Механические первоисточники.

В 1804 г гибкое программирование механических устройств было реализовано для управления ткацким станком и выполнялось при помощи перфорированной бумажной ленты.

Чарльз Бэббидж (1792-1871) англ. математик и изобретатель разработал Аналитическую машину в основе работы которой лежало программное управление выч операциями. При жизни ему не удалось ее построить до конца, она воспроизведена в наши дни по его чертежам.

Особенность Аналитической машины является реализация принципа разделения информации на команды и данные. Особую роль в разработке проекта Аналитической машины сыграла графиня Огаста Ада Лавлейс (1815-1852), дочь поэта лорда Байрона. Именно ей принадлежала идея использования перфорированных карт для программирования выч операций(1843). Ее именем назван один из языков программирования.

В мех устройствах числа представлялись в виде перемещений.

Только переход от регистрации перемещений к регистрации сигналов позволил значительно уменьшить габариты и повысить быстродействие.

В 40-х годах 20 в. Сразу несколько групп исследователей повторили попытку Бэббиджа на основе электромеханических реле. Некоторые из исследователей ничего не знали о работах Бэббиджа и переоткрыли его работы заново:

1945 Г. Джон фон Нейман сформулировал принципы функционирования компьютеров.

Схема Неймана

А ЛУ выполняет арифметические и логические операции.

Устр-во управления организует процесс выполнения программ.

Память прдназначена для хранения программ и данных.

Вн уст-ва для ввода/вывода инфрмации.

В современных компах АЛУ и устройство управления как правило объеденены в ЦП. Процесс выполнения программ может прерываться для выполнения неотложных действий, связанных споступившими сигналами от вн устройств компа. Многие бытродействующие компы выполняют обработку данных на нескольких процессорах.

В 1949 г. Англ исследователь Морис Уилкинсон построил компьютер по принципам Неймана. 1-е поколение.

В 40 годах компьютеры создавались на основе электронных ламп. Лампы часто перегорают. Такие компьютеры были ненадежны.

В 1948г. Изобретены транзисторы. Компьютеры более компактны. Наиболее трудоемкая операция – соединение транзисторов в схемы. 2-е поколение.

В 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел способ, позволяющий создавать на одной пластине кремния транзисторы и все необходимые соединения между ними. Полученные схемы стали называться интегральными схемами. Или чипами.

1968 – фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах. 3-е поколение. Большие компьютеры.

1970 г. Фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти.

1975 – первый коммерчески распространяемый ПК – Альтаир 8800 на основе микропроцессора Intel 8080(ОП 256 байт, клавиатура и экран отсутствуют).

В конце 1975 г. Пол Ален и Бил Гейтс создали для этого компьютера интерпретатор языка Basic, что облегчало общение с компьютером и написание программ.

1985 IBM выпустила на рынок 16 разрядный IBM PC. Мог обрабатывать 1 Мбайт памяти вместо 64 Кбайт. 4-е поколение компьютеров.

Фирма реализовала принцип открытой архитектуры. Использовала для производства компьютеров комплектующие других фирм. Постепенно производители комплектующих переходили к производству компьютеров. Так как фирмы были небольшими, они смогли выпустить более дешевые компьютеры.

СОСТАВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ.

Набор устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка, называют вычислительной системой

Состав вычислительной систем называется конфигурацией. Выделяют аппаратную конфигурацию и программную конфигурацию.

Аппаратное обеспечение.

Существует понятие базовой конфигурации, в которую в настоящее время включают

Системный блок

Монитор

Клавиатуру

Мышь

СИСТЕМНЫЙ БЛОК.

Материнская плата, Жесткий диск, Дисковод компакт дисков

Устройства внутри системного блока называют внутренними. Устройства, подключаемые снаружи – внешними. Внешние дополнительные устройства для ввода-вывода данных называют перифирийными.

Порты.

Спец аппаратно-логические устройства, отвечающие за связь процессора с другими устройствами

Структура материнской платы.

