Основные аппаратные средства пк. Аппаратные и программные средства персонального компьютера

Аппаратные средства ПК

Студента СПБГУТД

Группа № 1-ЭД-2 «В»

Меркоева Дмитрия

Санкт-Петербург

Введение……………………………………………………….3

Конфигурация персонального компьютера.......................3

Материнская плата…………………………………………..5

BIOS …………………………………………………………….6

IBM PC и принцип открытой архитектуры……………….8

Введение

В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно обойтись. А ведь не так давно, до начала 70-х годов вычислительные машины были доступны весьма ограниченному кругу специалистов, а их применение, как правило, оставалось окутанным завесой секретности и мало известным широкой публике. Однако в1971 г. произошло событие, которое в корне изменило ситуацию и с фантастической скоростью превратило компьютер в повседневный рабочий инструмент десятков миллионов людей. В том вне всякого сомнения знаменательном году еще почти никому не известная фирма Intel из небольшого американского городка с красивым названием Санта-Клара (шт. Калифорния), выпустила первый микропроцессор. Именно ему мы обязаны появлением нового класса вычислительных систем - персональных компьютеров, которыми теперь пользуются, по существу, все, от учащихся начальных классов и бухгалтеров до маститых ученых и инженеров. Этим машинам, не занимающим и половины поверхности обычного письменного стола, покоряются все новые и новые классы задач, которые ранее были доступны (а по экономическим соображениям часто и недоступны - слишком дорого тогда стоило машинное время мэйнфреймов и мини-ЭВМ) лишь системам, занимавшим не одну сотню квадратных метров. Наверное, никогда прежде человек не имел в своих руках инструмента, обладающего столь колоссальной мощью при столь микроскопических размерах.

У персонального компьютера есть два важных преимущества по сравнению со всеми другими видами компьютеров: он имеет относительно простое управление и может решать достаточно широкий класс задач.

Если ранее на ЭВМ могли в основном работать только профессиональные программисты (практически для любой задачи приходилось создавать свою программу), то теперь ситуация коренным образом изменилась. В настоящее время разработаны десятки тысяч программ по всем областям знаний. С ними работают десятки миллионов квалифицированных пользователей.

Согласно статистическим данным, самыми распространенными и используемыми программами являются операционные системы и текстовые редакторы.

Знание характеристик компьютерных устройств поможет квалифицированному пользователю выбрать оптимальную конфигурацию персонального компьютера для решения поставленной практической задачи.

Конфигурация персонального компьютера

Персональными называются компьютеры, на которых может одновременно работать только один пользователь. Персональные компьютеры имеют только одно рабочее место.

Под термином «конфигурация» компьютера понимают список устройств, входящих в его состав.

В соответствие с принципом открытой архитектуры аппаратное обеспечение компьютеров (Hardware) может быть весьма различным. Но любой персональный компьютер имеет обязательный и дополнительный набор устройств.

Обязательный набор устройств:

· Монитор - устройство вывода текстовой и графической информации.

· Клавиатура - устройство для ввода текстовой информации.

· Системный блок - объединение большого количества различных компьютерных устройств.

В системном блоке находится вся электронная начинка компьютера. Основными деталями системного блока являются:

· Процессор - главное компьютерное устройство управления и проведения вычислений.

· Материнская плата - устройство для крепления на ней других внутренних компьютерных устройств.

· Оперативная память (ОЗУ) - устройство для хранения программы и данных во время ее работы в компьютере.

· Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - устройство для постоянного хранения некоторых специальных программ и данных.

· Кэш память - сверхбыстрая память для хранения особо важной информации.

· Сопроцессор - устройство для выполнения операций с плавающей запятой.

· Видеокарта - устройство, обеспечивающее вывод информации на монитор.

· Флоппи дисковод - устройство для хранения и переноса информации между ПК.

· Винчестер - основное устройство для хранения информации на компьютере.

· Блок питания - устройство для распределения электрической энергии между другими компьютерными устройствами.

· Контроллеры и шина - предназначены для передачи информации между внутренними устройствами ПК.

· Последовательные и параллельные порты - предназначены для подключения внешних дополнительных устройств к компьютеру.

· Корпус - предназначен для защиты материнской платы и внутренних устройств компьютера от повреждений.

Дополнительные устройства, которые можно подключать к компьютеру:

· Принтер - предназначен для вывода текстовой и графической информации на бумагу.

· Дисковод для компакт дисков (CD ROM) - для работы с компакт дисками.

· Дисководы DVD - современные устройства для работы с носителями данных объемом до 17 Гбайт.

· Звуковая карта - устройство для работы со звуковой информацией.

· Мышь - манипулятор для ввода информации в компьютер.

· Джойстик - манипулятор для передачи информации о движении в компьютер.

· Планшет - устройство для работы с компьютерной графикой.

· TV тюнер является устройством, позволяющим ПК принимать и показывать программы телевидения.

· Колонки - внешние устройства для воспроизведения звуков.

· Факс-модем - устройство для связи между компьютерами через телефонную линию.

· Плоттер - устройство для вывода чертежа на бумагу.

· Сканер - для ввода графических изображений в компьютер.

· Ленточные накопители - устройства для проведения резервного копирования данных на магнитную ленту.

· Источник бесперебойного питания - устройство защиты компьютера от перебоев в электроснабжении.

· Накопители на съемных дисках - устройства, в будущем заменяющие флоппи дисководы.

· Графический акселератор - устройство для ускорения обработки и вывода трехмерной графики.

и многое другое...

Для обозначения конфигурации конкретного персонального компьютера применяют записи стандартного типа. Разберем ее на примере:

Pentium II - 333/ 64 Sdram / 3.1Gb / ATI 3D Char 4 Mb / Mini / CD ROM 24X + SB 16 ESS68

Итак, что это за компьютер? Вначале пишется тип процессора - Pentium II с тактовой частотой 333 МГц. Далее обозначен объем и тип оперативной памяти - 64 Мбайта. В ПК встроен винчестер объемом 3.1 Гбайт. Используется видеокарта ATI 3D Char c 4 Мбайтами видеопамяти, видеокарта оптимизирована для работы с трехмерной графикой 3D. Корпус MiniTower. Также в состав ПК входит 24-скоростной дисковод для компакт дисков и простая звуковая карта Sound Blaster. В стандартную конфигурацию компьютера всегда входит 3.5 дюймовый флоппи-дисковод, поэтому он в записи не указывается. Мышь также входит в стандартную конфигурацию. Но монитор совместно с данным комплектом не продается. Его необходимо покупать отдельно. Общий итог - данный компьютер имеет минимальную стандартную конфигурацию для использования в офисе и дома весной 1999 г.

Материнская плата

Материнская плата (Mother board) является основной платой компьютера, т.к. именно на ней крепятся все компьютерные устройства, например, процессор, звуковая карта и т.д.

