Наука информатика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

На тему: "Наука информатика"



Содержание

1. Информация, информатика, представление информации

1.1 Понятие информации

1.2 Свойства информации

1.3 Виды информации

2. Наука информатика

2.1 Кодирование информации

3. Информационные технологии

4. История развития вычислительной техники

4.1 Счетно-решающие устройства до появления ЭВМ

4.2 Электронно-вычислительные устройства

4.3 Краткая характеристика поколений ЭВМ

5. Архитектура персонального компьютера

5.1 Системный блок

5.2 Память компьютера

5.3 Электронные платы

5.3.1 Материнская плата

5.3.2 Контроллеры

5.4 Микропроцессор

5.5 Накопители информации

5.6 Видеоконтроллеры

5.7 Устройства ввода-вывода информации

5.8 Мультимедийный компьютер

6. Программное обеспечение ЭВМ

6.1 Системные программы

6.2 Прикладные программы

6.3 Системы программирования

Список литературы



1. Информация, информатика, представление информации

1.1 Понятие информации

Человек в своей жизни, от рождения до самой смерти, постоянно встречается с разнообразной информацией. Общение с другими людьми, обмен информацией между людьми составляют основу жизни, как отдельного человека, так и всего человеческого общества. Люди обмениваются устными сообщениями, записками, посланиями. Они передают друг другу просьбы, приказы; публикуют рекламные объявления и научные статьи; хранят старые письма и документы; размышляют над полученными известиями или немедленно кидаются выполнять указания.

Данные несут в себе информацию о событиях, произошедших в материальном мире. Однако данные не тождественны информации. Прослушивая передачу информации на незнакомом языке, мы получаем данные, но не получаем информацию в связи с тем, что не владеем методом преобразования данных в известные нам понятия.

Информация - это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов преобразования.

1.2 Свойства информации

Любая информация обладает свойствами:

Объективность и субъективность информации. Одни и те же события, зафиксированные в исторических документах разных стран и народов, выглядят совершенно по-разному.

Полнота информации определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся.

Полезность информации. Данные должны быть полезными.

Адекватность информации - это степень соответствия реальному объективному состоянию дела.

Доступность информации - мера возможности получить ту или иную информацию.

Актуальность информации - это степень соответствия информации текущему моменту времени.

1.3 Виды информации

Существуют следующие виды информации:

· графическая - информация, представленная в виде графиков, чертежей и т.п.;

· текстовая - информация, представленная в виде текста, набора различных символов;

· звуковая - информация, представленная с помощью звуковых и сигналов;

· световая - информация, представленная с помощью световых сигналов.

Отдельно рассматривают аналоговую информацию и цифровую. Это важно, поскольку человек благодаря своим органам чувств привык иметь дело с аналоговой информацией, а вычислительная техника - наоборот, в основном работает с цифровой информацией. Компьютеры предпочитают работать с цифровой информацией. Так происходит потому, что цифровую информацию очень удобно кодировать, а значит, ее удобно хранить и обрабатывать. Разница между аналоговой информацией и цифровой прежде всего в том, что аналоговая информация непрерывна, а цифровая - дискретна. Например, на скрипке можно создать звуки любой высоты - стоит чуть сместить пальцы левой руки, и звук будет выше или ниже. Переход от одного тона к другому происходит плавно и непрерывно. А существуют ли какие-то звуки между нотами «ми» и «фа»? Наверное, есть. Но на фортепиано нельзя их исполнить, потому что для них нет клавиши. Переход от ноты «ми» к ноте «фа» происходит скачком, то есть дискретно.



2. Наука информатика

Овладение информацией невозможно без появления науки о ней. Информацию можно собирать, хранить, передавать, обрабатывать и использовать. Всё это - информационные процессы или операции с информацией (с данными).

· Сбор - накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений;

· Формализация - приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой;

· Фильтрация - отсеивание «лишних» данных, в которых нет необходимости для принятия решений;

· Сортировка - упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования;

· Архивация - организация хранения данных в удобной легкодоступной форме;

· Защита данных - комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных;

· Транспортировка данных - прием и передача данных между участниками информационного процесса;

· Преобразование данных - перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую.

Информатика - это наука, изучающая информационные процессы.



2.1 Кодирование информации

Основу любого языка составляет алфавит - конечный набор знаков (символов), из которых складывается сообщение. Для того чтобы работать с информацией, ее надо закодировать.

Код - набор условных обозначений для представления информации.

Кодирование - процесс представления информации в виде кода.

В общем случае процесс приема и передачи информации можно изобразить схемой:

Размещено на http://www.allbest.ru/

В процессе обмена информации совершаются две основные операции: кодирование и декодирование. Первая связана с переходом от исходной формы представления информации в форму, удобную для хранения, передачи и обработки пользователем. А вторая - с обратным переходом к исходному представлению информации.

Любая информация всегда хранится в виде кодов. Когда мы что-то пишем в тетради, мы на самом деле кодируем информацию с помощью специальных символов. Эти символы - буквы. Жители других стран те же самые слова пишут по-другому - у них своя система кодирования. В некоторых странах вместо букв используют иероглифы - это еще более сложный способ кодирования информации.

Можно кодировать и звуки - мелодию можно записать с помощью нот.