Материнская плата – основная плата ПК. Она включает процессор, микропроцессорный комплект(чипсет) - набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющий осн функциональные возможности материнской платы; шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера; оперативная память ОЗУ – набор микросхем; ПЗУ –микросхема, предназначенная для длительного хранения данных; разъемы для подключения оп устройств (слоты).

Оперативная память.

(RAM Random Access Memory) – это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM). ДП используют в качестве основной ОП компьютера СП используют в качестве вспомогательной памяти (кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора.

Каждая ячейка имеет свой адрес, который выражается числом. Предельный размер адреса 32 разряда. Т.о. независимых адресов м.б. 2³² = 4Гб. Это возможный размер кэш-памяти.

Процессор.

- основная микросхема. Конструктивно состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться но изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. Регистры имеют разное назначение. Данные попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах.

Основные характеристики – тактовая частота (до 3 Ггц=3млрд тактов в сек), разрядность( ск бит данных он может обработать за 1 такт) Современны 32 разрядные, есть 64.

Система команд процессора.

Процессор обслуживает данные, находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора. Совокупность команд, которые может выполнить процессор над данными образует так называемую систему команд процессора.

Расширенная и сокращенная система команд.

Выделяют процессоры с расширенной системой команд CISC-процессоры(CISC- Complex Insruction Set Computing) и процессоры с сокращенной системой команд RISC (Reduced Instruction Set Computing).

В CISC- процессорах шире набор команд, более сложная архитектура, длиннее формальная запись команды в байтах тем выше средняя продолжительность выполнения команды, измеренная в тактах частоты работы процессора.

В RISC – процессорах команд меньше, они короче и простейшие команды выполняются быстрее. Но сложные операции приходится описывать громоздкой последовательностью простых команд.

Сложилось разделение сфер применения:

CISC – процессоры используют в универсальных выч .ситемах;

RISC – процессоры используют в специализированных выч системах или устройствах для выполнения единообразных операций.

ПК IBM ориентированы на использование CISC –процессоров.

Совместимость процессоров.

Процессоры с одинаковой системой команд полностью совместимы на программном уровне. Процессоры с разной системой команд несовместимы или ограниченно совместимы.

Группы процессоров, имеющих ограниченную совместимость рассматриваются как семейства процессоров. Так, например, все процессоры Intel Pentium относятся к семейству х86. Родоначальником этого семейства был 16-разрядный процессор Intel 8086, на базе которого собиралась первая модель ПК IBM. Впоследствии выпускались семейства Intel 80286, 80386, 80486, несколько моделей Intel Pentium, Pentium MMX, Pentium PRO, Pentium II,Intel Celeron. Intel Xeon?, Pentium III, Pentium 4 и тд. Все эти модели, также многие модели процессоров компании AMD и некоторых других производителей относятся к семейству х86 и обладают совместимостью по принципу «сверху вниз». Это принцип неполной совместимости, когда каждый новый процессор понимает команды своих предшественников. Благодаря этому на новых компьютерах можно использовать старые программы.

Постоянное запоминающее устройство(ПЗУ).

ПЗУ содержит комплект программ, который называют BIOS. Программы называю «зашитыми». Помещают в ПЗУ на заводе изготовителе. Их нельзя изменять.

Энергонезависимая память CMOS.

Подпитывается от аккумуляторной батареи. Содержит сведения о составе оборудования , подключенного к компьютеру, системные часы.

Шинные интерфейсы материнской платы.

Шины выполняют связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами материнской платы.

USB(Universal Serial Bus- универсальная последовательная магистраль). Позволяет подключать 256 различных устройств, имеющих последовательный интерфейс. Устройства могут включаться цепочками. Практически исключает конфликты между различным оборудованием, устройства можно подключать, не выключая компьютер, позволяет объединять несколько компьютеров локальную сеть, без применения специального оборудования и ПО.

Устройства, подключаемые через слоты.