Материнские платы собираются на основе специального набора микросхем, называемого Chipset.В зависимости от типа устанавливаемого процессора, необходимо использовать различные chipsetы, и получать, т.о. материнские платы разных типов.

Так, для 486 процессоров существовал специальный тип 486 материнских плат. Для процессоров Pentium использовались два вида плат: первый для процессоров с тактовой частотой 60 и 66 МГц, а второй - для всех остальных. Для последующих типов процессоров также необходимо использовать соответствующие системные платы. Так, например, для процессора Celeron используется плата на наборе микросхем 443EX.

Самым популярным производителем материнских плат в России считается фирма Asustek. Хотя на практике можно использовать компьютеры с материнской платой различных производителей. Например, A-Bit, A-Trend, Giga - Byte и другие.

Последней разработкой в области системных плат для настольных ПК стала технология NLX, и, воз­можно, именно она окажется ведущей технологией ближайшего будущего. Платы этого стандарта, на пер­вый взгляд, напоминают платы LPX, но на самом деле они значительно усовершенствованы. Если на пла­ты LPX нельзя установить самые новые процессоры из-за их более крупных размеров и повышенного тепловыделения, то в разработке NLX эти проблемы прекрасно разрешены. Вот каковы основные преимущества этого нового стандарта, перед остальными.

Поддержка современных процессорных технологий. Это особенно важно для систем с процессором Pentium II, поскольку размер его корпус Single Edge Contact (т.е. корпуса, с единственным рядом расположенных по периметру контактов) практически не позволяет устанавливать этот процессор на платах Baby-AT и LPX. И хотя некоторые производители системных плат все же предлагают АТХ-системы на основе Pentium II, на их платах остается место только для двух 72-контактных разъемов модулей SIMM!

Гибкость по отношению к быстро изменяющимся процессорным технологиям. Идея гибких систем с объединительной платой нашла новое воплощение в конструкции плат NLX, установить которые можно быстро и легко, не разбирая при этом всю систему на части. Но в отличие от традиционных систем с объединительными платами, у нового стандарта NLX есть поддержка таких лидеров ком­пьютерной индустрии, как AST, Digital, Gateway, Hewlett-Packard, IBM, Micron, NEC и другие.

Поддержка других новых технологий. Речь здесь идет о таких высоко производительных решениях, как AGP (Accelerated Graphics Port - ускоренный графический порт), USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина), технологии больших модулей памяти и DIMM. А в ответ на всевозрастающую роль мультимедиа-приложений разработчики встроили в новую системную плату еще и поддержку таких возможностей, как проигрывание назад видеоролика, расширенные графика и звук. И если в прошлом использование мультимедиа-технологий означало дополнительные затра­ты на различные дочерние платы, то теперь необходимость в них отпала.

Системная плата NLX и платы ввода-вывода (располагающиеся, как и в конструкции LPX, параллель­но системной) теперь легко вставляются и вынимаются, при этом другие платы, в том числе и располо­женные вертикально, остаются нетронутыми. Легче добраться и до самого процессора, который охлажда­ется теперь гораздо лучше, чем в системах с тесно расположенными компонентами. Поддержка плат рас­ширения различного размера позволяет выпускать системы различных модификаций.

Стандарт NLX обеспечивает максимальную гибкость систем и самое оптимальное использование сво­бодного пространства. Даже самые длинные платы ввода-вывода устанавливаются без труда и не задевают при этом никаких других системных компонентов, что было настоящей проблемой для компьютеров типа Baby-AT.

BIOS - Базовая система ввода-вывода (Basic Input Output System) называется так потому, что включает в себя обширный набор программ ввода-вывода, благодаря которым операционная система и прикладные программы могут взаимодействовать с различными устройствами как самого компьютера, так и подключоными к нему. Вообще говоря, в PS система BIOS занимает особое место. С одной стороны, ее можно рассматривать как составную часть аппаратных средств, с другой стороны, она является как бы одним из програмных модулей операционной системы. Сам термин BIOS, видимо, заимствован из операционной системы CP/M, в которой модуль с подобным названием был реализован програмно и выполнял примерно подобные действия.

Большинство современных видеоадаптеров, а также контроллеры накопителей имеют собственную систему BIOS, которая обычно дополняет системную. Во многих случаях программы, входящие в конкретную BIOS, заменяют соответствующие програмные модули основной BIOS. Вызов программ BIOS, как правило, осуществляется через програмные или аппаратные прерывния.

Система BIOS помимо программ взаимодействия с аппаратными средствами на физическом уровне содержит программу тестирования при включении питания компьютера POST (Power–On-Self-Test, Самотестирование при включении питания компьютера). Тестируются основные компоненты, такие как процкссор, память, вспомогательные микросхемы, приводы дисков, клавиатуру и видеоподсистему. Если при включении питания компьютера возникают проблемы (BIOS не может выполнить начальный тест), вы услышите последовательность звуковых сигналов:

Если вы сталкиваетесь с чем-либо подобным, существует высокая вероятность того, что эта проблема связана с аппаратными средствами.

Система BIOS в PS реализована в виде одной микросхемы, установленной на материнской плате компьютера.Название ROM BIOS в настоящее время не совсем справедливо, ибо «ROM» - предполагает использование постоянных запоминающих устройств (ROM - Read Only Memory), а для хранения кодов BIOS в настоящее время применяются в основном перепрограммируемые (стираемые электрически или с помощью ультрафиолетового излучения) запоминающие устройства. Мало того, наиболее перспективным для хранения системы BIOS является сейчас флэш-память. Это позволяет легко модифицировать старые или добавлять дополнительные функции для поддержки новых устройств, подключаемых к компьютеру.

Поскольку содержимое ROM BIOS фирмы IBM было защищено авторским правом, то есть его нельзя подвергать копированию, то большинство других производителей компьютеров вынуждены были использовать микросхемы BIOS независимых фирм, системы BIOS которых, разумеется, были практически полностью совместимы с оригиналом. Наиболее известные из этих фирм три: American Megatrends Inc. (AMI), Award Software и Phoenix Technologies. Заметим, что конкретные версии BIOS неразрывно связаны с набором микросхем (chipset), используемым на системной плате. Кстати, компания Phoenix Technologies считается пионером в производстве лицензионно-чистых BIOS. Именно в них впервые были реализованы такие функции, как задание типа жесткого диска, поддержка привода флоппи-дисков емкостью 1,44 Мбайта и т.д. Более того, считается, что процедура POST этих BIOS имеет самую мощную диагностику. Справедливости ради надо отметить, что BIOS компании AMI наиболее распространены. По некоторым данным, AMI занимает около 60% этого сегмента рынка. Кроме того, из программы Setup AMI BIOS можно вызвать несколько утилит для тестирования основных компонентов системы и работы с накопителями. Однако при их использовании особое внимание следует обратить на тип интерфейса, который использует привод накопителя.

