций (например, сканирование и печать или печать и брошюровка печатных копий, и т.д.) по автоматизации действий пользователя.
ТСИ в общем случае можно представить в виде информационно-вычислительного комплекса, содержащего собственно компьютер с его основными устройствами, а также дополнительные, или периферийные устройства.
К числу основных устройств персонального компьютера, располагающихся в его системном блоке, относят материнскую плату, процессор, видеоадаптер (видеокарту), звуковую карту, средства обработки видеосигнала, оперативную память, TV-тюнер. В системном блоке располагаются также приводы и дисководы для накопителей информации различных типов: на гибких и жестких дисках, компакт-дисках типа CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.
Все разнообразие функций, выполняемых периферийными устройствами при решении различных задач, можно разделить на несколько групп, как показано на рис. 1.1.
Устройства отображения информации служат для обработки видеоинформации и ее представления для визуального восприятия. Это прежде всего мониторы, изготовленные на базе широкого спектра современных технологий. Формирование объемных изображений осуществляется с помощью шлемов виртуальной реальности, 3D-очков и 3D-мониторов различного принципа действия. Для решения задач, связанных с демонстрацией информации на экране для большой аудитории, применяют оверхед-проекторы, жидкокристаллические панели и мультимедийные проекторы.
Для обеспечения взаимосвязи между компьютером и устройством отображения информации служит видеоадаптер, выполняющий преобразование цифрового сигнала, циркулирующего внутри ПК, в аналоговые электрические сигналы, подаваемые на монитор. Для компьютерной обработки сигналов таких устройств, как телевизионный тюнер, видеомагнитофон, видеокамера, т.е. преобразования их из аналоговой в цифровую форму, применяют специальные средства обработки видеосигнала, например, видеобластер.
Звуковая и акустическая системы компьютера обеспечивают обработку и воспроизведение аудиоинформации.
Устройства ввода информации представляют собой совокупность устройств управления и ввода данных. Эти функции выполняют клавиатура, мышь, джойстик. Для ввода информации в ПК все более широко применяются световое перо, сканер, цифровая камера, дигитайзер. Особым разнообразием конструктивных решений отличаются сканеры. Они бывают планшетные, роликовые, барабанные, проекционные, ручные и многофункциональные.
Печатающие устройства (принтеры) служат для вывода на твердые, как правило, бумажные носители текстовой информации. По принципу действия принтеры весьма разнообразны: ударные, струйные, лазерные, светодиодные, термические. Для вывода графической информации в виде чертежей используют плоттеры. Функционирование пишущих блоков плоттеров основано на тех же принципах, что и принтеров, а по конструкции они подразделяются на планшетные и рулонные.
Средства телекоммуникаций предназначены для дистанционной передачи информации. К ним относятся пейджеры, радиотелефоны, персональные терминалы для спутниковой связи, обеспечивающие передачу звуковой и текстовой информации. Факсимильные аппараты, осуществляющие процесс дистанционной передачи изображения и текста, подразделяются на термографические, электрографические, струйные, лазерные, фотографические, электрохимические и электромеханические. Модемы в основном используются для обмена информацией между компьютерами через телефонную линию и конструктивно выполняются как внешними, функционирующими автономно, так и внутренними, встраиваемыми в аппаратуру.
БЕЛОРУССКИЙ ИНСТИТУТ ПРАВОВЕДЕНИЯ
ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ
И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Электронные вычислительные машины.
Персональные компьютеры
Минск
2004
БЕЛОРУССКИЙ ИНСТИТУТ ПРАВОВЕДЕНИЯ
А.И.Бородина, Л.И.Крошинская, О.Л.Сапун
И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Электронные вычислительные машины.
Электронные вычислительные машины.
Персональные компьютеры
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
краткая аннотация
Рассматриваются основы организации и функционирования ЭВМ. Дается описание основных элементов процесса вычислений. Приводится классификация ЭВМ по различным признакам. Рассматриваются вопросы классификации персональных ЭВМ, характеристика основных и дополнительных устройств персонального компьютера.
1. Организация
и основы функционирования ЭВМ
Среди всех изобретений человека трудно найти другое, развивающееся столь же динамично, как вычислительная техника. Конструкция вычислительной машины создавалась с учетом тех действий, которые выполняет человек при обработке информации. В самом деле, любому процессу вычислений, который производится человеком, свойственны следующие основные элементы: хранение информации, обработка информации, управление вычислительным процессом.