Звуковая карта. Устанавливается в разъем материнской платы. Предназачена для обработки звуков. Основная характеристика разрядность. Опеделяет количество разрядов, используемых для преобразования сигналов из аналоговой в цифровую форму. От 16 до 64 разрядов.

Видеокарта (видеоадаптер). Совместно с монитором образует видеоподсистему ПК. Дочерня плата, вставляется в один из слотов материнской платы.

На заре развития персональной выч техники в общей области ОП уществовала небольшая выделенная экранная область памяти, в которую процессор заносил данные об изображении. Спец контроллер экрана считывал данные о яркости отд точек эранаи в соответствии с этим. Управлял работой монитора. С переходом к цветным мониторам и увеличением разрешающей способности экрана области видеопамяти стало недоставть, а процессор н правлялся с построением изображения. Тогда произошло выделение всех операций в отд блок.

Предназначена для выполнения только операций, связанных с управлением экраном. Включает Видеопамять (32-128 Мбайт), Видеоускоритель – обеспечивает выполнение части операций с изображением помимо ЦП. Различают плоский видеоускоритель 2 и техмерный 3D

Стандарты видеоадаптеры: MDA(монохроиный) CGA(4цвета), EGA(16цветов) VGA(25 цветов), SVGA( до 17 млн цветов) с возможностью произвольного выбора разрешения из стандартного ряда значений.

Цветовое разрешние(глубина цвета). Определяет количество различных оттенков, которые может принимать отдельная точка экрана. Зависит от свойств видеоадаптера и в первую очередь от объема видеопамяти. Зависит от разрешения. При высоком разрешеии для обработки каждой точки требуется больше памяти. Мин требования по глубине цвета на сегодняшнийдень– 256 цветов, большинство программ имеют 65 тыс цветов(High Color), наиболее комфортный режим True Color 17млн цветов.

Жесткий диск. Представляет собой набор дисков. Основные характеристики емкость(зависит от технлогии изготовления) и производительность (скорость передачи данных и среднее время доступа, которое зависит от скорости вращения диска). Управляется контроллером жесткого диска.

Дисковод компакт дисков. Различают по типу читающие(R) и пишущие(WR). По способу записи информации выделяют CD и DVD диски. Необходимо специальное программное обеспечение для работы с компакт дисками. Наиболее популярной является программа Nero.

МОНИТОР.

Устройство визуального представления данных. Основные характеристики: тип, размер, разрешающая способность.

Тип: ЭЛТ, ЖК. ЭЛТ дают лучшее качество изображения.

Для каждого размера монитора существует оптимальное разрешение экрана

14д ЭЛТ640 * 480 не подд в Wind XP

15д ЭЛТ800*600 мин для совр программ

15д ЖК или 17ЭЛТ 1024*768 типичное

17д ЖК или 19д ЭЛТ 1280*1024.

КЛАВИАТУРА.

Относится к стандартным устройствам. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами). Клавишное устройство управления ПК. Служит для ввода алфавитно-цифровых данных, а также команд управления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя.

Scroll LOCK – переключение режима работы в некоторых устаревших программах.

Различают эргономические клавиатуры, с оптимальной раскладкой, беспроводные клавиатуры.

МЫШЬ.

Не является стандартным органом управления. Информации о клавиатуре нет в CMOS. ПК не имеет для нее выделенного порта. Нуждается в поддержке спец системной программы – драйвера мыши. Драйвер устанавливается либо при первом подключении мыши, либо при установке ОС. Мышь использует один из стандартных портов. Драйвер предназначен для интерпретации сигналов, поступающих через порт, обеспечивает механизм передачи информации о положении и состоянии мыши операционной ситеме и работающей программе.

Оптические мыши. Инфракрасные мыши(беспроводные)

Перефирийные устройства.

По назначению: Вывода, Ввода, Хранения, обмена.

Устройства командного управления манипуляторы).