Система BIOS в компьютерах, неразрывно связана с SMOS RAM. Под этим понимается «неизменяемая» память, в которой хранится информация о текущих показаниях часов, значении времени для будильника, конфигурации компьютера: количестве памяти, типах накопителей и т.д. Именно в этой информации нуждаются программные модули системы BIOS. Своим названием SMOS RAM обязана тому, что эта память выполнена на основе КМОП-струкгур (CMOS-Complementary Metal Oxide Semiconductor), которые, как известно, отличаются малым энергопотреблением. Заметим, что CMOS-память энергонезависима только постольку, поскольку постоянно подпитывается, например, от аккумулятора, расположенного на системной плате, или батареи гальванических элементов, как правило, смонтированной на корпусе системного блока.Большинство системных плат допускают питание CMOS RAM как от встроенного, так и от внешнего источника.

В случае повреждения микросхемы CMOS RAM (или разряде батареи или аккумулятора) программа Setup имеет возможность воспользоваться некой информацией по умолчанию (BIOS Setup Default Values), которая хранится в таблице соответствующей микросхемы ROM BIOS. Кстати, на некоторых материнских платах питание микросхемы CMOS RAM может осуществляться как от внутреннего, так и от внешнего источника. Выбор определяется установкой соответствующей перемычки.

Программа Setup поддерживает установку нескольких режимов энергосбережения, например Doze (дремлющий), Standby (ожидания, или резервный) и Suspend (приостановки работы). Данные режимы перечислены в порядке возрастания экономии электроэнергии. Система может переходить в конкретный режим работы по истечении определенного времени, указанного в Setup. Кроме того, BIOS обычно поддерживает и спецификацию АРМ (Advanced Power Management). Как известно, впервые ее предложили фирмы Microsoft и Intel. В их совместном документе содержались основные принципы разработки технологии управления потребляемой портативным компьютером мощностью.

Задание полной конфигурации компьютера осуществляется не только установками из программы Setup, но и замыканием (или размыканием) соответствующих перемычек на системной плате. Назначение каждой из них указано в соответствующей документации.

IBM PC и принцип открытой архитектуры

Принцип открытой архитектуры гласит, что компьютеры собираются из комплектующих, созданных в соответствии с определенными стандартами. Данные стандарты опубликованы и информационно доступны. При этом пользователь имеет возможность самостоятельно вставлять в ПК платы самых разных фирм - производителей и адаптировать свой персональный компьютер к требуемой деятельности.

До появления персональных компьютеров IBM PC все другие модели были основаны на принципе «закрытой архитектуры», т.е. все аппаратные средства были для конечного пользователя «вещью в себе». После того, как заканчивалась сборка аппарата, он «был обречен на необратимое старение». Если с производства снималась хоть одна деталь, систему можно было выбрасывать.

То, что IBM PC стали стандартом персональных машин связано с его очень удачной конструкцией. Компьютеры IBM могут быть созданы из независимо изготовленных частей аналогично детскому конструктору. Если работа любой детали вас не устраивает, ее вынимают и заменяют другой. Ранее, если какая-нибудь деталь снималась с производства, надо было выбрасывать весь прибор. Для IBM PC есть десятки предложений по замене. Компьютеры IBM PC созданы в соответствие с принципом открытой архитектуры

Достоинства принципа открытой архитектуры можно рассмотреть на следующем примере: Пусть у нас есть простой монофонический плеер. Мы покупаем и вставляем в него устройство для записи звука. В результате получаем монофонический магнитофон. Добавляем вторую колонку и слушаем стерео. Подключаем FM тюнер и получаем магнитолу. Далее осталось сделать еще один шаг и в результате вместо старого плеера мы имеем - двух кассетную стерео магнитолу. Просто в дополнение к прежним деталям мы докупили несколько новых и соединили их вместе. К сожалению, на практике с магнитофонами данный подход не работает, но с компьютерами все обстоит намного лучше.

Технические средства информатики

Типы ЭВМ

В настоящее время ЭВМ различаются по назначению, производительности, габаритным характерам.

Производительность определяется не только объемом работы процессора, но и объемом памяти (чем больше памяти, тем быстрее работает процессор), объемом передачи информации из оперативной памяти в процессор. Единица измерения – количество операций в секунду (опер/сек).

Классы ЭВМ:

- супер-ЭВМ – для проведения сложных вычислений (чаще всего научных расчетов), быстродействие – до десятков миллиардов операций в секунду, мультипроцессорные (одновременно работают до 100 процессоров)

- большие ЭВМ (main frames)

Фрейм – нечто целое, состоящее из множества элементов, связанных воедино => большая ЭВМ объединяет большое количество составных частей.

Используется для обработки больших объемов информации в банках, на крупных предприятиях, мультипроцессорные, допускают подключение до 200 сравнительно независимых рабочих мест, использующих возможности больших ЭВМ

- супермини-ЭВМ – мультипроцессорные, многопультовые системы управления крупными предприятиями, допускают подключение до 200 терминалов

Терминал – рабочее место, предназначенное для ввода исходной информации и получения результатов ее обработки (например, Internet)

- мини-ЭВМ – однопроцессорные, многопультовые системы управления предприятиями небольшого размера

- рабочие станции – для автоматизированного проектирования, для автоматизации экспериментов, имеют 1 процессор с высоким быстродействием, оперативная память большого объема, специализированная периферия

Периферия – устройства, которые подключаются к ЭВМ и могут быть отключены без ее выключения.

- микро-ЭВМ (персональные компьютеры) – для индивидуальной работы пользователей

Персональные ЭВМ:

1). настольные ЭВМ (desk Top) – вес от 5 до 10 кг, электропитание от электросети

- электронные секретарь (PDA) – вес менее 700 г, питание, как у Note Book, набор возможностей позволяет выполнять записи текстов, вводить расписание, проводить простейшие расчеты

- блокнотные (Note Book) – вес 700 г – 2,5 кг, электропитание от электросети через преобразователь напряжения, возможности небольшие

2). переносные ЭВМ (Lap Top) – по возможностям не уступают Desk Top => высокая цена, могут быть подключены к батарее, электросети, вес 2,5-5 кг

Аппаратные средства ЭВМ

I. Состав и особенности основных устройств

В персональных ЭВМ можно выделить:

- центральный (системный) блок

- периферия

Основные устройства в центральном блоке:

- центральный процессор (ЦП)

- внутренняя память

ЦП – выполняет все арифметические и логические операции, включает в себя специальный электронный блок, устройства управления, которые включают в работу другие устройства. Через ЦП проходит вся обрабатываемая информация .

Внутренняя память – несколько устройств, каждое из которых представляет собой 1 или несколько микросхем.

Основные виды внутренней памяти:

- постоянная (постоянное запоминающее устройство – ПЗУ)

- оперативная (ОЗУ)

- КЭШ-память

- CMOS-память

Драйвер – программа, управляющая устройствами ввода/вывода.