Хранить можно не только текстовую и звуковую информацию. В виде кодов хранятся и изображения. Если посмотреть на рисунок с помощью увеличительного стекла, то видно, что он состоит из точек - это так называемый растр. Координаты каждой точки можно запомнить в виде чисел. Эти числа могут храниться в памяти компьютера и передаваться на любые расстояния. По ним компьютерные программы способны изобразить рисунок на экране или напечатать его на принтере. Изображение можно сделать больше или меньше, темнее или светлее, его можно повернуть, наклонить, растянуть. Мы говорим о том, что на компьютере обрабатывается изображение, но на самом деле компьютерные программы изменяют числа, которые представлены отдельные точки изображения в памяти компьютера.

Цифровая информация хранится в виде числового кода, который называется двоичным. Наименьшая единица представления информации - бит. У него может быть только два значения (да - нет или 0-1). Отсюда и произошло название - двоичный код.

Бит - это 0 или 1

Байт - это группа из восьми битов.

Одним битом можно закодировать два значения: 1 или 0 (Да или Нет). Двумя битами можно закодировать уже четыре значения: 00, 01, 10, 11. Тремя битами кодируются 8 разных значений. При восьми битах уже можно закодировать 256 разных значений. Рассмотрим, как с помощью байтов кодируют текстовую информацию.

В русском языке 33 буквы (символа) - для их кодирования достаточно 33 различных байтов. Если мы хотим различать прописные и строчные буквы, то потребуется 66 байтов. Для строчных и прописных букв английского алфавита потребуется еще 52 байта - получается 118. Добавим сюда цифры (от 0 до 9), все возможные знаки препинания, различные виды скобок, знаки математических операций, специальные символы (%, $, &, @, # и т.д.) и при этом останутся свободные коды, которые можно использовать для других целей. Стандарт устанавливает таблицу, в которой записано, каким кодом должен кодироваться каждый символ. Такая таблица называется таблицей кодов. Таблица кодов разделена пополам. Первые 128 кодов (от 0 до 127) должны быть стандартными и обязательными для всех стран, а во второй половине каждая страна может создавать свои таблицы кодирования. Первую (международную) половину таблицы кодов называют таблицей ASCII (American Standard Code for Information Interchange - Американский Стандартный Код для обмена информацией) - ее ввел американский институт стандартизации.

Для измерения объема информации используют такие единицы как:

1Килобайт = 1024 байт = 2¹⁰ байт

1Мегабайт = 1024 Килобайт = 2²⁰ байт

1Гигабайт = 1024 Мегабайт = 2³⁰ байт

1 Терабайт = 1024 Гигабайт = 2⁴⁰ байт

Каждая последовательность байтов, содержащая информацию определенного типа, желательно зарегистрировать на носителе информации. После регистрации эта последовательность получает уникальное имя и является файлом.

Байты числовой информации сохраняют (записывают) в виде файлов.

Файл - это сохраненная на диске (записанная) последовательность байтов, имеющая собственное имя.

Файл - это наименьшая единица хранения информации.

По имени файла компьютер определяет, где файл находится, какая информация в нем содержится, в каком формате она записана и какими программами можно ее обработать.



3. Информационные технологии

Начало ХХ века характеризуется высоким ростом промышленности: могучие машины добывают из недр земли миллионы тонн угля, руды, нефти; мощные электростанции вырабатывают миллиарды киловатт-часов электроэнергии; миллионы фабрик и заводов изготавливают радиоприемники и телевизоры, велосипеды и автомобили, часы и электроприборы и т.д. В это время складывается индустриальный тип общества, в котором наиболее высоко ценятся умения и навыки в сфере труда. Однако умственный труд, труд по обработке, сбору, сортировке информации оцениваются достаточно низко, и считается низкоуровневым.

Ко второй половине XX века земной шар гудел от передающейся информации, бегущей по телефонным и телеграфным кабелям и радиоканалам. Позже появились электронные вычислительные машины - переработчики информации.

Сегодня на современных заводах такая типично рабочая профессия, как станочник, требует высшего образования и у станков с числовым программным управлением трудятся инженеры. Компьютер становится неотъемлемой частью всякого производства, научной лаборатории, постепенно внедряется в наш быт.

Таким образом, постепенно происходит коренной перелом мышления общества. Переход от индустриального к информационному укладу общества называют информационной революцией. При этом высококвалифицированный физический труд не теряет своей цены, но труд в информационной сфере приобретает особое значение. Решить проблемы информированности общества, поиска, сортировки и обработки информации нам помогают информационные технологии.

Термин "технология" при переводе с греческого (techne) означает искусство, мастерство, умение, а это все с точки зрения науки и производства - есть процессы. Под процессом понимают определенную совокупность действий, направленных на достижение поставленной цели. Процесс должен в первую очередь определяться выбранной человеком стратегией, а во вторую очередь реализоваться с помощью совокупности различных средств и методов. Таким образом, технология изменяет первоначальное состояние в целях получения какого-то продукта. Информация является одним из ценнейших ресурсов общества наряду с такими традиционными материальными видами ресурсов, как нефть, газ, полезные ископаемые и др.

Процесс переработки информации по аналогии с процессами переработки материальных ресурсов можно воспринять как технологию. Ниже представлена схема информационной технологии как аналог технологии переработки каких-либо материальных ресурсов:

Компонентами информационной технологии являются:

· сбор первичной информации;

· обработка первичной информации и получение новой информации;

· передача информационного продукта пользователю для принятия на ее основе решений.

