Принцип работы компьютера, операционные системы, обработка информации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Информация. Место и роль информатики

Понятие «информация». Слово «информация» происходит от латинского слова informatio, что в переводе означает сведение, разъяснение, ознакомление. Понятие «информация» является базовым в курсе информатики, невозможно дать его определение через другие, более простые понятия. В геометрии, например, невозможно выразить содержание базовых понятий «точка», «прямая», «плоскость» через более простые понятия. Содержание основных базовых понятий в любой науке должно быть пояснено на примерах или выявлено путем сопоставления с содержанием других понятий.

В случае с понятием «информация» проблема его определения более сложна, так как оно является общенаучным понятием. Данное понятие используется не только в информатике, но и физике, биологии, кибернетике и других науках. При этом в каждой науке понятие «информация» связано с различными системами понятий.

Очевидно, что с момента своего появления человечество повсеместно собирало, осмысливало, обрабатывало, хранило и передавало разнообразную информацию. Восприятие и передача информации -- характерна для всех живых существ, а языковая форма передачи информации -- основная форма приёма/передачи информации людей.

Информация в биологии. Получение и преобразование информации является условием жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования.

Генетическая информация. В генетике понятие информации (генетической) определяется как программа (код) биосинтеза белков, материально представленных полимерными цепочками ДНК. Любой живой организм, в том числе человек, является носителем генетической информации, которая передается по наследству. Генетическая информация хранится в каждой клетке организма в молекулах ДНК.

Человек и информация. Человек живет в мире информации, которую он получает из окружающего мира с помощью органов чувств. Полученная информация в форме зрительных, слуховых и других образов хранится в его памяти.

Человеческое мышление можно рассматривать как процесс обработки информации в мозгу человека. На основе информации, полученной с помощью органов чувств, и теоретических знаний, приобретенных в процессе обучения, человек создает информационные модели окружающего мира. Такие модели позволяют ему ориентироваться в окружающем мире и принимать правильные решения для достижения поставленных целей.

Процессы, связанные с получением, хранением и обработкой информации, называются информационными процессами.

Информация и общество. В процессе общения с другими людьми человек передает и получает информацию. Обмен информацией между людьми может осуществляться в различных формах (письменной, устной или с помощью жестов). Для обмена информацией всегда используется определенный язык (русский, азбука Морзе и так далее). Чтобы полученная информация была понятна, язык должен быть известен людям, участвующим в общении.

Человек получает информацию из окружающего мира с помощью органов чувств, анализирует ее и выявляет существенные закономерности с помощью мышления, хранит полученную информацию в памяти. Процесс систематического научного познания окружающего мира приводит к накоплению информации в форме знаний (фактов, научных теорий и так далее). Таким образом, с точки зрения процесса познания информация может рассматриваться как знания. История человечества -- это, в определенном смысле, история накопления и преобразования информации. Весь процесс познания является процессом получения, преобразования и накопления информации (знаний). Полученная информация хранится на носителях различных типов (книги, аудиозаписи, а в последнее время на электронных носителях в цифровой форме).

Информационные процессы в технике. Информационные процессы характерны не только для природы, человека и общества, но и для техники. Человеком созданы специальные технические устройства, предназначенные для кодирования, обработки, хранения и передачи информации в цифровой форме (компьютер, сканер, модем и др.). Совокупность таких технических устройств называют аппаратными средствами информатизации. Работой аппаратных средств, в частности работой компьютера, управляют различные программы, совокупность которых называют программным обеспечением или программными средствами информатизации.

В последние два десятилетия массовое производство компьютеров и распространение сети Интернет существенно ускорили развитие общества, и в развитых странах мира уже говорят о становлении так называемого информационного общества. В информационном обществе главным ресурсом является информация, большая часть населения в информационном обществе занята в сфере обработки информации или использует информационные и коммуникационные технологии в своей повседневной деятельности.

Информационные и коммуникационные технологии -- это совокупность технологических процессов, использующих устройства и методы сбора, хранения, обработки и распространения данных (первичной информации), для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта).

Для жизни и деятельности в информационном обществе необходимо обладать информационной культурой. Ее можно определить как совокупность рациональных и корректных навыков и правил работы с информационными средствами и ресурсами. Важно отметить такие правила информационной культуры, как вежливость переписки, недопустимость отправки писем электронной почтой по любому поводу и по любому адресу, недопустимость рекламы в Интернете порнографии или пороков общества, запрет применения компьютерных вирусов и т.д.

Информатика. Информационный подход к описанию и исследованию мира реализуется в рамках информатики, науки об информации и информационных процессах, аппаратных и программных средствах информатизации, информационных и коммуникационных технологиях. Термин «Информатика» («informatique») появился во французском языке в начале 1960-х годов и обозначил область автоматизированной переработки информации. В первой половине 1980-х годов термин «информатика» пришёл в Россию и ряд стран Восточной Европы.

Понятие «информатика» объединяет ряд научных направлений, исследующих разные стороны одного и того же объекта - информации.