Хранение информации. Здесь под информацией подразумеваются исходные данные, промежуточные и окончательные результаты счета, а также формулы и способ счета, различного рода условия и т.п. Эта информация человеком частично запоминается, частично записывается на бумаге. Часть информации берется из различных справочников и таблиц. Память человека, бумага, справочники и таблицы являются различными видами запоминающих устройств.
Обработка информации. При обработке информации производится обмен информацией между устройством, предназначенным для выполнения арифметических действий, и запоминающим устройством: исходные данные с листа бумаги переносятся в машину, а затем результат вычислений снова записывается на бумаге или запоминается человеком.
Управление вычислительным процессом. В соответствии с планом вычислений человек производит вычислительные операции в определенной последовательности, каждый раз, решая, какие данные, в каком порядке обрабатывать. Автоматически управляемая вычислительная машина должна быть устроена так, чтобы все перечисленные элементы процесса вычислений осуществлялись в ней без участия человека во время ее работы. В соответствии с этим требованием вычислительная машина должна содержать различные устройства, осуществляющие эти элементы процесса вычислений.
В каждой вычислительной машине должна быть обеспечена возможность сообщить машине (поместить в нее) все необходимое для решения задачи. Чтобы иметь такую возможность, нужно специальное устройство, позволяющее воспринимать информацию из внешнего мира и передать ее в машину. Такое устройство называется устройством ввода.
Информация, которая посредством устройства ввода передается в вычислительную машину, попадает в устройство, которое по аналогии с человеческой памятью называют обычно памятью машины. Иногда слово «память» заменяют словом «запоминающее устройство».
Любая электронная цифровая вычислительная машина имеет оперативную и внешнюю память. Здесь есть аналогия с памятью человека. Несмотря на то, что мозг человека является отличной памятью, мы не можем им ограничиться. Все, что по каким-либо причинам трудно или не нужно держать в памяти, люди фиксируют на бумаге (в виде записных книжек, справочников, книг и др.).
Оперативная память разбивается на части – ячейки памяти. Ячейка – это участок памяти машины, предназначенный для хранения информации, которой может быть либо команда, либо число, либо набор символов, являющихся частью обрабатываемого текста. То есть память можно представить в виде запоминающей среды, состоящей из множества ячеек. Разбиение памяти на ячейки является условным и вызвано удобством обращения к ней. В действительности же ячейки памяти, как правило, не является каким-либо самостоятельным устройством машины.
Информация, записанная в некоторую ячейку, хранится в ней до тех пор, пока в эту же ячейку не будет записана новая информация. При этом все, что хранилось до этого момента в данной ячейке, автоматически уничтожается (стирается). При считывании информации, хранящейся в некоторой ячейке, эта информация продолжает оставаться в ней, т.е. из памяти выдается как бы «копия» данного слова для передачи ее в другие устройства машины, сам же «оригинал» продолжает храниться на прежнем месте.
Расположение информации в памяти определяется адресами (номерами) полей памяти. Каждый адрес служит именем ячейки.
В современных моделях ЭВМ выделяют еще постоянную память (постоянное запоминающее устройство). Постоянная память (ПЗУ) характеризуется тем, что запись информации в ней выполняется на предприятии-изготовителе, после чего любые изменения состояния памяти становятся невозможными.
Но основная цель машины – переработка информации, производство вычислительных и других действий. Устройство машины, предназначенное для этой цели, называется арифметическим устройством. Арифметическое устройство обладает способностью получать информацию, например, в виде чисел, из памяти, производить некоторые операции и отправлять полученные результаты обратно в память.
Однако недостаточно ввести в машину числа, произвести над ними требуемые операции. Нужно, чтобы с этими результатами мог познакомиться человек, иначе работа вычислительной машины теряет смысл. Значит, необходимо каким-то образом преобразовать информацию в доступную для восприятият человеком. Для этой цели в вычислительных машинах предусматривается специальное устройство, которое называется устройством вывода. С помощью устройства вывода обеспечивается передача результатов работы вычислительной машины во внешний мир.
Для связи пользователя с машиной предусмотрена клавиатура. С помощью клавиатуры можно вмешаться в работу и выполнить некоторые другие действия.