В современном обществе основным техническим средством технологии переработки информации является персональный компьютер. Внедрение компьютеров и применение коммуникационных средств связи определили новый этап развития информационной технологии и, как следствие, изменили ее название за счет присоединения слова "новая".

Новая информационная технология - это информационная технология, использующая современные персональные компьютеры, коммуникационные средства и различные устройства по передаче, обработке и хранению информации.

Основными средствами информационной технологии являются аппаратное обеспечение и программное обеспечение. С их помощью производится переработка первичной информации в конечный информационный продукт.

К аппаратному обеспечению, прежде всего, относят персональный компьютер, который может работать с множеством дополнительных устройств - мышью, сканерами, приводами CD-ROM, звуковыми приставками и т.д. Персональные компьютеры могут работать в сетях. Для этого требуется специальное сетевое и коммуникационное оборудование - сетевые платы, модемы, адаптеры, кабели, источники бесперебойного питания и многое другое. Все эти дополнительные устройства также относят к аппаратному обеспечению информационной технологии.

К программному обеспечению относят следующие распространенные виды программных продуктов для персонального компьютера: текстовый процессор, настольные издательские системы, электронные записные книжки, электронные календари, графический редактор, электронные таблицы, системы управления базами данных, информационные системы функционального назначения (финансовые, бухгалтерские, для маркетинга и т.п.), экспертные системы и другие.

Кроме вышеописанных средств информационная технология имеет еще и информационное, организационное и правовое обеспечение.

Информационное обеспечение - это совокупность единой системы классификации и кодирования информации для использования в современных информационных технологиях.

Организационное обеспечение - совокупность методов и средств организации и использования информационных технологий в какой-либо конкретной области.

Правовое обеспечение - это совокупность правовых норм, определяющих юридический статус использования информационной технологии. Развитие рыночных отношений в информационной деятельности поставило вопрос о защите информации как объекта интеллектуальной собственности и имущественных прав на нее. Таким образом, главной целью правового обеспечения является укрепление законности на информационное обеспечение.

Таким образом, структуру информационной технологии можно представить как совокупность технического, программного, информационного, организационного и правового обеспечения.

информация вычислительный компьютер архитектура



4. История развития вычислительной техники

4.1 Счетно-решающие устройства до появления ЭВМ

История вычислений уходит глубокими корнями в даль веков так же, как и развитие человечества. Накопление запасов, дележ добычи, обмен - все подобные действия связаны со счетом. Для подсчетов люди использовали собственные пальцы, камешки, палочки, узелки и пр.

Потребность в поиске решений все более и более сложных задач и, как следствие, все более сложных и длительных вычислений, поставила человека перед необходимостью находить способы, изобретать приспособления, которые смогли бы ему в этом помочь. Исторически сложилось так, что в разных странах возникли собственные денежные единицы, меры веса, длины, объемов, расстояния и т.п. Для перехода из одной системы измерений в другую требовались вычисления, которые чаще всего могли производить лишь специально обученные люди, постигшие логику математических действий. Их нередко приглашали даже из других стран. И совершенно естественно возникла потребность в изобретении устройств, помогающих счету. Так постепенно стали появляться механические помощники. До наших дней дошли свидетельства о многих таких изобретениях, навсегда вошедших в историю техники.

Одним из первых устройств (V-IV в. до н.э.), облегчавших вычисления, можно считать специальную доску, названную впоследствии «абак». Вычисления на ней производились перемещением костей или камушков в углублениях досок из бронзы, камня, слоновой кости и пр. Со временем эти доски стали расчерчиваться на несколько полос и колонок. В Греции абак существовал уже в V веке до н.э., у японцев он назывался «серобян», у китайцев - «суан-пан».

В Древней Руси при счете применялось устройство, похожее на абак. Называлось оно «русский щот». В XVII веке этот прибор уже обрел вид обычных русских счет, которые можно кое-где встретить и сейчас.

В начале XVII столетия, когда математика стала играть ключевую роль в науке, все острее ощущалась необходимость в изобретении счетной машины. В 1642 году 19-летний французский математик Блез Паскаль сконструировал первую в мире механическую счетную машину, известную как суммирующая машина Паскаля (Паскалина). Эта машина считается первой вычислительной машиной. Машина Паскаля могла только складывать и вычитать.

В 1670 году немецкий математик Готфрид Лейбниц дал первое описание своего арифметического инструмента - первой счетной машины, которая механически производила все четыре арифметических действия. Окончательный вариант завершен в 1710 году.

В течение следующих двухсот лет было изобретено еще несколько подобных устройств, которые из-за своих недостатков, в том числе медлительности в работе, не получили широкого применения.

Следующий важный этап развития вычислительной техники приходится на 19 век. Это был век выдающихся изобретений. Одним из видных ученых того времени был англичанин Чарльз Бэббидж. Многие именно его считают отцом современного компьютера. Ему принадлежит изобретение первой программируемой вычислительной машины (1833-1871). Своё изобретение Бэббидж назвал "Аналитической машиной". Эта машина предполагала в своём устройстве три основные части:

· "склад" для хранения чисел;

· "фабрику" ("мельницу") для осуществления операций над числами;

· устройство управления операциями с помощью перфокарт.

К сожалению, он так и не довел до конца создание работающей модели.

В это же время дочь Джорджа Гордона Байрона леди Ада Лавлейс разрабатывает первые программы для машины Беббиджа, заложив многие идеи и введя ряд понятий и терминов, сохранившихся до настоящего времени.