В теории информации как науки о кодировании сообщений и передачи сигналов по техническим каналам связи, понятие информации определяется как коммуникация, связь, в процессе которой устраняется неопределенность. В 1948 году американский математик К. Шеннон ввёл математическое понятие количества информации. Он заметил, что «информацию» содержат лишь такие сообщения, которые уменьшают или полностью устраняют неопределенность в выборе одной из двух или более возможностей. Каждому сигналу приписывалась априорная вероятность его появления. Вероятность в данном случае трактуется как частота появления исходов при многократном проведении одинаковых опытов. То есть при многократном проведении опыта формируется таблица, в которой фиксируются результаты. Частота появления результата, подсчитанная на основе данных такой таблицы, и есть приближенное значение вероятности появления результата. Для практики важно уметь подсчитывать степень неопределенности разнообразных опытов, чтобы иметь возможность сравнить их между собой.

Вероятность и количество информации должны быть связаны так, что чем меньше вероятность появления того или иного сигнала, тем больше информации он несёт для потребителя (т.е. чем неожиданнее сигнал, тем больше его информативность). Однако математическая теория информации не учитывает содержательную сторону сообщения.

Таким образом, можно сделать вывод, что в естественных науках понятие информации отождествляется с сигналами, которые наблюдаются в технических и биологических системах, эти сигналы могут быть измерены, их можно обрабатывать и хранить. Информация состоит из упорядоченных дискретных или непрерывных сигналов, с которыми и имеет дело информационная технология.

Единицы измерения количества информации. Для количественного выражения любой величины необходимо определить единицу измерения. Длина измеряется в метрах, масса -- в килограммах и так далее. Аналогично, для определения количества информации необходимо ввести единицу измерения.

Подход к информации как мере уменьшения неопределенности знаний позволяет количественно измерять информацию, что чрезвычайно важно для информатики.

Рассмотрим опыты, имеющие k равновероятных исходов. Классическим примером является опыт бросания игральной кости -- кубика, на гранях которого нанесено различное число точек (от одной до шести). То есть в этом случае k=6.

Если рассматривать опыт с одним исходом, k=1, то в таком опыте отсутствует элемент случайности, а при большом k , то есть при большом числе исходов, предсказание становится затруднительным. Таким образом, становится ясно, что численная характеристика степени неопределенности должна быть функцией от k. При этом для k=1 функция должна обращаться в нуль, так как в этом случае неопределенность отсутствует, а при возрастании k функция должна возрастать.

Чтобы уточнить определение такой функции, нужно предъявить к ней дополнительные требования. Например, в случае описания неопределенности двух независимых опытов с разным числом исходов, такая функция должна представлять собой сумму неопределенностей, характеризующих каждый из опытов в отдельности. Это условие наводит на мысль принять за меру неопределенности опыта, имеющего k равновероятных исходов, использовать логарифмическую функцию log k,так как log 1=0, а

log (kl)=log(k)+log(l),

где kl -- общее число исходов двух независимых опытов с k и l исходами, соответственно.

Отметим, что выбор основания логарифмов несущественен, так как в силу известной формулы

logb k=logba*logak

Переход от одного основания логарифма к другому сводится к умножению функции f(k)=logk на постоянный множитель logba, то есть равносилен изменению единицы измерения (эквивалентен переходу от граммов к килограммам и т.д.).

В конкретных применениях «меры степени неопределенности» обычно используются логарифмы по основанию два. Минимальное количество исходов опыта, результат которого неизвестен, очевидно, равно двум. Таким образом, в качестве единицы измерения степени неопределенности удобно принять неопределенность, содержащуюся в исходе опыта, имеющего два равновероятных исхода. Например, в опыте бросания монеты на ровную поверхность и выяснении того какая ее сторона оказалась сверху.

Пусть у нас имеется монета, которую мы бросаем на ровную поверхность. С равной вероятностью произойдет одно из двух возможных событий -- монета окажется в одном из двух положений: «орел» или «решка». Перед броском существует неопределенность наших знаний (возможны два события), и, как упадет монета, предсказать невозможно. После броска наступает полная определенность, так как мы видим (получаем зрительное сообщение), что монета в данный момент находится в определенном положении (например, «орел»). Именно такое количество информации принято за единицу. Эта единица называется битом от английского словосочетания binary digit (log2 2=1).

В информатике система образования единиц несколько отличается от принятых в большинстве наук. Традиционные метрические системы используют в качестве множителей для кратных единиц коэффициент 10n. В теории информации следующей по величине после бита единицей является байт, причем

1 байт = 23 бит = 8 бит

Кратные байту единицы измерения количества информации вводятся следующим образом

1 Кбайт = 210 байт =1024 байт;

1 Мбайт = 210 Кбайт =1024 Кбайт;

1 Гбайт = 210 Мбайт =1024 Мбайт;

В окружающей действительности достаточно часто встречаются ситуации, когда может произойти некоторое количество равновероятных событий. Чем больше количество возможных событий, тем больше начальная неопределенность и соответственно тем большее количество информации будет содержать сообщение о результатах опыта.

Число, определяющее степень неопределенности исхода опыта, называют энтропией опыта. Энтропия опыта б, имеющего два равновероятных исхода, равна

H(б)=-р1log р1-р2log р2=-(Ѕ)log2(Ѕ)-(Ѕ)log2(Ѕ)

Понятие энтропии первоначально было введено для решения некоторых вопросов теории передачи сообщений по линиям связи. Поэтому время передачи сообщения, стоимость такой передачи, а также конкретное содержание самого сообщения для определения понятия энтропии не существенно.