1). ПЗУ (ROM – Read Only Memory) – программы, которые обеспечивают начало работы компьютера, связь ЦП с другими устройствами и проверку работоспособности (тестирование) основных частей ЭВМ. Эти программы не уничтожаются при отключении компьютера, они доступны только для чтения и объединены в комплекс, который называется базовой системой ввода/вывода (BIOS – Basic Input/Output System), другие программы работают на основе программ BIOS. В нем создаются программы, в каждой из которых описаны особенности управления каким-либо основным устройством, эти программы называются драйверами.

2). ОЗУ (RAM – Random Access Memory) – память прямого (произвольного) доступа. Она предназначена только для ЦП (помещается информация, считывается, обрабатывается). С этой памяти все началось (относительно внутренней памяти). Предназначена для хранения оперативной, часто изменяющейся информации. При отключении компьютера информация в ОЗУ исчезает – энергозависимая. Элементарная единица памяти – ячейка (регистр) . Размещение информации в ячейках – запись информации в память. Передача информации из ячеек в какое-либо устройство или другие ячейки – считывание информации из ОЗУ. Каждая ячейка состоит из 8 элементов, каждый из которых находится в одном из двух состояний – 0/1.

3). КЭШ-память – располагается перед ЦП, необходима для согласования скорости работы медленных устройств с более быстрыми (например, ЦП и оперативная память).Наличие этой памяти значительно увеличивает производительность компьютера в целом.

4). CMOS-память – для постоянного хранения сведений об аппаратной конфигурации компьютера, это микросхема, питается от батареи, находящаяся в ней информация не уничтожается при отключении компьютера.

К периферийным (внешним) устройствам относятся:

- монитор

- клавиатура

- устройства печати

- устройства внешней памяти

т.е. устройства ввода/вывода , т.к. используются для ввода и вывода информации.

Устройства внешней памяти используются для длительного хранения информации, при их отключении она сохраняется => долговременные запоминающие устройства (ДЗУ).

Дисковые устройства устанавливаются в системном блоке. Передача данных между различными компонентами компьютера осуществляется по т.н. системной шине (системной магистрали данных). В компьютере она одна и представляет собой группой электрических проводников.

II. Дисковая память

В ПЭВМ в качестве ДЗУ используются накопители на дисках (на основе дисков) => память часто называют дисковой .

Они состоят из устройства чтения/записи (дисковод ) и носителя информации (диск ).

Существует несколько видов памяти: чаще всего используются накопители на сменных гибких магнитных дисках (НГМД), накопители на жестких несменных магнитных дисках (НЖМД) и накопители на сменных дисках (CD-ROM). В дисковых устройствах используются диски в основном 2 стандартных размеров :

3,5`` (гибкие и жесткие диски)

5,25`` (компакт-диск)

НГМД (FDD – Floppy Disk Drive – 3,5``) – пластиковая тонкая поверхность, используется в основном часть, близкая к центру => емкость сравнительно небольшая (≈1,457 МБ, в стандарте объем памяти – 1,44 МБ).Дискеты используют для переноса информации с одного компьютера на другой, если они не объединены в сеть. Производятся в виде диска 3,5``, выполненного из мягкого, гибкого материала с магниточувствительным покрытием, размещенном в жестком футляре.

НЖМД (HDD – Hard Disk Drive) – при производстве достигается большая прочность, это устройство можно ремонтировать 1 раз. Оно едино, в нем находится дисковод и несколько дисков, установленных на одной оси. Диск выполнен из алюминиевого сплава с магниточувствительным покрытием. Объем памяти таких накопителей измеряется десятками ГБ. Они используются в текущей работе, т.к. имеют большой объем памяти, м скорость считывания/записи информации значительно выше, чем в других устройствах.

CD-ROM – предназначен только для чтения, объем памяти – не менее 600 МБ (в настоящее время стандарт – 650-700 МБ), используется для длительного хранения информации.

Как для гибких, так и для жестких дисков поверхность рассматривается как массив расположенных на них точек, каждая из которых может быть в одном из двух состояний – 1/0 (на магнитной поверхности – намагничена (1)/не намагничена (0)). Эти точки располагаются на траекториях (на CD – одна в виде спирали, на магнитных – множество концентрически расположенных траекторий). На CD информация располагается на 1 поверхности, на магнитных обе поверхности используются. Траектории называются дорожками (треками ).

Магнитные диски. Количество дорожек для разных дисков различно, каждая из них по окружности разделяется на части, называемые секторами . Секторы имеют одинаковый размер и расположение => чем дальше от центра, тем меньший объем памяти используется. Количество секторов на всех дорожках всех поверхностей одинаково для конкретного диска, все секторы одинакового размера (стандартный – 512 Б = 1 сектор). У гибких дисков – две поверхности, в накопителях на НЖМД – несколько дисков => несколько поверхностей.

Все дорожки, находящиеся на одном расстоянии от центра и расположенные на разных поверхностях, образуют т.н. цилиндр . Все секторы, дорожки, поверхности и цилиндры нумеруются, начиная с 0, нулевой считается на верхней поверхности внешняя дорожка. Информация сначала записывается на все дорожки нулевого цилиндра, затем – первого и т.д.

Новый диск не пригоден для записи и считывания информации. Для того, чтобы сделать его пригодным к работе, надо с помощью специальной программы нанести специальные магнитные метки, разделяющие дорожки на секторы, т.е. произвести форматирование .

Для упрощения работы дисковое пространство жесткого диска разделяют на несколько фиксируемых частей (разделы ). После этого физически он остается единым устройством, но для программ каждый раздел считается отдельным устройством памяти. Эти разделы называются логическими дисками . Пользователь с ними работает, как с отдельными устройствами памяти. Все устройства долговременной памяти имеют имена из одной латинской буквы (A,B – накопители для НГМД, C,D,E,F и т.д. – для НЖМД и устройств работы с CD.

III. Единицы измерения памяти. Объем памяти.

Память компьютера основана на использовании единиц информации, называемых байтами , в каждом из которых 8 бит . Бит представляется по разному, в зависимости от носителя информации (на бумаге – 0/1, во внутренней памяти – элемент, находящийся в одном из двух состояний, на магнитной поверхности – точкой (намагниченной/не намагниченной)).

Бит - позиция в ряду битов (0/1). Байт – 8 битов => каждый байт может принимать 256 значений (2 8 – от 00000000 до 11111111).

Любая информация кодируется определенной комбинацией битов, каждой ячейке внутренней памяти соответствует 1 байт, который объединяется в более крупные наборы в зависимости от цели использования (ввод/вывод, передача по каналам связи между устройствами и т.д.).

Одним из таких наборов называется т.н. «машинное слово» - такой набор, который обрабатывается ЦП одновременно. Для разных процессоров длина «машинного слова» различна, чем оно длиннее, тем быстрее работает компьютер.

Для измерения объема памяти используют единицы, называемые КБ, МБ, ГБ . Каждая единица измерения памяти формируется по отношению к предыдущей с помощью одного и того же коэффициента – 2 10 (=1024) => 1 КБ = 1024 байтам, 1 МБ = 1024 КБ, 1 ГБ = 1024 МБ.