Русский математик и механик, автор многих работ по теории механизмов Пафнутий Львович Чебышев в 1878 году создает суммирующий аппарат, а в 1881 году - приставку к нему для умножения и деления (арифмометр).

Необходимость автоматизировать вычисления при переписи населения в США подтолкнула Генриха Холлерита к созданию в 1888 году табулятора, где информация, нанесенная на перфокарты, расшифровывалась электрическим током. Это устройство позволило обрабатывать данные переписи населения всего за три года, вместо затрачиваемых ранее восьми лет. В 1924 году Холлерит основал фирму IBM для серийного выпуска табуляторов.

4.2 Электронно-вычислительные устройства

Первые ЭВМ появились в первой половине 20 века. Первая счетная машина, которая появилась на пути создания электронных машин, была разработана американским ученым Вагеневером Бушем в 1930 году. (По этой причине некоторые считают, что Буш является отцом современного компьютера). Машина Буша была названа дифференциальным анализатором. Это была первая в мире ЭВМ. Машина Буша оказалась способной быстро решать сложные математические задачи. Она приводилась в действие электричеством, а для хранения информации в ней использовались электронные лампы. Однако анализатор Буша фактически занимал целую комнату.

В 1931 году французский инженер Р.-Л. В. Валтат выдвигает идею использования двоичной системы счисления при создании вычислительных устройств.

В 1943 году под руководством Бистчли создаётся первый электронный компьютер "Colossus-1".

Одной из следующих машин стал автоматический последовательно управляемый калькулятор, известный под названием Марк 1. Он был изготовлен в 1944 году профессором Гарвардского Университета Айкеном. Она имела громадные размеры: более 15 м в длину и около 2,5 м в высоту и состояла более чем из 750 тысяч деталей. Машина Марк 1 могла перемножать два 23-разрядных числа за 4 секунды и за один день выполняла расчеты, которые вручную могли быть выполнены только за 6 месяцев.

В 1946 году группой инженеров под руководством Джона Моучли и Дж. Преспера Эккерта по заказу военного ведомства США был создан ЭНИАК. Он производил 5000 операций сложения или 300 операций умножения в секунду. Ёмкость памяти этой машины около 20 десятизначных чисел. По габаритам ЭНИАК был еще более громадным, чем Марк 1: более 30 м в длину и 85 м³ по занимаемому объему. Его вес 30 т.

В 1948 году американский математик Норберт Винер выпустил в свет книгу "Кибернетика или Управление и связь у животных", что положило начало развитию теории автоматов и становлению кибернетики - науки об управлении и передаче информации.

Существенный вклад в создание ЭВМ внес американский математик Джон фон Нейман. Он предложил идею хранения программы в памяти машины. Первая ЭВМ с хранимой программой получила название EDSAC. Она была создана в Кембриджском Университете в 1949 году.

После завершения работ над ЭНИАКом Дж. Моучли и Дж. Преспер Эккерт основали собственную компанию. В 1951 году сконструировали машину ЮНИВАК.

Развитие ЭВМ в России тесно связано с именем академика С.А.Лебедева, под руководством которого были созданы первые ЭВМ: в 1951 году в Киеве - МЭСМ и в 1952 году в Москве - БЭСМ.

Гигантские компьютеры 40-50-х годов составили первое поколение машин.

Под поколением ЭВМ понимают все типы и модели электронно-вычислительных машин, разработанные различными конструкторскими коллективами, но построенные на одних и тех же научных и технических принципах. Каждое следующее поколение отличалось новыми электронными элементами, технология изготовления которых была принципиально другой. Приведем краткую характеристику каждого поколения.

4.3 Краткая характеристика поколений ЭВМ

Первое поколение (1946- середина 50-х годов)

Элементная база: электронно-вакуумные лампы, резисторы, конденсаторы. Соединение элементов - навесной монтаж проводами.

Габариты: ЭВМ выполнена в виде громоздких шкафов и занимает специальный машинный зал. Быстродействие: 10-20 тыс. операций в секунду.

Эксплуатация слишком сложна из-за частого выхода из строя. Существует опасность перегрева ЭВМ

Программирование: трудоемкий процесс в машинных кодах. При этом необходимо знать все команды машины, их двоичное представление, а также различные структуры ЭВМ. Этим в основном были заняты математики-программисты, которые непосредственно и работали у пульта управления. Общение с ЭВМ требовало от специалистов высокого профессионализма.

Второе поколение пришлось на период от конца 50-х до конца 60-х годов. Характерные черты ЭВМ второго поколения:

Элементная база: полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды), а также резисторы и конденсаторы более совершенной конструкции. Соединение элементов - печатные платы и навесной монтаж.

Габариты: ЭВМ выполнены в виде однотипных стоек чуть выше человеческого роста. Для их размещения требуется специально оборудованный машинный зал, в котором под полом прокладываются кабели, соединяющие между собой многочисленные автономные устройства.

Производительность: до 1 млн. оп/с.

Эксплуатация: упростилась. Появились вычислительные центры с большим штатом обслуживающего персонала, где устанавливались обычно несколько таких ЭВМ.

Программирование: существенно изменилось, т.к. велось преимущественно на алгоритмических языках.

Третье поколение ЭВМ (60-е - 70-е года).

Элементная база: интегральные схемы, которые вставляются в специальные гнезда на печатной плате. Такие схемы могут содержать десятки, сотни и даже тысячи транзисторов и других элементов.