Рассмотрим применение введенных понятий к оценке информации, содержащейся в числовом сообщении.

Предположим, что мы хотим передать сообщение, записанное с помощью 10 цифр, то есть числа, записанного в десятичной системе счисления. Каждая цифра передаваемого сообщения может принимать одно из десяти значений, причем все цифры сообщения являются независимыми, то есть каждая из них может принимать все значения с одинаковой вероятностью.

В этом случае каждая передаваемая цифра может содержать информацию, равную log2103№/і битам. Полное количество информации, ввиду независимости каждой передаваемой цифры, равна произведению количества цифр в сообщении, умноженному на величину 3№/і.

В случае использования для передачи информации так называемых элементарных сигналов, когда передача состоит из посылки тока или паузы, что соответствует двоичным нулю и единице, сообщение из одного элементарного сигнала, очевидно, содержит один бит информации.

Алфавитный подход к определению количества информации

При определении количества информации на основе уменьшения неопределенности наших знаний мы рассматриваем информацию с точки зрения ее содержания и новизны для человека. Однако при хранении и передаче информации с помощью технических устройств целесообразно отвлечься от содержания информации и рассматривать ее как последовательность знаков (букв, цифр, последовательность кодов, и так далее).

Набор символов знаковой системы (алфавит) можно рассматривать как различные возможные состояния (события). Тогда, если считать, что появление символов в сообщении равновероятно, можно рассчитать какое количество информации несет каждый символ. Так как в русском алфавите, если не считать букву ё, количество букв (событий) равно 32, одна буква несет 5 битов (log232=5). Количество битов в сообщении равно количеству символов, умноженное на количество информации, которое несет один символ.

Кодирование информации

Представление информации происходит в различных формах в процессе восприятия человеком окружающей среды, в процессах обмена информацией между людьми, человеком и компьютером и так далее. Преобразование информации из одной формы представления в другую называется кодированием. Средством кодирования служит таблица соответствия знаковых систем, которая устанавливает взаимно однозначное соответствие между знаками или группами знаков различных знаковых систем.

При вводе знака алфавита в компьютер путем нажатия соответствующей клавиши на клавиатуре происходит кодирование знака, то есть преобразование его в компьютерный код. При выводе знака на экран монитора или принтер происходит декодирование, когда из компьютерного кода знак преобразуется в его графическое изображение.

В качестве примера рассмотрим соответствие цифрового и штрихового кодов товара. Знакам цифрового кода соответствуют группы знаков штрихового кода (узкие и широкие штрихи, а также размеры промежутков между ними). Для человека удобен цифровой код, а для устройства считывания, встроенного в системы автоматизированного учета, удобен штриховой код. Устройство считывания с помощью узкого светового луча распознает штриховой код и передает его в компьютер для последующей обработки.

Двоичное кодирование текстовой информации

В настоящее время большая часть компьютеров в мире заняты обработкой текстовой информации. Для кодирования одного символа используется количество информации, равное 1 байту, то есть 8 битов. Если рассматривать символы как возможные события, то можно вычислить, что таким образом можно закодировать информацию о появлении 256 различных событиях, то есть создать таблицу соответствия для 256 символов.

Такое количество символов вполне достаточно для представления текстовой информации, включая прописные и строчные буквы русского и латинского алфавитов, цифры, знаки и пр. Кодирование заключается в том, что каждому символу ставится в соответствие уникальный десятичный код от 0 до 255 или соответствующий ему двоичный код от 00000000 до 11111111. Таким образом, человек различает символы по их начертаниям, а компьютер -- по их кодам.

При вводе в компьютер текстовой информации происходит ее двоичное кодирование. Пользователь нажимает на клавиатуре клавишу с символом, и в компьютер поступает определенная последовательность из восьми электрических импульсов (двоичный код символа). При выводе символа на экран по коду символа на экран выводится соответствующее этому коду изображение.

Важно отметить, что присвоению символу конкретного кода -- это вопрос соглашения, которое фиксируется в кодовой таблице. Первые 33 кода (с 0 до 32) соответствуют не символам, а операциям (перевод строки, ввод пробела и так далее). Коды с 33 по 127 являются интернациональными и соответствуют символам латинского алфавита, цифрам, знакам арифметических операций и знакам препинания. Коды с 128 по 255 являются национальными, то есть в различных национальных кодировках одному и тому же коду соответствуют различные символы. Для русских букв существуют пять различных кодировок, что может затруднить работу пользователя. В большинстве случаев специальные программы-конверторы, встроенные в приложения, осуществляют перекодировку текстовых документов.

Определение числового кода символа

Запустить текстовый редактор MS Word. Выбрать команду Вставка ==> Символ. На экране появится диалоговое окно, часть которого занимает таблица символов для одного из шрифтов. В текстовом поле Код знака, расположенном в правом нижнем углу таблицы, появляется числовой код символа, который выделен в данный момент в таблице, расположенной в центре диалогового окна.

Аналоговый и дискретный способы представления изображений и звука

Человек способен воспринимать и хранить информацию в форме зрительных и звуковых образов. Зрительные образы зафиксированы в виде изображений, а звуковые, например, на виниловых пластинках, магнитных лентах и так далее. Любая информация может быть представлена в аналоговой или дискретной (цифровой) форме. В аналоговой форме физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем эти значения меняются скачкообразно.