Вопросы для самоконтроля
2. Классическая структурная схема ЭВМ и назначение ее основных узлов
В функциональном отношении любая ЭВМ состоит из элементов – узлов и устройств.
Элемент – функциональная единица ЭВМ, выполняющая элементарную операцию над одной или несколькими цифрами и представляющая собой законченную электрическую схему. Примерами могут служить логические элементы, выполняющие функции алгебры-логики: И, ИЛИ, НЕ и др.
Узел – функциональная единица ЭВМ, состоящая из элементов и выполняющая операции над одним или несколькими числами или словами. Примерами могут служить сумматоры, счетчики, дешифраторы и др.
Устройство – функциональная единица ЭВМ, состоящая из элементов и узлов и выполняющая арифметические и логические операции, операции ввода-вывода данных и управления ходом вычислительного процесса. Например арифметические и запоминающие устройства, устройство управления, внешние устройства и другие.
Электронная вычислительная машина – это совокупность устройств, способных выполнять разнообразные арифметические, логические операции и др. без участия человека. Структура вычислительной машины – это отображение состава устройств машины и путей обмена информации между устройствами.
Первая ЭВМ была разработана в 1943 г., быстродействие такой ЭВМ было 5 000 операций сложения в секунду, весила она более 30 тонн и энергии потребляла в 1 000 раз больше, чем персональный компьютер. Состояла она из 18 000 электронных ламп.
Технология изготовления ЭВМ постоянно изменялась, но на протяжении большей части своего существования ЭВМ сохраняла архитектуру, предложенную в 40-х гг. XX в. выдающимся математиком Джоном фон Нейманом. Согласно этой модели все оборудование вычислительной машины разбивается на пять главных элементов:
Модель фон Неймана легла в основу практически всех созданных компьютеров. Джон фон Нейман сформулировал следующие основные принципы функционирования ЭВМ:
Одной из главных концепций Джона фон Неймана была концепция хранимой программы: программа хранится в памяти машины точно так же, как и числа. Это позволяет оперировать с закодированной в двоичном коде программой так же, как и с числами, что дает возможность изменять программу по ходу ее выполнения (этот процесс называется переадресацией).
Джон фон Нейман внес фундаментальный вклад в развитие идей конструирования ЭВМ и программирования. В 1947 г. по его идеям разрабатывались английские машины ЭДВАК и ЭДСАК, а в 1951г. – СЕАК и УНИАК (США). Это был поворотный пункт истории, с которого началось стремительное развитие вычислительной техники. В дальнейшем такие ЭВМ развивались достаточно быстро благодаря использованию новейших достижений науки и техники (рис.1).
Рис.1. Основные элементы ЭВМ
Основными элементами ЭВМ являются:
Процессор выполняет логические и арифметические операции, определяет порядок выполнения операций. Процессор работает под управлением программы. В состав процессора входят:
Арифметико-логическое устройство осуществляет арифметические и логические операции над данными.
Устройство управления отвечает за порядок выполнения команд, из которых состоит программа.
В регистрах общего назначения сохраняются промежуточные результаты расчетов.
Кэш-память служит для повышения быстродействия процессора.
Память предназначена для записи, хранения, выдачи данных. Существуют следующие виды памяти:
Оперативная память
(ОЗУ) используется для кратковременного хранения изменяемой в процессе выполнения процессором вычислительной операции. ОЗУ используется для хранения программ пользователя, исходных данных, выходных и промежуточных данных. При выключении ЭВМ информация, которая хранилась в ОЗУ, теряется.
Постоянная память (ПЗУ) используется для хранения не изменяющейся при работе ЭВМ информации. Такой информацией является, например, тестовая программа, которая стартует при включении ЭВМ и проверяет работоспособность всех устройств, как внутренних, так и внешних, драйверы устройств и др.
Внешняя память (ВЗУ) предназначена для долговременного хранения информации. К устройствам внешней памяти относятся накопители на магнитной ленте, накопители на жестких дисках (винчестер), накопители на гибких дисках (дискеты), накопители на оптических дисках и т.д..
Системная шина используется для передачи информации между процессором и остальными устройствами ЭВМ. Она состоит из:
Данные (в качестве данных могут выступать программы и команды) пересылаются по шине данных по адресам, которые указаны на адресной шине. Шина управления отслеживает, чтобы данные при перемещении не мешали друг другу и перемещались по очереди.