Длина «машинного слова», объем оперативной памяти, объем КЭШ-памяти, объем ДЗУ – одни из основных характеристик ЭВМ. Чем длиннее «машинное слово», тем больше объемы оперативной и КЭШ-памяти и тем выше быстродействие. Чем больше объем ДЗУ, тем больше информации можно хранить в компьютере.

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.

Видео YouTube

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.

Конструктивно эти части могут быть объединены в одном корпусе размером с книгу или же каждая часть может состоять из нескольких достаточно громоздких устройств

Базовая аппаратная конфигурация ПК . Базовой аппаратной конфигурацией персонального компьютера называют минимальный комплект аппаратных средств, достаточный для начала работы с компьютером. С течением времени понятие базовой конфигурации постепенно меняется.

Чаще всего персональный компьютер состоит из следующих устройств:

Системный блок

Монитор

Клавиатура

Мышь

Дополнительно могут подключатся другие устройства ввода и вывода информации, например звуковые колонки, принтер, сканер...

Системный блок - основной блок компьютерной системы. В нем располагаются устройства, считающиеся внутренними. Устройства, подключаемые к системному блоку снаружи, считаются внешними. Для внешних устройств используют также термин периферийное оборудование.
Монитор - устройство для визуального воспроизведения символьной и графической информации. Служит в качестве устройства вывода. Для настольных ПК в настоящее время наиболее распространены мониторы, основанные на электронно-лучевых трубках. Они отдаленно напоминают бытовые телевизоры.
Клавиатура - клавишное устройство, предназначенное для управления работой компьютера и ввода в него информации. Информация вводится в виде алфавитно-цифровых символьных данных.
Мышь - устройство «графического» управления.

Внутренние устройства персонального компьютера.
Внутренними считаются устройства, располагающиеся в системном блоке. Доступ к некоторым из них имеется на лицевой панели, что удобно для быстрой смены информационных носителей, например гибких магнитных дисков. Разъемы некоторых устройств выведены на заднюю стенку - они служат для подключения периферийного оборудования. К некоторым устройствам системного блока доступ не предусмотрен - для обычной работы он не требуется.

Процессор. Микропроцессор - основная микросхема персонального компьютера. Все вычисления выполняются в ней. Основная характеристика процессора - тактовая частота (измеряется в мегагерцах, МГц). Чем выше тактовая частота, тем выше производительность процессора. Так, например, при тактовой частоте 500 МГц процессор может за одну секунду изменить свое
состояние 500 миллионов раз. Для большинства операций одного такта недостаточно, поэтому количество операций, которые процессор может выполнить в секунду, зависит не только от тактовой частоты, но и от сложности операций.

Единственное устройство, о существовании которого процессор «знает от рождения», - оперативная память - с нею он работает совместно. Оттуда поступают данные и команды. Данные копируются в ячейки процессора (они называются регистрами), а потом преобразуются в соответствии с содержанием команд. Более полную картину того, как процессор взаимодействует с оперативной памятью, вы получите в главах, посвященных основам программирования.

Оперативная память. Оперативную память можно представить как обширный массив ячеек, в которых хранятся числовые данные и команды в то время, когда компьютер включен. Объем оперативной памяти измеряется в миллионах байтов - мегабайтах (Мбайт).

Процессор может обратиться к любой ячейке оперативной памяти (байту), поскольку она имеет неповторимый числовой адрес. Обратиться к индивидуальному биту оперативной памяти процессор не может, так как у бита нет адреса. В то же время, процессор может изменить состояние любого бита, но для этого требуется несколько действий.

Материнская плата. Материнская плата - это самая большая плата персонального компьютера. На ней располагаются магистрали, связывающие процессор с оперативной памятью, - так называемые шины. Различают шину данных, по которой процессор копирует данные из ячеек памяти, адресную шину, по которой он подключается к конкретным ячейкам памяти, и шину команд, по которой в процессор поступают команды из программ. К шинам материнской платы подключаются также все прочие внутренние устройства компьютера. Управляет работой материнской платы микропроцессорный набор микросхем - так называемый чипсет.

Видеоадаптер. Видеоадаптер - внутреннее устройство, устанавливаемое в один из разъемов материнской платы. В первых персональных компьютерах видеоадаптеров не было. Вместо них в оперативной памяти отводилась небольшая область для хранения видеоданных. Специальная микросхема (видеоконтроллер) считывала данные из ячеек видеопамяти и в соответствии с ними управляла монитором.

По мере улучшения графических возможностей компьютеров область видеопамяти отделили от основной оперативной памяти и вместе с видеоконтроллером выделили в отдельный прибор, который назвали видеоадаптером. Современные видеоадаптеры имеют собственный вычислительный процессор (видеопроцессор), который снизил нагрузку на основной процессор при построении сложных изображений. Особенно большую роль видеопроцессор играет при построении на плоском экране трехмерных изображений. В ходе таких операций ему приходится выполнять особенно много математических расчетов.

В некоторых моделях материнских плат функции видеоадаптера выполняют микросхемы чипсета - в этом случае говорят, что видеоадаптер интегрирован с материнской платой. Если же видеоадаптер выполнен в виде отдельного устройства, его называют видеокартой. Разъем видеокарты выведен на заднюю стенку. К нему подключается монитор.

Звуковой адаптер. Для компьютеров IBM PC работа со звуком изначально не была предусмотрена. Первые десять лет существования компьютеры этой платформы считались офисной техникой и обходились без звуковых устройств. В настоящее время средства для работы со звуком считаются стандартными. Для этого на материнской плате устанавливается звуковой адаптер. Он может быть интегрирован в чипсете материнской платы или выполнен как отдельная подключаемая плата, которая называется звуковой картой.
Разъемы звуковой карты выведены на заднюю стенку компьютера. Для воспроизведения звука к ним подключают звуковые колонки или наушники. Отдельный разъем предназначен для подключения микрофона. При наличии специальной программы это позволяет записывать звук. Имеется также разъем (линейный выход) для подключения к внешней звукозаписывающей или звуковоспроизводящей аппаратуре (магнитофонам, усилителям и т.п.).

Жесткий диск. Поскольку оперативная память компьютера очищается при отключении питания, необходимо устройство для длительного хранения данных и программ. В настоящее время для этих целей широко применяют так называемые жесткие диски.
Принцип действия жесткого диска основан на регистрации изменений магнитного поля вблизи записывающей головки.

Основным параметром жесткого диска является емкость, измеряемая в гигабайтах (миллиардах байтов), Гбайт. Средний размер современного жесткого диска составляет 80 - 160 Гбайт, причем этот параметр неуклонно растет.

Дисковод гибких дисков . Для транспортировки данных между удаленными компьютерами используют так называемые гибкие диски. Стандартный гибкий диск (дискета) имеет сравнительно небольшую емкость 1,44 Мбайт. По современным меркам этого совершенно недостаточно для большинства задач хранения и транспортировки данных, но низкая стоимость носителей и высокая степень готовности к работе сделали гибкие диски самыми распространенными носителями данных.