Габариты: большие ЭВМ внешне схожи с ЭВМ второго поколения, малые ЭВМ - это в основном две стойки приблизительно в полтора человеческих роста, дисплей.

Производительность: сотни тысяч - миллионы операций в секунду.

Произошли изменения в структуре ЭВМ. Наряду с микропрограммным способом управления, используются принципы модульности и магистральности. Принцип модульности проявляется в построении компьютера на основе набора модулей - конструктивно и функционально законченных электронных блоков в стандартном исполнении. Под магистральностью понимается способ связи между модулями компьютера, т.е. все входные и выходные устройства подсоединены одними и теми же проводами (шинами).

Увеличился объем памяти. Магнитный барабан постепенно вытесняется магнитными дисками. Появились дисплеи, графопостроители.

Новые технологии создания интегральных схем позволили разработать в конце 70-х - начале 80-х годов ЭВМ четвертого поколения на больших интегральных схемах (БИС). Наиболее крупным сдвигом в электронно-вычислительной технике, связанным с применением БИС, стало создание микропроцессоров. Первый микропроцессор был создан фирмой Intel в 1971 году. На одном кристалле удалось сформировать минимальный по составу аппаратуры процессор, содержащий 2250 транзисторов.

С появлением микропроцессора связано одно из важнейших событий в истории вычислительной техники - создание и применение персональных ЭВМ, что даже повлияло на терминологию. Постепенно столь прочно укоренившееся название ЭВМ сейчас заменилось на всем привычное слово - компьютер, а соответствующая техника, прежде называемая вычислительной, стала именоваться компьютерной.

Компьютеры стали развиваться в двух направлениях. Первое - создание многопроцессорных вычислительных систем. Второе - создание дешевых персональных компьютеров, как настольных, так и переносных, а на их основе - компьютерных сетей.



5. Архитектура персонального компьютера

Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура, ресурсы, т.е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени.

Термин "архитектура ЭВМ" возник в середине 60-х годов. Представленная на рисунке архитектура считается классической. Она предложена в 1946 году американским математиком Джоном фон Нейманом.

Рис. 1

Эта архитектура содержит в себе основные черты современных архитектурных решений вычислительных машин. Архитектура современных персональных ЭВМ основана на магистрально-модульном принципе. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить её модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации.

Магистраль (системная шина) - это набор электронных линий, связывающих воедино центральный процессор, системную память и периферийные устройства.

Персональный компьютер - универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В таком комплекте компьютер обычно поставляется. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства:

§ системный блок;

§ монитор;

§ клавиатуру;

§ мышь.

5.1 Системный блок

Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.

Рис. 2

Внутри системного блока размещаются следующие узлы:

· электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.д.);

· блок питания, который преобразует электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электросхемы компьютера;

· накопители (дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты);

· жесткий магнитный диск;

· другие устройства.

5.2 Память компьютера

Основная память компьютера состоит из оперативного и постоянного запоминающих устройств.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) используется для хранения специальных программ, которые записываются на заводе. Этот комплекс программ называется BIOS - базовая система ввода-вывода. Работа программ, записанных в микросхеме BIOS, отображается на черном экране бегущими белыми строчками. В этот момент компьютер проверяет свои устройства.

Самое быстродействующее устройство для хранения данных - оперативная память компьютера. Ее преимущество - высокая скорость записи и считывания данных. Ее недостаток состоит в ограниченном объеме и в том, что при выключении компьютера оперативная память очищается.

Оперативная память используется для кратковременного хранения данных в тот момент, когда они проходят обработку или происходит их прием-передача. Оперативная память состоит из ячеек. В каждой ячейке может храниться 1 байт данных. У каждой ячейки есть свой адрес.



5.3 Электронные платы

Каждая плата представляет собой плоский кусок пластика, на котором укреплены электронные компоненты и различные разъемы.

5.3.1 Материнская плата

Самой большой электронной платой в компьютере является системная, или материнская плата. На ней располагаются микропроцессор, оперативная память, шина (или шины), BIOS. Кроме того, там находятся электронные схемы (контроллеры), управляющие некоторыми устройствами компьютера. Так, контроллер клавиатуры всегда находится на материнской плате. Часто там же находятся и контроллеры для других устройств (жестких дисков, дисководов для дискет и др.).

5.3.2 Контроллеры

Электронные схемы, управляющие различными устройствами компьютера, называют контроллерами. Во всех компьютерах имеются контроллеры для управления клавиатурой, монитором, дисководами для дискет, жестким диском и т.д. В большинстве компьютеров некоторые контроллеры располагаются на отдельных электронных платах - платах контроллеров. Эти платы вставляются в специальные разъемы (слоты) на материнской плате. При вставке в разъем материнской платы контроллер подключается к шине - магистрали

5.4 Микропроцессор

Обработка информации - главная задача компьютера. Для работы с данными существует специальная микросхема, которая называется микропроцессором или процессором. Он вызывает данные с диска в оперативную память, забирает их к себе, обрабатывает, а затем отправляет в оперативную память и записывает в виде файла на диск.

Для того, чтобы процессор всегда знал, что и с какими данными надо сделать, он должен непрерывно получать команды (инструкции). Инструкции записаны в программах.

Программа - это упорядоченный список команд.

Процессор состоит из устройства управления (УУ), которое управляет работой с помощью электрических сигналов, арифметико-логического устройства (АЛУ), производящего операции над данными, и регистров - для временного хранения в процессоре данных и результатов действий над этими данными.