Устройства ввода информации предназначены для ввода информации (данных и команд) с внешнего носителя в память компьютера. К таким устройствам относятся:
Устройства вывода информации осуществляют вывод информации на внешние устройства. К ним относятся:
Вопросы для самоконтроля
3. Классификация ЭВМ
Существует много методов классификации компьютеров, среди которых наиболее распространенным является методов классификации компьютеров по габаритам. По этому принципу различают:
Большие ЭВМ. Это самые мощные компьютеры. Их применяют для обслуживания очень крупных организаций и целых отраслей народного хозяйства. За рубежом компьютеры этого класса называют мэйнфрэймами (mainframe). В России за ними закрепился термин большие
ЭВМ. На базе таких суперкомпьютеров создают вычислительные
центры, включающие несколько отделов или групп. Штат обслуживания большой ЭВМ составляет до многих десятков человек.
Несмотря на широкое распространение персональных компьютеров, роль больших ЭВМ не снижается. Они отличаются высокой стоимостью оборудования и обслуживания, поэтому работа таких суперкомпьютеров организована по непрерывному циклу. Наиболее трудоемкие и продолжительные вычисления планируют на ночные часы, когда количество обслуживающего персонала минимально. При этом для повышения эффективности компьютер работает одновременно с несколькими задачами и, соответственно, с несколькими пользователями. Он поочередно переключается с одной задачи на другую. Такое распределение ресурсов вычислительной системы носит название принципа разделения времени.
Мини-ЭВМ.
От больших ЭВМ компьютеры этой группы отличаются уменьшенными размерами и, соответственно, меньшими производительностью и стоимостью. Такие компьютеры используются крупными предприятиями, научными учреждениями, банками и некоторыми высшими учебными заведениями, сочетающими учебную работу с научной. На промышленных предприятиях мини-ЭВМ управляют производственными процессами. Для организации работы с мини-ЭВМ тоже требуется специальный вычислительный центр, хотя и не такой многочисленный, как для больших ЭВМ.
Микро-ЭВМ. Организации, использующие микро-ЭВМ, обычно не создают вычислительных центров. Для обслуживания такого компьютера им достаточно небольшой вычислительной лаборатории в составе нескольких человек.
Несмотря на относительно невысокую производительность по сравнению с большими ЭВМ, микро-ЭВМ находят применение и в крупных вычислительных центрах. Там они осуществляют вспомогательные операции, для которых не имеетсмысла использовать дорогие суперкомпьютеры.
Персональный компьютер (ПК) – это компьютер, который предназначен для обслуживания одного рабочего места. Бурное развитие персональный компьютер получил в течение последних двадцати лет, так как, несмотря на свои небольшие габариты и относительно невысокую стоимость, он обладает немалой производительностью. По своим возможностям многие современные персональные модели компьютеров превосходят большие ЭВМ 70-х гг., мини-ЭВМ 80-х гг. и микро-ЭВМ первой половины 90-х гг. ПК вполне способен решать задачи большинства малых предприятий и отдельных лиц. В связи с развитием Интернета широкую популярность ПК получили после 1995г.
Вопросы для самоконтроля
4. КЛАССИФИКАЦИЯ ПерсональныХ компьютерОВ
Модели персональных компьютеров условно можно разделить на две категории: бытовые ПК и профессиональные ПК. Но в последние годы границы между профессиональными и бытовыми моделями в значительной степени стерлись. В качестве бытовых нередко используют профессиональные высокопроизводительные модели, а профессиональные модели, в свою очередь, комплектуют устройствами для воспроизведения мультимедийной информации, что ранее было характерно для бытовых устройств. Под термином мультимедиа подразумевается сочетание нескольких видов данных в одном документе (текстовые, графические, музыкальные и видеоданные) или совокупность устройств для воспроизведения этого комплекса данных.