Приведем пример аналогового и дискретного представления информации. Примером аналогового представления графической информации может служить произведение живописи, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного -- то же полотно, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета. Примером аналогового хранения звуковой информации является виниловая пластинка, звуковая дорожка которой непрерывно изменяет свою форму, а дискретного -- аудио компакт-диск, поверхность которого разбита на участки одинакового размера, но с различной отражающей способностью.

Двоичное кодирование графической информации

В процессе кодирования изображения происходит его пространственная дискретизация. Этот процесс можно сравнить с построением изображения из мозаики. Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты, причем каждому фрагменту ставится в соответствие его значение цвета, то есть код цвета (красный, синий, зеленый) и его интенсивность (глубина цвета).

Качество кодирования изображения зависит от двух параметров. Во-первых, качество тем выше, чем меньше размер фрагмента дискретизации (точки) и соответственно большее количество точек составляет изображение. Во-вторых, чем большая глубина цвета, то есть большее количество возможных состояний точки изображения, используется при кодировании.

Формирование растрового изображения. Графическая информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, которые в свою очередь формируются из определенного числа точек (пикселей). Пределы соответствия изображения, полученного на мониторе, исходному изображению (оригиналу) определяются разрешающей способностью монитора. Чем больше разрешающая способность, то есть большее количество точек в строке, и большее количество строк может отобразить монитор, тем выше качество изображения.

Рассмотрим формирование на экране монитора растрового изображения, состоящего из 600 строк по 800 точек в строке. В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) каждая точка экрана может иметь одно из двух состояний -- «черна» или «белая», то есть для хранения информации о каждой точке необходим всего один бит.

Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов: красного, зеленого и синего. Эта модель называется RGB-моделью по первым буквам английских названий этих цветов. Коды изображения создаются в соответствии с двоичным кодом цвета точки, хранящемся в видеопамяти. Размер двоичного кода цвета точки называют глубиной цвета. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 8, 16, 24, 32 бита.

При установке операционной системы для корректной работы видеосистемы компьютера необходимо задать пределы изменения числа строк и числа точек в каждой строке для отображения картинок на мониторе компьютера. Кроме того, требуется также указать значение глубины цвета. Эти параметры формируют так называемый графический режим, то есть указывают режим работы видеосистемы компьютера. Конечно, эти параметры не должны превышать технических возможностей видеосистемы. Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для графического режима, требующегося для формирования на экране изображения, которое имеет выбранный нами размер, при глубине цвета 24 бита.

Всего точек на экране 800*600=480000.

Необходимый объем видеопамяти: 24 бита*480000=11520000 бит = 1440000байт =1406,25 Кбайт =1,37 Мбайт

Двоичное кодирование звуковой информации

Временная дискретизация звука. Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда, тем сигнал громче, чем больше частота сигнал, тем выше тон. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов.

В процессе кодирования звукового сигнала непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временнЫе участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Таким образом, непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется дискретной последовательностью уровней громкости.

Уровни громкости можно рассматривать как набор возможных состояний, соответственно, чем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня, и тем точнее будет соответствовать дискретный сигнал исходному непрерывному сигналу. Современные звуковые карты могут обеспечивать 16-битную глубину кодирования звука, что соответствует 65536 уровней сигнала.

Качество кодирования звука зависит не только от глубины звука, но и от частоты дискретизации, то есть от количества измерений звукового сигнала в секунду. Эта величина может лежать в пределах от 8000 до 48000, то есть от 8 кГц до 48 кГц. Первое число соответствует качеству радиотрансляции, а второе -- качеству звучания аудио-CD. Следует учитывать, что возможны как моно, так и стерео режимы.

Можно оценить информационный объем стереоаудиофайла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука (16 битов, 48 кГц). Для этого количество битов, приходящихся на одну выборку нужно умножить на число выборок в 1 секунду и умножить на количество каналов (стерео):

16 бит*48000*2=1536000 бит=192000 байт=187,5 Кбайт



Хранение информации

Для долговременного хранения информации, её накопления и передачи используются носители информации. Материальная природа носителей информации может быть различной: бумага, фото и кинопленки для аналоговых носителей, микросхемы памяти, магнитные и лазерные диски для информации в цифровой форме и т.д.

Носители информации характеризуются информационной ёмкостью. Современные микросхемы памяти могут хранить в 1см3 1010 битов информации, однако это во много раз меньше чем хранят молекулы ДНК. Однако если сравнивать с информационной емкостью традиционных носителей (книг), то прогресс очевиден.

Надежность и долговременность хранения информации

Надежность (устойчивость к повреждениям) достаточно высока у аналоговых носителей, повреждение которых приводит к потере информации только на поврежденном участке. Цифровые носители гораздо более чувствительны к повреждениям, т.к. потеря только одного байта может привести к невозможности прочитать весь файл. Именно поэтому необходимо соблюдать правила эксплуатации и хранения цифровых носителей информации.