Существуют различные процессоры, и у каждого свои регистры. Существуют восьмиразрядные регистры, 16-разрядные, 32-разрядные, 64-разрядные. Разные регистры процессора имеют разное назначение. Регистры общего назначения используются для операций с данными. Адресные регистры содержат адреса, по которым процессор находит данные в памяти. Существуют десятки различных регистров.

Состав регистров процессора и их назначение называют архитектурой процессора.

Важнейшими характеристиками микропроцессора являются разрядность и тактовая частота.

Тактовая частота - количество операций, выполняемых за 1 секунду (Гц).

Чем выше тактовая частота, тем меньше длительность выполнения одной операции и тем выше производительность компьютера.

Обращения к оперативной памяти для процессора самые неудобные. Операции внутри процессора выполняются быстрее. Чтобы процессор реже обращался к оперативной памяти, внутри процессора создают небольшой участок памяти. Эта память получила название кэш-памяти.



5.5 Накопители информации

Для длительного хранения больших объемов данных компьютер использует магнитные диски. Магнитные диски бывают двух типов - гибкие и жесткие. Гибкие диски (дискеты) имеют не очень большую емкость и работают сравнительно медленно, но их можно переносить с одного компьютера на другой. Жесткие диски обладают большой емкостью, но они располагаются внутри системного блока и их нельзя переносить. Диск вращается с огромной скоростью, а над магнитной поверхностью парит на воздушной подушке магнитная головка, которая записывает и считывает биты и байты данных. Корпус жесткого диска закрыт кожухом, снимать который нельзя, иначе попавшие микрочастицы пыли со временем выведут диск из строя.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 3

Чтобы данные можно было не только записать на жесткий диск, а потом еще и прочитать, надо точно знать, что и куда было записано. У всех данных должен быть адрес. Мы уже знаем, что информация хранится не байтами, а файлами. Каждый файл на диске имеет свой адрес.

Чтобы у каждого файла на диске был свой адрес, диск разбивают на дорожки, а дорожки, в свою очередь, разбивают на секторы. Размер каждого сектора стандартен и равен 512 байтам. Разбиение диска на дорожки и секторы называется форматированием. Его выполняют служебные программы.

Самая первая дорожка магнитного диска (нулевая) считается служебной - там хранится служебная информация. Например, на этой дорожке хранится так называемая таблица размещения файлов. В этой таблице компьютер запоминает адреса записанных файлов.

Для переноса больших объемов информации между компьютерами используют лазерные компакт-диски. Один такой компакт-диск может содержать 650 Мбайт данных.

Лазерный диск вставляется в специальный дисковод, который называют дисководом CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory). Считывание информации производится с помощью лазерного луча. Современные дисководы CD-ROM работают почти также быстро, как жесткие диски, но, в отличие от них, такие дисководы могут только читать данные и не могут их записывать.

Для записи лазерных дисков существуют специальные «пишущие» дисководы, которые называют CD-R(Compact Disk Recorder) - устройства однократной записи и устройства многократной записи CD-RW.

Появились еще более емкие носители информации - диски DVD. Один такой диск может вместить несколько гигабайтов данных.

Каждый диск, присутствующий на компьютере, имеет уникальное имя. Имя диска состоит из одной буквы английского алфавита и двоеточия, например А: или С:.

Буквой А: общепринято обозначать дисковод для гибких дисков. Буквой С: обозначается первый жесткий диск.



5.6 Видеоконтроллеры

Электронные схемы компьютера, обеспечивающие формирование видеосигнала и тем самым определяющие изображение, показываемое монитором, называют видеоконтроллером. Видеоконтроллер обычно выполняется в виде специальной платы, вставляемой в разъем системной шины компьютера. Видеоконтроллер получает от микропроцессора команды по формированию изображения, конструирует это изображение в своей служебной памяти - видеопамяти, и одновременно преобразует содержимое видеопамяти в сигнал, подаваемый на монитор - видеосигнал.

5.7 Устройства ввода-вывода информации

К устройствам ввода информации относятся клавиатура, манипуляторы (мышь, джойстик, световое перо), сканер, средства речевого контроля. С помощью клавиатуры пользователь вводит алфавитно-цифровую информацию и управляет работой компьютера. Любая клавиатура имеет четыре группы клавиш:

· клавиши пишущей машинки для ввода прописных и строчных букв, цифр и специальных знаков;

· служебные клавиши;

· функциональные клавиши;

· клавиши малой двухрежимной цифровой клавиатуры, обеспечивающие быстрый и удобный ввод цифровой информации, а также управление курсором и переключение режимов работы клавиатуры.

Манипуляторы являются дополнительными устройствами для ввода информации. Совместно с клавиатурой они повышают удобство работы пользователя с компьютером. В настоящее время используются различные виды манипуляторов:

· джойстик обеспечивает перемещение курсора на экране в одном из четырех направлений;

· световое перо может применяться для указания точки на экране дисплея или для формирования изображений;

· мышь представляет собой приспособление для указания нужных точек на экране путем перемещения его вручную по плоской поверхности.

Сканер предназначен для ввода в компьютер представленных в печатном виде текстовых и графических данных.

Наиболее часто используемые устройства вывода информации - это дисплеи, принтеры, графопостроители и синтезаторы звука.

Видеомонитор, дисплей или монитор предназначен для вывода на экран информации.

Принтеры - это устройства для вывода на бумагу текстов и графических изображений. В настоящее время известно несколько видов принтеров: матричный, струйный, лазерный.