Существуют следующие признаки классификации персональных компьютеров:
Классификация по назначению. С 1999 г. в области персональных компьютеров начал действовать международный сертификационный стандарт – спецификация РС99. Согласно этому стандарту персональные компьютеры делятся на группы, к каждой из которых предъявляются минимальные и рекомендуемые требования. Новый стандарт устанавливает следующие категории персональных компьютеров:
Согласно этому стандарту большинство персональных компьютеров попадают в категорию массовых
ПК. Для деловых ПК минимизированы требования к средствам воспроизведения графики, а к средствам работы со звуковыми данными требования вообще не предъявляются. Для портативных ПК обязательным является наличие средств для создания соединений удаленного доступа, т.е. средств компьютерной связи. В категории рабочих станций повышены требования к устройствам хранения данных, а в категории развлекательных
ПК – к средствам воспроизведения графики и звука.
Классификация по уровню специализации. По уровню специализации компьютеры делятся на:
Универсальные компьютеры решают широкий круг задач и могут быть произвольной конфигурации.
Специализированные компьютеры предназначены для решения конкретного круга задач. К таким компьютерам относятся, например, бортовые компьютеры автомобилей, судов, самолетов, космических аппаратов. Компьютеры, интегрированные в бытовую технику, например в стиральные машины, СВЧ-плиты и видеомагнитофоны, тоже относятся к специализированным.
Графические станции – это специализированные ПК, предназначенные для работы с графикой. Их используют при подготовке кино- и видеофильмов, в издательских отделах, а также для подготовки рекламной продукции.
Файловые серверы – это специализированные компьютеры, объединяющие компьютеры предприятия в одну локальную сеть.
Сетевыми
серверы — это компьютеры, обеспечивающие передачу информации между различными участниками всемирной компьютерной сети Интернет.
Грань между универсальными и специализированными компьютерами порой незначительна, так как во многих случаях с задачами специализированных компьютерных систем могут справляться и обычные универсальные компьютеры.
Классификация по типоразмерам. По типоразмерам персональные компьютеры делятся на:
Настольные модели распространены наиболее широко. Они отличаются простотой изменения конфигурации за счет несложного подключения дополнительных внешних устройств или установки дополнительных внутренних компонентов.
Портативные
модели компьютеров можно использовать в качестве средства связи. Если подключить такой компьютер к телефонной сети (при наличии модема), то можно из любой географической точки установить обмен данными между ним и центральным компьютером своей организации. Для работы в стационарных условиях портативные компьютеры не очень удобны, но их можно использовать как системный блок, подключив к нему монитор, клавиатуру, мышь настольного компьютера.
Карманные
модели позволяют хранить оперативные данные и получать к ним быстрый доступ. Некоторые карманные модели имеют жестко встроенное программное обеспечение, что облегчает непосредственную работу, но снижает гибкость в выборе прикладных программ.
Классификация по совместимости. Существует множество различных видов и типов компьютеров, которые выпускаются разными фирмами и работают с разным программным обеспечением. Поэтому очень важным вопросом становится совместимость различных компьютеров между собой. От совместимости зависят взаимозаменяемость узлов и приборов, предназначенных для разных компьютеров, возможность переноса программ с одного компьютера на другой и возможность совместной работы разных типов компьютеров с одними и теми же данными.
По аппаратной совместимости
различают так называемые аппаратные
платформы. В области ПК сегодня наиболее широко распространены две аппаратные платформы:
Принадлежность компьютеров к одной аппаратной платформе повышает совместимость между ними, а принадлежность к разным платформам – понижает.
Кроме аппаратной совместимости существуют и другие виды совместимости:
Вопросы для самоконтроля
5. Характеристика основных устройств
ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА
Персональный компьютер – универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которая считается типовой. В таком комплекте компьютер обычно поставляется. В состав базовой конфигурации входят следующие устройства:
Системный блок. Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними
или
периферийными.
По внешнему виду системные блоки различают формой корпуса. Корпуса персональных компьютеров выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении.
В состав системного блока входят:
Материнская плата. Материнская плата – основная плата персонального компьютера. На ней размещаются:
Процессор – это основная микросхема компьютера, в которой и производятся вычисления. Конструктивно процессор состоит из ячеек, данные в которых могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами.
Совокупность всех возможных команд, которые может выполнить процессор над данными, образует так называемую систему команд процессора. Процессоры, относящиеся к одному семейству, имеют одинаковые или близкие системы команд. Процессоры, относящиеся к разным семействам, различаются по системе команд.
Если два процессора имеют одинаковую систему команд, то они полностью совместимы на программном уровне. Это значит, что программа, написанная для одного процессора, может исполняться и другим процессором. Процессоры, имеющие разные системы команд, как правило, несовместимы или ограниченно совместимы на программном уровне.