Устройство компьютера

С точки зрения информатики компьютер -- это электронное устройство для ввода, хранения, обработки и передачи информации. Мы будем рассматривать только персональные компьютеры. В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Этот принцип опирается на шинный принцип обмена информацией между устройствами. Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию.

Шина представляет собой многопроводные линии, к которым подключаются процессор, оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации. Эти устройства обмениваются через шину информацией в форме электрических импульсов, которые соответствуют последовательностям нулей и единиц машинного кода. Шина данных -- собственно, набор контактов, соединяющий различные компоненты компьютера для подвода к ним питания и обмена данными. По этой шине, например, прочитанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении. Выбор устройства или ячейки памяти, куда или откуда пересылаются данные по шине данных, производит процессор.

Существует понятие базовой конфигурации персонального компьютера, в которую входят:

· Системный блок;

· Монитор;

· Клавиатура;

· Мышь.

Рассмотрим элементы конфигурации персонального компьютера, точки зрения модульной структуры:

1. Системный блок

Системный блок представляет собой металлический корпус с блоком питания. В корпусе также располагается звуковой динамик. Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называются внутренними, а подключаемые снаружи -- внешними.

1.1. Системная (материнская) плата (motherboard), на которой располагаются различные устройства, входящие в системный блок. Конструкция материнской платы позволяет каждому пользователю заменять вышедшие из строя или устаревшие элементы системного блока. На системной плате крепятся:

а) Процессор (CРU - Central Рrocessing Unit) -- большая интегральная схема на кристалле, которая называется большой по количеству включенных в нее элементов. Процессор выполняет логические и арифметические операции, осуществляет управление функционированием компьютера. Процессор характеризуется тактовой частотой. Такт -- это промежуток времени между началами двух последовательных импульсов, которые подаются специальной микросхемой -- генератором тактовой частоты, синхронизирующим работу узлов компьютера. Тактовая частота -- это количество тактов в секунду. На выполнение процессором каждой базовой операции отводится определенное число тактов. Ясно, что чем больше тактовая частота, тем больше операций в секунду выполняет компьютер. Тактовая частота определяет быстродействие процессора и измеряется в Герцах (1\с). Современные процессоры настолько быстры, что их частоты удобно измерять в ГГц (Гигагерцах). Другой характеристикой процессора является его разрядность. Разрядность - означает количество двоичных разрядов, которые могут передаваться или обрабатываться процессором одновременно. Производительность процессора является его интегральной характеристикой, которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а также особенностей архитектуры. Наиболее известными изготовителями процессоров являются компании Intel и AMD.

б) Контроллеры - микросхемы, отвечающие за работу различных устройств компьютера (клавиатуры, HDD, FDD, мыши и т.д.). Сюда же отнесем и микросхему ПЗУ (Постоянное Запоминающее Устройство) в которой хранится ROM-BIOS.

в) Слоты (шины) - разъемы (ISA, РCI, SCSI, AGР и т.д.) под различные устройства (оперативная память, видеокарта и т.п.).

г) Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM - Random Access Memory -- микросхемы, служащие для кратковременного запоминания промежуточных команд, значений вычислений, производимых CРU, а также других данных. Там же для повышения быстродействия хранятся исполняемые программы. Оперативная память изготавливается в виде модулей памяти. Модули памяти представляют собой пластины с рядами контактов. Модули памяти различаются между собой по конструкции, быстродействию, информационной емкости и т.д. Важнейшей характеристикой является быстродействие. ОЗУ - быстродействующая память со временем регенерации 7·10-9 сек.

д) Видеокарта (видеоакселератор) - устройство, расширяющее возможности и ускоряющее работу с графикой. Видеокарта имеет свою видеопамять для хранения графической информации и графический процессор (GРU - Graрhic Рrocessor Unit), берущий на себя вычисления при работе с 3D графикой и видео. Может иметь выход на TV и видеовход.

е) Звуковая карта - устройство, расширяющее звуковые возможности компьютера. Звуки генерируются с помощью записанных в память образцов звуков разных тембров. Поддерживаются различные эффекты. Могут иметь линейный вход/выход, выход на наушники, микрофонный вход, (разъем для джойстика, аналоговый и цифровой вход CD аудио).

ж) Сетевая карта - устройство, отвечающее за подключение компьютера к сети для возможности обмена информацией.

Кроме материнской платы в системном блоке находятся:

Накопитель на жестком магнитном диске (винчестер, HDD - Hard Disk Drive) - герметично запаянный корпус с вращающимися магнитными дисками и магнитными головками. Жесткий магнитный диск представляет собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси и вращающихся с большой угловой скоростью. Основной функцией жесткого магнитного диска является долговременное хранение большого объема информации в виде файлов (программы, тексты, графика, фотография, музыка, видео). Жесткий диск -- это устройство, которое использует свойство сохранения намагниченности специальным магнитным веществом, нанесенным на поверхность диска. В процессе записи информации головки дисковода перемещаются вдоль поверхности диска, на которую нанесен слой этого магнитосодержащего вещества. В головки поступают импульсы (последовательность нулей и единиц), в результате намагничиваются или не намагничиваются элементы поверхности магнитного носителя.

При считывании информации головка движется вдоль поверхности носителя. Намагниченные участки вызывают в ней импульсы тока (явление электромагнитной индукции). Последовательности таких импульсов передаются в оперативную память компьютера. В отсутствии сильных магнитных полей и высоких температур элементы поверхности могут сохранять намагниченность достаточно долго.