5.8 Мультимедийный компьютер

Термин «мультимедиа» происходит от латинского слова media, переводимого как «среда или носитель информации». Таким образом, мультимедиа-компьютеры должны уметь воспроизводить:

· музыку, речь и другую звуковую информацию;

· анимационные фильмы и другую видеоинформацию.

Мультимедийный компьютер должен быть оснащен дисководом для компакт-дисков, звуковой картой и колонками или наушниками. Кроме этого есть требования к быстродействию, объему оперативной памяти и наличие программного обеспечения.



6. Программное обеспечение ЭВМ

В компьютерной системе два участника - программное и аппаратное обеспечение.

Программное обеспечение - это все программы, которые установлены на компьютере.

Аппаратное обеспечение - это узлы и оборудование, которые находятся внутри системного блока или подключены снаружи.

Взаимосвязь между участниками компьютерной системы называют интерфейсом.

Взаимодействие между различными узлами - это аппаратный интерфейс, взаимодействие между программами - программный интерфейс, а взаимодействие между аппаратурой и программами - аппаратно-программный интерфейс.

Если речь идет о персональном компьютере, то можно указать и третьего участника работы с компьютерной системой - это человек (в информатике его принято называть пользователем). Пользователю тоже надо взаимодействовать и с аппаратным, и с программным обеспечением.

Способ взаимодействия пользователя с программой и программы с пользователем называют интерфейсом пользователя.

Персональные компьютеры - это универсальные устройства для обработки информации. В отличие от телефона, магнитофона или телевизора, осуществляющих только заранее заложенные в них функции, персональные компьютеры могут выполнять любые действия по обработке информации. Для этого необходимо составить для компьютера на понятном ему языке точную и подробную последовательность инструкций (т.е. программу) как надо обрабатывать информацию. Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области своего применения, все эти знания содержатся в выполняемых на компьютере программах.

Программы, работающие на компьютере, можно разделить на три категории:

· прикладные программы необходимы для выполнения конкретных заданий;

· системные программы позволяют обеспечить взаимодействие программ с аппаратным обеспечением;

· инструментальные системы (системы программирования) создают новые программы для компьютера.

6.1 Системные программы

Среди всех системных программ, с которыми приходится иметь дело пользователям компьютера, особое место занимают операционные системы.

Операционная система (ОС) управляет компьютером, запускает программы, обеспечивает защиту данных, выполняет различные сервисные функции по запросам пользователя и программ.

Каждая программа пользуется услугами ОС, а потому может работать только под управлением той ОС, которая обеспечивает для нее эти услуги. Таким образом, выбор ОС очень важен, так как он определяет, с какими программами можно будет в дальнейшем работать.

Наиболее популярные ОС:

· операционная система MS DOS фирмы Microsoft (неграфическая операционная система, поддерживает интерфейс командной строки);

· графическая операционная система Windows (95/98/2000/XP);

· сетевая операционная система Windows NT;

· операционная система OS/2 фирмы IBM и т.д.

Драйверы. Важным классом системных программ являются драйверы. Они расширяют возможности ОС, например, позволяя ей работать с тем или иным внешним устройством, обучая ее новому протоколу обмена данными и т.д.

Вспомогательные программы (утилиты). К системным программам также можно отнести большое количество так называемых утилит, т.е. программ вспомогательного назначения. Чаще всего используются следующие типы утилит:

· программы резервирования - позволяют быстро скопировать нужную информацию, находящуюся на жестком диске компьютера, на дискеты, съемные диски;

· антивирусные программы - предназначены для предотвращения заражения компьютерным вирусом и ликвидации последствий заражения;

· программы-упаковщики (архиваторы) позволяют за счет применения специальных методов “упаковки” информации сжимать информацию на дисках;

· программы-русификаторы приспосабливают другие программы (обычно ОС) для работы с русскими буквами;

· программы-кэши для диска убыстряют доступ к информации на дисках путем организации в оперативной памяти кэш-буфера, содержащего наиболее часто используемые участки диска и др.

6.2 Прикладные программы

Для IBM PС разработаны и используются сотни тысяч различных прикладных программ. Наиболее широко применяются программы:

· подготовки текстов (документов) на компьютере - редакторы текстов;

· обработки табличных данных - табличные редакторы;

· подготовки документов типографского качества - издательские системы;

· обработки массивов данных - системы управления базами данных;

· программы экономического назначения - бухгалтерские программы, программы финансового анализа, правовые базы данных и др.;

· системы автоматического проектирования (САПР), то есть программы черчения и конструирования различных предметов и механизмов;

· программы для статистического анализа данных;

· компьютерные игры, обучающие программы, электронные справочники и т.д.

6.3 Системы программирования

Даже при наличии десятков тысяч программ для IBM PC пользователям может потребоваться что-то такое, что не делают (или делают, но не так) имеющиеся программы. В этих случаях используются системы программирования, т.е. системы для разработки новых программ. Программа - это упорядоченный список команд, которую пишут с помощью специальных языков. Их называют языками программирования. Существуют сотни языков программирования, и у каждого могут быть десятки разных версий. Каждый программист пишет программы на том языке, который ему удобен, и нет языка программирования, считающегося общепринятым.