Группы процессоров, имеющих ограниченную совместимость, рассматривают как семейство процессоров. Например, все процессоры Intel Pentium относятся к так называемому семейству х86. Родоначальником этого семейства был процессор Intel 8086, на базе которого собиралась первая модель компьютера IBM PC. Позже выпускались процессоры Intel 80286, Intel 80486, Intel Pentium 133, 166, Intel Pentium ММХ, Intel Celeron, Intel Pentium III, Intel Pentium IV и т.д. Для всех этих процессоров действует принцип совместимости от более позднего к более раннему, т.е. каждый новый процессор понимает все команды своих предшественников, но не наоборот.
Оперативная память (RAM – Random Access Memory) – это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. С точки зрения физического принципа действия, различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM). Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используют в качестве вспомогательной памяти (так называемой кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора.
Представление о том, сколько оперативной памяти должно быть в типовом компьютере, непрерывно меняется. В середине 80-х гг. поле памяти размером 1 Мбайт казалось огромным, в начале 90-х годов достаточным считался объем 4 Мбайт. К середине 90-х гг. он увеличился до 8 Мбайт, а затем до 16 Мбайт. Сегодня минимальным считается размер оперативной памяти 64 Мбайт, а обычным – 128 Мбайт. Очень скоро и эта величина будет превышена в несколько раз.
Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панелях, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляются в соответствующие разъемы на материнской плате.
Конструктивно модули памяти имеют два исполнения – однорядные (SIMM-модули) и двухрядные (DIMM-модули). Многие модели материнских плат имеют разъемы, как того, так и другого типа, но комбинировать на одной плате модули разных типов нельзя. SIMM-модули поставляются объемами 4, 8, 16, 32 Мбайт, а DIMM-модули – 16, 32, 64, 128 Мбайт.
Постоянная память (ПЗУ) и система BIOS. В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего – ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки. Но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения. Поэтому сразу после включения происходит считывание команд с ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). Микросхема ПЗУ длительное время хранит информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» – их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.
Комплект программ, входящих в ПЗУ, образует базовую систему ввода—вывода
(BIOS – Basic Input Output System). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS, позволяют наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.
Шины. С остальными устройствами компьютера, в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан группами проводников, которые называются шинами. Существует три основные шины: шина данных, адресная шина, командная шина. У процессоров Intel 32-разрядная адресная шина, т.е. она состоит из 32 параллельных линий. Комбинация из 32 нулей и единиц образует 32-разрядный адрес, который указывает на одну из ячеек оперативной памяти. По шине данных происходит обмен информацией между оперативной памятью и процессором. По шине команд поступают команды в процессор также из оперативной памяти, но не из той области, где хранятся данные, а из той, где хранятся программы.
Жесткий диск. Жесткий диск (винчестер) – это устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. На самом деле, это не один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся на валу с высокой скоростью. Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство – контроллер жесткого диска.
К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность. Емкость дисков зависит от технологии их изготовления. В настоящее время большинство производителей жестких дисков используют разработанную компанией IBM технологию. Теоретический предел емкости одной пластины, исполненной по этой технологии, составляет порядка 20 Гбайт. В настоящее время технологический уровень приближается к 10 Гбайт на пластину.
При обращении к жесткому диску необходимо указать его имя. Это имя С:. Независимо от конфигурации компьютера это имя жестко закреплено. Иногда для удобства работы пользователя, или когда на одном компьютере работает несколько пользователей, жесткий диск разбивают специальной программой на несколько логических дисков. Каждый пользователь может работать с выделенным для него логическим диском. Имена логических дисков – латинские буквы, следующие по алфавиту за буквой С:. Например, если винчестер разбит на два логических диска, то их имена будут С: и D:, если на три – C: D: E: и т.д.
Дисковод гибких дисков. Данные на жестком диске могут храниться годами, однако иногда требуется их перенос с одного компьютера на другой. Для небольших объемов данных используют так называемые гибкие
диски (дискеты), которые вставляют в специальный накопитель – дисковод. Имя этого дисковода А:. Это имя так же, как и имя винчестера, жестко закреплено.