Для записи и чтения данных, размещенных на гибких дисках, служит специальное устройство - дисковод. Приемное отверстие дисковода выведено на лицевую панель системного блока.

Дисковод CD-ROM. Для транспортировки больших объемов данных удобно использовать компакт-диски CD-ROM. Эти диски позволяют только читать ранее записанные данные - производить запись на них нельзя. Емкость одного диска составляет порядка 650-700 Мбайт.

Для чтения компакт-дисков служат дисководы CD-ROM. Основной параметр дисковода CD-ROM- скорость чтения. Она измеряется в кратных единицах. За единицу принята скорость чтения, утвержденная в середине 80-х гг. для музыкальных компакт-дисков (аудиодисков). Современные дисководы CD-ROM обеспечивают скорость чтения 40х - 52х.
Основной недостаток дисководов CD-ROM - невозможность записи дисков - преодолен в современных устройствах однократной записи - CD-R. Существуют также устройства CD-RW, позволяющие осуществлять многократную запись.

Принцип хранения данных на компакт-дисках не магнитный, как у гибких дисков, а оптический.

Коммуникационные порты . Для связи с другими устройствами, например принтером, сканером, клавиатурой, мышью и т. п., компьютер оснащается так называемыми портами. Порт - это не просто разъем для подключения внешнего оборудования, хотя порт и заканчивается разъемом. Порт - более сложное устройство, чем просто разъем, имеющее свои микросхемы и управляемое программно.

Сетевой адаптер. Сетевые адаптеры необходимы компьютерам, чтобы они могли обмениваться данными между собой. Этот прибор следит за тем, чтобы процессор не подал новую порцию данных на внешний порт, пока сетевой адаптер соседнего компьютера не скопировал к себе предыдущую порцию. После этого процессору дается сигнал о том, что данные забраны и можно подавать новые. Так осуществляется передача.

Когда сетевой адаптер «узнает» от соседнего адаптера, что у того есть порция данных, он копирует их к себе, а потом проверяет, ему ли они адресованы. Если да, он передает их процессору. Если нет, он выставляет их на выходной порт, откуда их заберет сетевой адаптер очередного соседнего компьютера. Так данные перемещаются между компьютерами до тех пор, пока не попадут к адресату.

Сетевые адаптеры могут быть встроены в материнскую плату, но чаще устанавливаются отдельно, в виде дополнительных плат, называемых сетевыми картами.

Лекция 2. Технические средства компьютерной графики

Общие сведения о компьютерах, используемых для обработки графической информации

Технические средства и программное обеспечение (ПО) являются инструментальной средой графической системы. Они образуют физическую среду, в которой реализуются математические методы, алгоритмы, математические модели в рамках специального ПО компьютерной графики.

Пользователь (инженер, дизайнер, художник, редактор) взаимодействует с этой средой и, используя средства компьютерной графики, создает графические объекты различной сложности. Технические средства и общесистемное ПО реализуют различные, но взаимосвязанные функции по созданию графической информации, ее преобразованию, хранению и выводу.

С помощью технических средств компьютерной графики решают следующие задачи:

Ввод исходной графической информации;

Оперативный диалог пользователя с графической системой;

Преобразование графической информации;

Хранение графической информации в различных форматах;

Отображение графической информации;

Документирование графической информации.

Основу технических средств компьютерной графики, решающих перечисленные задачи, составляют вычислительные системы, включающие процессоры, оперативную память, внешние запоминающие устройства, устройства ввода графической информации, устройства вывода графической информации, устройства взаимодействия пользователя с компьютером, телекоммуникационные и сетевые устройства. Перечисленные задачи компьютерно-технических средств решаются совместно с общесистемным ПО.

Чаще всего, после того, как изображение возникло на мониторе, пользователь каким-либо образом должен взаимодействовать с ним: модифицировать, передвигать, управлять. Для этого существует ряд устройств, о которых будет рассказано ниже.

Классификация компьютеров

Компьютеры можно классифицировать по различным признакам. Компьютеры, используемые для обработки графической информации можно разделить на две группы – универсальные (общего назначения) и специализированные. Большинство компьютеров, оперирующих с графической информацией, относятся к универсальным, а специализированные компьютеры предназначены для решения узкого круга сложных задач компьютерной графики. Примером специализированных графических компьютеров может служить многопроцессорный суперкомпьютер Onyx 4 Ultimate Vision фирмы Silicon Graphics, содержащий от 2 до 64 центральных процессоров и от 2 до 32 графических процессоров.

Многие современные суперкомпьютеры созданы по кластерной технологии (англ. cluster – скопление). По этой технологии компьютер строится из нескольких десятков вычислительных машин, связанных между собой и функционирующих как единая система. Кластерные суперкомпьютеры легко масштабируются и позволяют получать высокое быстродействие и высокую готовность.

Одним из наиболее ранних методов классификации компьютеров является классификация по назначению. В данном случае учитывается, для решения какого рода задач компьютер применяется. Также существует классификация компьютеров по типоразмерам, по уровню специализации и др.

Мэйнфреймы (от англ. mainframe) – высокопроизводительные компьютеры с большими вычислительными ресурсами, способные решать сложные задачи, обрабатывать большие объемы данных и выполнять обработку нескольких тысяч запросов одновременно.

Конструктивно мэйнфреймы выполняются в едином корпусе в форме шкафа или тумбы (отсюда и их название), к которому могут подключаться многочисленные терминалы (рис. 2.1). Как правило, мэйнфреймы отличаются очень высокой надежностью.

Рис. 2.1. Мэйнфрейм корпорации IBM

Мэйнфреймы обычно используют для хранения и обработки больших баз данных, а также для создания крупных web-узлов с большим количеством клиентов.

Серверы (от англ. server – обслуживающий) – компьютеры, которые в вычислительных сетях являются центральными управляющими и информационными узлами. На серверах хранится большое количество информации, в том числе и графической, которую могут использовать все компьютеры, подключенные к сети, в зависимости от их статуса (Рис. 2.2).

Сервер определяет работоспособность всей сети, сохранность баз данных и другой информации, поэтому серверы имеют систему хранения данных, отличающуюся большой емкостью и высокой надежностью, возможность замены неисправных блоков при непрерывной работе (т.н. «горячая» замена).

Рис. 2.2. Сервер Dell

Персональные рабочие станции - графические рабочие станции, выполненные на вычислительной платформе, используемой в персональных компьютерах, как правило, это платформа WINTEL. Вычислительная платформа - совокупность центрального процессора (в данном случае - микропроцессор фирмы Intel) и операционной системы (ОС) (в этом случае - вариант ОС Windows корпорации Microsoft).

Рис. 2.3. Рабочая станция HP

Обычно в качестве персональных рабочих станций используются высокопроизводительные персональные компьютеры, укомплектованные дополнительными периферийными устройствами в зависимости от назначения станции (Рис. 2.3).