CD/DVD-ROM (Comрact Disc Read Only Memory) - устройство, служащее для считывания/записи информации с CD/DVD дисков. Двоичная информация с поверхности CD считывается лучом лазера. В лазерных дисководах используется оптический принцип записи и считывания информации. Информация на лазерном диске записывается на спиралевидную дорожку, содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью.

В процессе считывания информации луч лазера, установленный в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность лазерного диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч меняет свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы с помощью фотоэлементов преобразуются в электрические импульсы и по шине передаются в оперативную память.

Запись на CD/DVD основана на изменении отражающих свойств вещества подложки CD под действием луча лазера.

В состав ЭВМ кроме системного блока входят следующие устройства ввода-вывода информации.

2. Монитор (дисплей) - устройство вывода графической информации. Есть электронно-лучевые (уже устаревшие) и LCD мониторы. На экране жидкокристаллического монитора изображения формируется в результате прохождения белого света лампы подсветки через ячейки, прозрачность которых зависит от приложенного электрического напряжения. Мониторы используют RGB систему образования цвета, т.е. цвет получается смешением 3-х основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Размеры по диагонали -- (14''), 15'', 17'', 19'', 21'', 24''. Размер пикселя - 0.2-0.3мм. Частота смены кадров - 77Гц при разрешении 1920x1200 пиксель, 85Гц при 1280x1024, 160Гц при 800x600. Количество цветов определяется количеством разрядов на один пиксель и может быть 256 (28, где 8 - количество разрядов), 65536 (216, режим High Color), 16 777 216 (224, режим True Color, может быть и 232).

3. Клавиатура (keyboard) - клавишное устройство ввода команд и символьной информации (108 клавиш). Подключается к последовательному интерфейсу (COM порт) либо к USB порту. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры вводят команды управления, а с помощью монитора получают от нее отклик.

4. Манипулятор типа мышь (mouse) - устройство ввода команд. Мышь подключается к компьютеру с помощью, так называемых портов (USB (Universal Serial Bus) или COM), которые передают электрические импульсы, несущие информацию, последовательно, один за другим. Аппаратно эти порты выведены на панель системного блока. Стандартной является 2-х кнопочная мышь с колесом прокрутки (scrolling). Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора.

5. Печатающее устройство (принтер) - устройство для вывода информации на бумагу, пленку или другую поверхность. Подключается к так называемому, параллельному интерфейсу (LРT порт) который передает одновременно 8 импульсов в машинном коде. Существуют конструкции, которые подключаются к USB (Universal Serial Bus) - универсальная последовательная шина, заменившая устаревшие COM и LРT порты).

а) Матричный. (уже устаревшая технология) Изображение формируется иголками, пробивающими красящую ленту.

б) Струйный. Изображение формируется выбрасываемыми из сопел (до 256) микрокаплями краски. Скорость движения капель до 40м/с.

в) Лазерный. Изображение на бумагу переносится со специального барабана, наэлектризованного лазером, к которому притягиваются частички краски (тонера).

6. Сканер - устройство для ввода изображений в компьютер. Есть ручной, планшетный, барабанный.

7. Модем (МОдулятор-ДЕМодулятор) - устройство, позволяющее обмениваться информацией между компьютерами через аналоговые или цифровые каналы. Модемы отличаются друг от друга максимальной скоростью передачи данных (2400, 9600, 14400, 19200, 28800, 33600, 56000 бит в секунду), поддерживаемыми протоколами связи. Бывают модемы внутренние и внешние.

Семейство операционных систем Windows для персональных IBM-совместимых компьютеров. Общие сведения об ОС Windows

компьютер кодирование word excel

Операционная система является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе. Современные операционные системы имеют сложную структуру, каждый элемент которой выполняет определенную функцию по управлению компьютером.

Операционная система -- это комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которого -- организовать взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ.

Операционная система играет роль связующего звена между аппаратурой компьютера, с одной стороны, и выполняемыми программами, а также пользователем, с другой стороны.

Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера -- на диске. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ.

Этот процесс называется загрузкой операционной системы.

В функции операционной системы входит:

· осуществление диалога с пользователем;

· ввод-вывод и управление данными;

· планирование и организация процесса обработки программ;

· распределение ресурсов (оперативной памяти и кэша, процессора, внешних устройств);

· запуск программ на выполнение;

· всевозможные вспомогательные операции обслуживания;

· передача информации между различными внутренними устройствами;

· программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.).

Операционную систему можно назвать программным продолжением устройства управления компьютера. Операционная система скрывает от пользователя сложные ненужные подробности взаимодействия с аппаратурой, образуя прослойку между ними. В результате этого люди освобождаются от очень трудоёмкой работы по организации взаимодействия с аппаратурой компьютера.

Можно выделить собственно операционную систему, и элементы программного обеспечения, объединяемые понятием обслуживающие программы, или утилиты.