Первый компьютер IBM PC был выпущен в 1981 г. К нему можно было подключить внешний накопитель, использующий односторонние гибкие диски диаметром 5,25 дюйма. Емкость диска составляла 160 Кбайт. В следующем году появились аналогичные двусторонние диски емкостью 320 Кбайт. Начиная с 1984 г. выпускались гибкие диски 5,25 дюйма высокой плотности (1,2 Мбайт). В наши дни диски размером 5,25 дюйма не используются, и соответствующие дисководы в базовой конфигурации персональных компьютеров после 1994 г. не поставляются.
Гибкие диски размером 3,5 дюйма выпускают с 1980г. В настоящее время стандартными считают диски размером 3,5 дюйма высокой плотности. Они имеют емкость 1,4 Мбайт и маркируются буквами HD (high density – высокая плотность).
Гибкие диски – ненадежные носители данных. Пыль, грязь, влага, температурные перепады и внешние электромагнитные поля могут стать причиной частичной или полной утраты записей, хранящихся на гибком диске. Поэтому использовать гибкие диски в качестве основного средства архивного хранения данных нельзя. Их в основном применяют только для транспортировки данных с одного компьютера на другой.
Дисковод компакт-дисков CD-ROM. В период 1994-1995гг. в базовую конфигурацию персональных компьютеров перестали включать дисководы гибких дисков диаметром 5,25 дюйма, но вместо них ввели накопители CD-ROM, имеющие такие же внешние размеры.
Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) переводится на русский язык как постоянное
запоминающее устройство на основе компакт-диска. Принцип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. Цифровая запись на компакт-диске отличается очень высокой плотностью, и диск может хранить примерно 650 Мбайт данных.
Большие объемы данных характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы CD-ROM относят к аппаратным средствам мультимедиа.
Основным недостатком стандартных дисководов CD-ROM является невозможность записи данных, но параллельно с ними существуют и устройства многократной записи CD-RW (Compact Disc Recorder-Writer).
Основным параметром дисководов CD-ROM является скорость чтения данных. За единицу измерения принята скорость чтения в первых серийных образцах, составляющая 150 Кбайт/с. В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства чтения CD-ROM с производительностью 32х-48х (х – единица измерения скорости, равная 150 Кбайт/с). Современные образцы устройств однократной записи имеют производительность 4х-8х, а устройства многократной записи – до 4х.
Имя дисковода для чтения компакт-диска жестко не закреплено. При установке операционной системы дисководу присваивается имя D:, если винчестер не разбит на логические диски. Если винчестер разбит на несколько логических дисков, то в качестве имени дисководу присваивается латинская буква, следующая за буквой последнего имени логического диска. Например, если винчестер разбит на два диска C: и D:, то CD-ROM имеет имя E:.
Видеокарта (видеоадаптер). Все операции, связанные с построением изображения, выделены в отдельный блок, который называется видеоадаптером. Он выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы, и называется видеокартой. В настоящее время применяются видеоадаптеры SVGA, обеспечивающие по выбору воспроизведение до 16,7 миллионов цветов с возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений (640 х 480, 800 х 600, 1024 х 768 точек и т.д.).
Звуковая карта. Звуковая карта явилась одним из наиболее поздних усовершенствований персонального компьютера. Она подключается к одному из слотов материнской платы в виде дочерней платы и выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через внешние звуковые колонки, подключаемые к выходу звуковой карты. Имеется также разъем для подключения микрофона, что позволяет записывать речь или музыку и сохранять их на жестком диске для последующей обработки и использования.
Монитор. Монитор (дисплей) – это устройство визуального представления данных. Его основными параметрами являются:
Размер экрана. Единица измерения – дюйм. Измеряется по диагонали. Стандартные размеры: 14″; 15″; 17″; 19″; 20″; 21″. В настоящее время наиболее распространенными являются мониторы размером 15 и 17 дюймов. Для операций с графикой наиболее распространены мониторы размером 19-21 дюйм.
Разрешение экрана. Чем разрешение экрана выше, тем больше информации можно отобразить на экране, но тем меньше размер каждой отдельной точки и, соответственно, тем меньше видимый размер элементов изображения. Для каждого размера монитора существует свое оптимальное разрешение экрана, которое должен обеспечивать видеоадаптер.
Размер монитора
Оптимальное разрешение экрана