Персональные компьютеры (ПК) (англ. personal computer, PC) - компьютеры, предназначенные для индивидуального использования одним пользователем автономно или в сети совместно с другими компьютерами. Персональные компьютеры бывают настольные, переносные и карманные.

Персональные настольные компьютеры предназначены для работы в лабораторных условиях, в офисе, кабинете или комнате. Их располагают непосредственно на рабочем месте, обычно на столе, в соответствии с их названием. Это наиболее распространенные компьютеры, составляющие большую часть всех компьютеров в мире. Настольные персональные компьютеры в зависимости от их возможностей и назначения можно разделить на профессиональные, офисные, учебные и бытовые.

Рис. 2.4. Персональный настольный компьютер

Как правило, конструктивно настольные компьютеры и рабочие станции состоят из центральной части - системного блока, и монитора, клавиатуры и мыши, подключенных к системному блоку. Конструктивное оформление системного блока отличается большим разнообразием - от классического горизонтального или вертикального до самых экзотических решений дизайнеров (Рис. 2.4). В некоторых моделях ПК монитор и системный блок могут быть совмещены.

Переносные (мобильные) персональные компьютеры широко используются наравне с настольными компьютерами. Современные переносные компьютеры часто называют ноутбуками (от англ. notebook). Ноутбук функционально аналогичен настольному ПК и часто не уступает ему по техническим параметрам. В ноутбуках используется такое же программное обеспечение, что и в настольных ПК. Основная особенность ноутбука - возможность автономной работы с питанием от встроенного аккумулятора. Это позволяет использовать ноутбук в различных условиях при отсутствии питающей сети. Конструктивно ноутбук содержит жидкокристаллический дисплей, клавиатуру, совмещенную с системным блоком, жесткий диск и оптический дисковод (CD-ROM, CD-RW или DVD-RW). Рядом с клавиатурой размещается манипулятор (сенсорная панель) для управления курсором. Размеры ноутбуков соответствуют портфелю или небольшой сумке (Рис. 2.5).

Рис. 2.5. Переносной персональный компьютер (ноутбук)

Изначально, широкое распространение ноутбуков сдерживалось их высокой стоимостью по сравнению с настольными компьютерами, однако по мере развития технологии изготовления для них комплектующих их стоимость снижалась, что обусловило повышение спроса и интенсивное развитие их производства. В настоящее время все основные производители настольных компьютеров предлагают большое число моделей ноутбуков, отличающихся функциональными возможностями и стоимостью.

Карманные (или наладонные) переносные компьютеры (КПК) помещаются на ладони или в кармане. КПК также называют наладонниками(англ. palmtop). Кроме палмтопов существуют карманные компьютеры, которые называют PDA (англ. personal digital assistent). Общее название карманных компьютеров - handhold computers - компьютеры, которые держат в руках (Рис. 2.6).

Рис. 2.6. Специализированный карманный компьютер

Все карманные компьютеры в зависимости от наличия клавиатуры делятся на две большие группы: КПК с клавиатурой и КПК без клавиатуры. КПК с клавиатурой внешне похожи на ноутбук, уменьшенный до карманных размеров. КПК без клавиатуры оснащены сенсорным экраном и информация вводится на экран при помощи специальной указки - стилуса, при этом может использоваться экранная клавиатура или написание символов стилусом непосредственно на экране.

В карманных компьютерах программы хранятся в микросхемах энергонезависимой памяти. В набор программ обычно входит операционная система, текстовые и графические редакторы, системы баз данных, электронные таблицы и интернет-браузеры. Эти компьютеры позволяют обрабатывать документы, работать с базами данных, производить вычисления, читать электронные книги, слушать музыку, просматривать фильмы и работать в Интернете.

К данной группе также можно отнести смартфоны (англ. smartphone – умный телефон). Это устройства, сочетающие в себе некоторые функции карманных компьютеров и мобильных телефонов (Рис. 2.7).

Каждый тип компьютера обладает определенными функциональными возможностями обработки графической информации. Все возможности компьютера реализуются совместно программными и аппаратными средствами и должны органично сочетаться с возможностями пользователя. Разделение функций между аппаратными и программными средствами компьютера направлено на повышение его эффективности при решении различных задач.

Аппаратные средства персональных компьютеров

Персональный компьютер – универсальное устройство. Его конфигурацию (состав оборудования) можно изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует базовая конфигурация, которую считают типовой. В этой конфигурации компьютер обычно поставляется пользователю. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства:

· системный блок;

· монитор;

· клавиатура;

Системный блок

Системный блок – основное устройство компьютера. Внутри него находиться целый ряд важнейших компонентов. По способу размещения устройств относительно системного блока их делят на внешние (периферийные) и внутренние (центральные).

К центральным устройствам, непосредственно участвующим в обработке данных, относятся центральный процессор, оперативная память, графический процессор и подсистема ввода-вывода. Эти устройства расположены внутри системного блока.

К периферийным относятся устройства, реализующие функции ввода, вывода, подготовки данных и хранения больших объемов информации. Общим для всех периферийных устройств является то, что они преобразуют форму представления данных без изменения их содержания. Такие устройства подключаются к системному блоку снаружи через различные разъемы и порты.

Рис. 2.8. Корпус ПК в горизонтальном и вертикальном исполнении

По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса. Корпуса компьютеров выпускают в горизонтальном исполнении (desktop) и в вертикальном (tower) (Рис. 2.8). Корпуса в вертикальном исполнении различают по габаритам: полноразмерный (full tower), средний (midi tower) и малый (mini tower). Среднеразмерные корпуса в вертикальном исполнении весьма популярны в сфере бытового использования.

Похожая информация.

Введение

1. Основные сведения о построении ЭВМ

2. Аппаратные средства персонального компьютера

3. Характеристика основных устройств персонального компьютера.

Выводы

ЛИТЕРАТУРА

Информатика : Учебник / Под ред. проф.Н.В.Макаровой . – М.: Финансы и статистика, 2001. - 768 с. (главы 4-7).

Інформатика: Комп"ютерна техніка. Комп"ютерні технології : Підручник для студентів вищих навчальних закладів / За ред.O.I.Пушкаря . – К.: Видавничий центр "Академія", 2002. с. 12-81).

Информатика : Базовый курс /С.В.Симонович и др. – СПб.: Питер, 2002. 62-85 с.

Введение

В информатике понятие «система» чаще всего используется относительно технических средств и программ. Системой называют также аппаратную часть компьютера.

В работе ПК, реализуемом его аппаратными средствами, можно выделить следующие этапы:

1. Зарождение данных - формирование первичных сообщений, которые фиксируют результаты определенных операций, свойства объектов и субъектов управления, параметры процессов, содержание нормативных и юридических актов и т.п.

2. Накопление и систематизация данных - организация их размещения, обеспечивающая быстрый поиск и отбор нужных сведений, методическое обновление данных, защиту их от искажений, потери, нарушения целостности и др.