Большую часть установленных в системе утилит составляют программы, предназначенные для выполнения действий, необходимых для успешного функционирования компьютера. В некотором смысле обслуживающие программы объединяют элементы программного обеспечения, расширяющие возможности операционной системы. Например, форматирование диска или копирование файлов обеспечиваются обслуживающими программами. К другим видам обслуживающих программ относятся программы для установки соединений по телефонным линиям с использованием модема, программы сжатия и распаковки данных, программное обеспечение для осуществления сетевых соединений.

Кратко опишем некоторые другие разновидности утилит:

· программы контроля, тестирования и диагностики, которые используются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации; указывают причину и место неисправности;

· программы-драйверы, которые расширяют возможности операционной системы по управлению устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и т.д.; с помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся;

· программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют записывать информацию на дисках более плотно, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл;

· антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусами;

Компьютерный вирус -- это специально написанная небольшая по размерам программа, которая может "приписывать" себя к другим программам для выполнения каких-либо вредных действий -- портит файлы, "засоряет" оперативную память и т.д.

· программы оптимизации и контроля качества дискового пространства;

· программы восстановления информации, защиты данных;

· программы для управления памятью, обеспечивающие более гибкое использование оперативной памяти;

Компоненты операционной системы. Часть операционной системы, которая обеспечивает интерфейс операционной системы с пользователями, часто называют оболочкой (shell). Назначение оболочки - организация взаимодействия с пользователем (или пользователями) системы. Современные оболочки выполняют эту задачу с помощью графического интерфейса пользователя (graрhical user interface - GUI), в котором объекты манипуляции, подобные файлам и программам, представлены на экране монитора в виде небольших рисунков - пиктограмм. Подобные системы позволяют пользователям вводить команды, указывая на эти пиктограммы и щелкая на них с помощью мыши. Прежние оболочки поддерживали общение с пользователями посредством текстовых сообщений, вводимых с клавиатуры и отображаемых на экране монитора.

Хотя оболочка операционной системы играет важную роль в определении доступной на данной машине функциональности, она, тем не менее, является всего лишь интерфейсом между пользователем и сердцем самой операционной системы. Главным компонентом современных графических оболочек является система управления окнами или оконный менеджер (windows manager), который распределяет отдельные блоки плоскости экрана, называемые окнами, и отслеживает, какое приложение ассоциируется с каждым из этих окон. Когда приложение намеревается отобразить что-нибудь на экране, оно сообщает об этом программе управления окнами. В результате программа размещает предоставленный трафарет в окне, соответствующем данному приложению. В свою очередь, когда пользователь нажимает кнопку мыши, именно программа управления окнами определяет положение указателя мыши на экране и уведомляет соответствующее приложение об этом действии пользователя.

В отличие от оболочки операционной системы, ее внутренняя часть обычно называется ядром (kernel), которое включает компоненты программного обеспечения, выполняющие основные функции в процессе приведения компьютера в рабочее состояние.

Управление файловой системой. Процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к обмену файлами между устройствами

Файл (англ. file --папка) -- это именованная совокупность любых данных, размещенная на внешнем запоминающем устройстве и хранимая, пересылаемая и обрабатываемая как единое целое. Файл может содержать программу, числовые данные, текст, закодированное изображение и др.

Файловая система -- это средство для организации хранения файлов на каком-либо носителе.

В операционной системе имеются программные модули, управляющие файловой системой. Это система управления файлами (file manager), в задачу которой входит координация использования запоминающих устройств. Для удобства пользователей система управления файлами разрешает объединять файлы в группы, называемые каталогами (directory), или папками (folder). Такой подход позволяет пользователям размещать свои файлы так, как им это удобно, помещая связанные друг с другом файлы в один каталог. Более того, каталоги могут содержать в себе другие каталоги, называемые подкаталогами, что позволяет создавать из файлов иерархические структуры. Цепочка каталогов, ведущая к файлу, называется путем (рath). Подробно работа с файлами будет рассмотрена далее.

Любой доступ к файлу со стороны других компонентов программного обеспечения предоставляется и контролируется системой управления файлами. Она предоставляет информацию, необходимую для поиска файла и работы с ним.

Командный процессор. В состав операционной системы входит специальная программа -- командный процессор, -- которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их. Пользователь может дать команду запуска программы, выполнения какой-либо операции над файлами (копирование, удаление, переименование), вывода документа на печать и т.д. Операционная система должна эту команду выполнить.

Драйверы устройств. Другой компонент ядра операционной системы представляет собой набор драйверов устройств (devices drivers), т.е. элементов программного обеспечения, взаимодействующих непосредственно с устройствами в целях выполнения различных операций в периферийных устройствах машины. Каждый драйвер устройства специально разрабатывается для конкретного типа устройства (например, принтера, дисковода, накопителя на магнитных лентах или монитора). Он преобразует поступающие запросы в последовательность команд выполнения отдельных физических операций, которые требуется выполнить устройству, связанному с этим драйвером. Таким образом, операционная система, настраивается на использование определенных периферийных устройств с помощью простой установки соответствующих драйверов. Это значит, что когда шине компьютера подключены различные устройства, каждое из которых выполняет определенную функцию, то драйверы устройств обеспечивают взаимодействие устройств с собственно операционной системой. То есть именно драйверы устройств обеспечивают управление работой устройств и согласование обмена информацией между ними. Кроме того, драйверы позволяют производить настройку некоторых параметров устройств.