Программа на языке программирования записывается с помощью более-менее понятных человеку слов и символов. При этом получается так, что чем ближе язык программирования к машинному коду, тем удобнее программа для процессора - она и выполняется быстрее, и места в памяти меньше занимает. А чем ближе язык к человеческому, тем удобнее он людям, но тем меньше в нем команд для управления регистрами процессора. Языки, близкие к процессору, называют языками низкого уровня, а языки, удобные для людей, - языками высокого уровня.

Язык самого низкого уровня известен - это язык машинного кодирования (ближе к процессору не может быть). Чуть выше лежит уровень языка ассемблера, а далее идут сотни всевозможных прочих языков.

Но у всех языков программирования есть одно общее свойство. Они понятны программистам, но абсолютно непонятны процессору. Процессор может работать только с числами, и потому понимает только программы, записанные в машинном коде. Поэтому программы, записанные на любом языке программирования, сначала «переводят» на язык процессора, т.е. превращают в машинный код. Этот перевод выполняют специальные программы-переводчики. По-английски «перевод» называется трансляцией (translation), поэтому программы, выполняющие перевод программ на язык машинного кода называют трансляторами.

Программы на языке программирования записывают в обычном текстовом редакторе и получают текстовый файл. Исходный текст программы состоит из специальных команд (операторов языка программирования). Процессор их исполнить не может, и исходную программу преобразуют в инструкции процессора. Это преобразование берут на себя трансляторы.

Трансляторы - это программы-переводчики, выполняющие перевод с языка, на котором написана программа, на язык машинного кода.

Их работа очень похожа на работу обычного переводчика, выполняющего перевод с одного языка на другой.

Есть два вида трансляторов: компиляторы и интерпретаторы.

Давайте посмотрим, как работает переводчик с английского языка на русский. Существует два совершенно непохожих друг на друга вида переводов: синхронный перевод и литературный перевод.

Литературный переводчик имеет дело с произведением в целом: с книгой или статьей. Он не спешит ее переводить, пока не прочитает от начала и до конца, причем несколько раз. Прочитав книгу, он наилучшим образом подберет слова, описывающие героев и события. Он сделает перевод так, что тот будет соответствовать не только содержанию оригинала, но еще и духу того времени и места, где происходит действие.

Работа программы-компилятора очень похожа на работу литературного переводчика. Компилятор несколько раз просмотрит текст программы, найдет общие повторяющиеся места и так переведет текст программы на язык машинного кода, что длина программы станет минимальной, а скорость его работы - максимальной.

Теперь посмотрим, как работает синхронный переводчик. Он занимает место между двумя людьми, разговаривающими на разных языках, и переводит каждое услышанное слово. Он не знает заранее, о чем будет идти речь дальше, и его перевод далек от идеально грамотного. Затрудняясь передать смысл какого-то слова, он может заменить его длинным предложением. Он может вставлять в речь свои пояснения и дополнения.

Работа интерпретатора похожа на работу синхронного переводчика. Прочитав одну инструкцию из программы, интерпретатор переводит ее на язык машинного кода и переходит к следующей.

Откомпилированные программы работают в 20-50 раз быстрее, чем программы, выполняемые под управлением интерпретатора.

Языки программирования, для которых существуют программы-компиляторы, называются компилируемыми языками. К ним относятся большинство современных языков: Паскаль, С++, Delphi и многие другие.

Однако бывают случаи, когда от программы не требуется быстродействие и она не предназначена для распространения, а сделана «для себя». В этом случае удобно применить интерпретируемый язык программирования. Интерпретируемые языки часто используют в качестве учебных. Для освоения компилирующих языков программирования нужны недели и месяцы подготовки, а писать простые программы на интерпретируемом языке можно уже на первый-второй день после начала занятий. Простейшим интерпретируемым языком программирования считается язык Basic.

В последнее время стали появляться системы программирования на языке Java, которые позволяют создавать программы, вызываемые при просмотре Web-страниц в глобальной электронной сети Internet.



Список литературы

1) Берман Б.И. и др. Основы компьютерной грамотности - М.: Мир, 1989.

2) Закирова Ф.М. Основы информатики и вычислительной техники Часть1. - Т.1999.

3) Кушниренко А.Г. Эпикететова М.Г. Кодирование информации. Информационные модели - М.: Дрофа, 1996.

4) Макарова Н.В. и др. Информатика - М.: Финансы и статистика, 1997.

5) Учебник для ВТУЗов: Информатика: базовый курс. под редакцией Симоновича С - М.: Владос, 2000.

6) Симонович С, Евсеев Г, Алексеев А Практическая информатика учебное пособие - М.: Аст-Пресс: Ифорком-Пресс, 1999.

7) Симонович С, Евсеев Г, Алексеев А Windows учебное пособие - М.: Аст-Пресс: Инфорком-Пресс, 1999.

8) Симонович С, Евсеев Г, Алексеев А Специальная информатика учебное пособие - М.: Аст-Пресс: Инфорком-Пресс, 1999.

9) Симонович С, Евсеев Г, Алексеев А. Общая информатика Учебное пособие - М.: Аст-Пресс: Инфорком-Пресс, 1999.

10) Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя 7 издание, переработанное и дополненное - М.: Инфра-М, 1998.

11) Шафрин Ю. Основы компьютерной технологии. Справочник школьника М.: 1997.

12) Юлдашев У.Ю., Ли О.Э., Набиулина Л.М., Саратовская А.С., Шаймуллина Л.Р. Тексты лекций по курсу ИНФОРМАТИКА - Т.: ТГПУ им.Низами 2001.

Размещено на Allbest.ru

...