3. Обработка данных - процессы, в результате которых на основе ранее накопленных данных формируются новые виды данных: обобщающие, аналитические, рекомендательные, прогнозные.

4. Отображение данных - представление их в форме, пригодной для восприятия человеком. Прежде всего - это вывод на печать, т.е. изготовление документов, удобных для восприятия человеком. Широко используют построение графических иллюстративных материалов (графиков, диаграмм) и формирование звуковых сигналов.

Целью практического занятия является изучение состава и характеристик аппаратных средств ПК, основных принципов организации его работы.

1. Основные сведения о построении эвм

Электронная вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер - это устройство, выполняющее операции ввода данных, их сохранение и обработку по определенной программе, вывод полученных результатов в форме, пригодной для восприятия человеком.

За каждую из названных операций отвечают специальные блоки ЭВМ: устройства ввода, центральный процессор (ЦП), память, устройства вывода. Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация.

Основные устройства компьютера и связи между ними представлены на схеме (рис. 1). Жирными стрелками показаны пути и направления движения информации, а простыми стрелками - пути и направления передачи управляющих сигналов.

В ЦП входит арифметико-логическое устройство (АЛУ), запоминающее устройство (ЗУ) в виде регистров и внутренней кэш-памяти, устройство управления (УУ). Функции процессора:

обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;

программное управление работой устройств компьютера.

Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называетсяустройством управления (УУ).

В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами , которые выполняют функцию кратковременного хранения числа или команды. Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции. Например, «вырезать» отдельные части команды для последующего их использования или выполнять определенные арифметические операции над числами. Основным элементом регистра является электронная схема, называемаятриггером , которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд двоичного кода).

Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления.

Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций. Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:

сумматор - регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции;

счетчик команд - регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти;

регистр команд - регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные - для хранения кодов адресов операндов.

Устройство управления координирует работу всех элементов и устройств процессора и памяти. В последовательности, определяемой программой, оно выбирает из ОЗУ команду за командой. Каждая команда декодируется; по требованию из указанных в ней ячеек ОЗУ передаются в АЛУ (или наоборот) элементы данных; АЛУ настраивается на выполнение действия, указанного командой (в этом действии могут участвовать также устройства ввода-вывода); дается команда на выполнение этого действия. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не возникнет одна из следующих ситуаций:

исчерпаны входные данные;

от одного из входных устройств поступила команда на прекращение работы;

выключение питания ЭВМ.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ ) («память») - блок ЭВМ, предназначенный для размещения программ, а также временного хранения некоторых входных данных и промежуточных результатов. ОЗУ способно записывать (считывать) элементы программ и данных в произвольное место памяти (из произвольного места памяти), имеет высокое быстродействие.

Запоминающие устройства бывают трех видов:

двунаправленные (допускают считывание и запись данных), к ним принадлежит ОЗУ;

полупостоянные , предназначенные для хранения редко изменяемой информации, (например, данные о конфигурации ЭВМ) (ППЗУ);

постоянные , допускающие только считывание один раз записанной в них информации (ПЗУ).

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

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 илибезусловного 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.

При рассмотрении ЭВМ принято различать их архитектуру иструктуру .

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 ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств.Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Структура компьютера - это совокупность его функциональных элементов и связей между ними.Элементами могут быть самые различные устройства - от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.

Функциональные возможности ЭВМ обусловливают их важнейшие технико-эксплуатационные характеристики :

быстродействие, измеряемое усредненным количеством операций, выполняемых машиной за единицу времени;

разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует ЭВМ;

номенклатура, емкость и быстродействие всех запоминающих устройств;

номенклатура и технико-экономические характеристики внешних устройств хранения, обмена и ввода-вывода информации;

типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов ЭВМ между собой (внутримашинного интерфейса);

способность ЭВМ одновременно работать с несколькими пользователями и выполнять одновременно несколько программ (многопрограммность);

типы и технико-эксплуатационные характеристики операционных систем, используемых в машине;

наличие и функциональные возможности программного обеспечения;

способность выполнять программы, написанные для других типов ЭВМ (программная совместимость с другими типами ЭВМ);

система и структура машинных команд;

возможность подключения к каналам связи и к вычислительной сети;

эксплуатационная надежность ЭВМ;

коэффициент полезного использования ЭВМ во времени, определяемый соотношением времени полезной работы и времени профилактики.

Микро-ЭВМ, к разряду которых относятся ПК, обладают следующими характеристиками:

производительность - до 100 MIPS;

емкость основной памяти - 4-2048 Мбайт;

емкость дисковой памяти - 2-160 Гбайт;

число поддерживаемых пользователей - 16-512.

Все модели мини-ЭВМ разрабатываются на основе микропроцессорных наборов интегральных микросхем, 16-, 32-, 64-разрядных микропроцессоров.

В класс персональных компьютеров входят различные машины - от дешёвых домашних и игровых с небольшой оперативной памятью, с памятью программы на кассетной ленте и обычным телевизором в качестве дисплея (80-е годы), до сверхсложных машин с мощным процессором, винчестерским накопителем ёмкостью в сотни Гигабайт, с цветными графическими устройствами высокого разрешения, средствами мультимедиа и другими дополнительными устройствами.

Персональный компьютер для удовлетворения требованиям общедоступности и универсальности применения должен иметь следующие характеристики:

малую стоимость, находящуюся в пределах доступности для индивидуального покупателя (от нескольких сотен до 5 -10 тыс. у.е.);

автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;

гибкость архитектуры, обеспечивающую ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;

«дружественность» операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающую возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;

наличие ЗУ на магнитных дисках емкостью от 20 до 200 и более Гбайт, объём оперативной памяти не менее 128 Мбайт;

высокую надежность работы (более 5000 ч. наработки на отказ).

Классификация персональных компьютеров приведена в табл. 1.

Таблица 1. Классификация персональных ЭВМ

Класс персональных ЭВМ	Масса, кг	Источник питания	Примечание
Настольные (desktop )	5-10 (без монитора	Бытовая электросеть	Используются внутри помещений для оборудования рабочих мест; обеспечивают широкие функциональные возможности
Переносные (laptop )		Бытовая электросеть или аккумуляторные батареи	Предназначены для использования в поездках. Обеспечивают широкие функциональные возможности, включая подключение к вычислительным сетям
Блокнотные (notebook )		Аккумуляторные батареи или преобразователь напряжения	Предназначены для использования в поездках. Обеспечивают сокращенные функциональные возможности. Особенно это касается применения разнообразных периферийных устройств
Электронный секретарь, электронная записная книжка (PDA, Personal Digital Assistant)		Батареи или преобразователь напряжения	Как правило, помещаются в кармане, можно легко держать в руке. Набор функций дает возможность выполнять записи текстов, некоторые вычисления, вести расписание, телефонный справочник, переводить фразы с иностранных языков и др.