Система управления памятью. Еще один компонент ядра операционной системы - система управления памятью (memory manager), которая решает задачу координации использования машиной ее основной памяти. В среде, где машина выполняет только одно задание в каждый момент времени, обязанности этой программы минимальны. В этом случае необходимая текущему заданию программа помещается в основную память, выполняется, а затем заменяется программой для последующего задания. Однако многопользовательской среде или в среде со многими задачами, когда машина должна обрабатывать множество запросов, поступающих в одно и то же время, у подсистемы управления памятью обширные обязанности. В этой ситуации в основной памяти одновременно должно находиться множество программ и блоков данных, причем каждая из программ занимает собственную область памяти, отведенную ей программой управления памятью. По мере того как возникает необходимость в выполнении различных действий и после их окончания, подсистема управления памятью должна находить области памяти для удовлетворения возникающих потребностей в памяти, а также отслеживать информацию о тех участках памяти, которые уже освободились.

Задача подсистемы управления памятью еще больше усложняется, когда требуемый объем основной памяти превышает реально существующий объем. В этом случае программа управления памятью может создать иллюзию увеличения объема памяти путем перемещения программ и данных из основной памяти в так называемый файл подкачки, или виртуальную память (virtual memory), который расположен на одном из внешних устройств, и обратно. Предположим, что выполняемым программам требуется 256 Мбайт основной памяти, а в наличии имеется только 128. Чтобы создать иллюзию большего объема памяти, программа управления памятью делит требуемый объем на элементы, называемые страницами (рages), типичный объем страницы - не больше 4 Кбайт. Подсистема управления памятью помещает в основную память те страницы, которые в данный момент должны там находиться, замещая ими те, в которых больше нет потребности. Таким образом, остальные компоненты программного обеспечения могут работать так, как если бы объем основной памяти машины действительно составлял 256 Мбайт.

Windows. Теперь перейдем к рассмотрению операционных систем семейства Windows. С переходом на персональные компьютеры с процессором Рentium и оперативной памятью большей 8 Мб большое распространение получили операционные системы семейства Windows и новый стиль работы с графическим интерфейсом. Идея графического интерфейса Windows заимствована компанией Microsoft у операционной системы для компьютеров Aррle. В операционных системах с графическим интерфейсом пользователь может вводить команды с помощью мыши, тогда как в режиме командной строки (командный интерфейс) необходимо вводить команды с помощью клавиатуры. Первоначальные версии Windows (3.1, 3.11) были выполнены как графические оболочки операционной системы MS DOS, но, начиная с Windows 95, являются самостоятельными операционными системами.

Принципиально важное свойство Windows -- многозадачность (допускается одновременное выполнение нескольких процессов) и возможность обмена данными между работающими программами. Еще одна важная черта ОС семейства Windows -- стремление избавить пользователя (и даже системного администратора, устанавливающего программное обеспечение) от ряда операций. Так Windows в процессе установки программы сама определяет устройства компьютера, стремится выбрать оптимальную конфигурацию, режим стартовой загрузки, подбирает драйверы устройств. Важно и то, что Windows использует единый пользовательский интерфейс всех прикладных программ. ОС Windows ориентирована на работу с манипулятором «мышь», то есть мышь является одним из основных устройств управления в операционной системе Windows. С помощью “мыши” вы можете открывать папки, производить запуск программ, перемещать окна, вызывать контекстное меню. Контекстное меню -- это меню, команды которого зависят от контекста, т.е. от того объекта, с которым пользователь работает в данный момент.

Все операции в этой среде в высокой степени унифицированы, все программные средства имеют похожие интерфейсы и принципы управления, что значительно ускоряет освоение новых программных средств.

Для обозначения различных объектов, с которыми имеет дело пользователь, в Windows используются графические символы. Отдельные файлы объединяются в папки, которые являются аналогами каталогов, использовавшихся в MS DOS и ОС прошлых поколений. Так же как в каталоге может находиться несколько каталогов более низкого уровня, папка может содержать вложенные папки.

Несмотря на некоторые различия в пользовательском интерфейсе операционных систем семейства Windows, общие закономерности в его реализации схожи и могут быть разъяснены на примере Windows XР.

Файлы операционной системы хранятся во внешней, долговременной памяти. Однако программы могут выполняться, только если они находятся в оперативной памяти, поэтому файлы операционной системы необходимо загрузить в оперативную память.

Запуск операционной системы. Запуск операционной системы осуществляется с помощью процесса, называемого самозагрузкой (booting), который выполняется при каждом включении машины. Первым шагом к пониманию этого процесса есть осознание того, почему его необходимо выполнять на первом этапе.

Центральный процессор машины (ЦП) разработан таким образом, что при его включении выполняемая им (процессором) программа каждый раз начинает выполняться с определенного, наперед заданного адреса. Следовательно, именно в этом месте основной памяти ЦП ожидает найти первую команду, которую требуется выполнить. Чтобы гарантировать, что требуемая программа всегда будет присутствовать на указанном месте, этот участок памяти обычно конструируется так, чтобы его содержание было неизменным. Такая память носит название постоянной памяти или постоянного запоминающего устройства - ПЗУ (read-only memory - ROM). Когда код помещается в ПЗУ, он находится там постоянно, независимо от того, включена машина или выключена.

...