Трекбол (шарик ноутбуке)

Тчпады – сенсорные пластины, обычно в ноутбуке.

Пенмаус –анаог шариковой ручки.

Джойстики др.

Устройства ввода граф данных

Сканеры, графичесие планшеты, цифровые фотокамеры.

УСТРОЙСТВА ВЫВОДА ДАННЫХ.

Принтеры. Матричные, Лазерные, светоидные, струйные. Основные характеристики Качество печати и производительнсть

Матричные. Производительность (зн в сек).

Лазерные. Разр сособность, производительнсть Стр в мин, формат бумаги, объем собственной ОП..

Принцип действия: лазерн головка выпускает световые импульсы в соответствии с поступающими данными, которые попадают на поверхность светочувствительного барабана;

Эти участки поверхности барабана получают статически Эл заряд;

Барабан при вращении проходит через контейнер, заполненный красящим составом- тонером, тонер закрепляется на участках, имеющих статический заряд;

Барабан проходит по поверхности листа, происходит перенос онера на бумагу;

Лист бумаги протягивается через нагревательный элемент.

Струйные. Изображения формируется из пятен, образующихся при попадании капель красителя на бумагу.

Качество печати зависит от формы капли и ее размера, от характера впитывания жидкого красителя бумагой.

К положительным свойствам следует отнести небольшое количество мех частей, отн низкую стоимость. Недостаток - нестабильность получаемого разрешения, что ограничивает возможности их применения в черно-белой полутоновой печати. Нашли широкое применение в цветной печати. Цена принтера меньше, чем лазерного. Стоимость печати одного оттиска – выше.

Устройства хранения данных.

Флэш-диски.

Устройства обмена данными.

Модем. Устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи. (Модулятор+ДЕМодуятор). В зависимости от типа канала связи подразделяют на радиомодемы, кабельные модемы.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.

Между программами существует взаимосвязь многие программ работают опираясь на другие программы более низкого уровня ,т.е. можно говорить о межпрограммном интерфейсе. Уровни имеют пирамидальную структуру. Каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы.

ПРИКЛАДНОЕ ПО

СЛУЖЕБНОЕ ПО

СИСТЕМНОЕ ПО

БАЗОВОЕ ПО.

БАЗОВОЕ ПО.

Отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Входят в состав базового оборудования и хранятся в спец микросхемах ПЗУ( ROM – Read Only Memory). Программы записываются в микросхемы на этапе производства и не могут быть изменены.

Эти программы образуют BIOS. Назначение. Позволяет наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера и вмешиваться в запуск при помощи клавиатуры.

Программы BIOS считывают данные о составе оборудования из микросхемы энергонзависимой памяти CMOS , после чего могут выполнить обращение к жесткому диску, гибкому и передать управление тем программам, которые там записаны.

СИСТЕМНОЕ ПО

Это операционные системы.

Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы.

Основные программ мы ядра – драйверы и средства обеспечения пользовательского интерфейса.

Драйверы – программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами других программ.

Средства обеспечения пользовательского интерфейса. Отвечают за взаимодействие с пользователем (ввод данных, управление работой выч системы, получение результата в удобной форме.

ПРИКЛАДНОЙ УРОВЕНЬ.

Программы для выполнения определенных задач. Традиционно выделяют: ТР, ТП, ГР, ЭТ, СУБД, Системы автоматизированного проектирования (CAD – системы) предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ), издат стистемы, WEB – редакторы, браузеры, системы делопроизводства, бухгалтерские, геоинформационные, системы видеомонтажа.

ОПРЕАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ.

Комплекс системных и служебных программных средств. С одной стороны ОС опирается на базовое ПО, входящее в состав BIOS. С другой стороны ОС является опорой для ПО более высокого уровня. Предназначена для предоставления пользователю доступа к определенному набору приложений и для управления ресурсами компьютера.

Основные функции ОС :

• Обеспечение интерфейса пользователя;

• Обеспечение своего автоматического запуска;

• Организация файловой системы;

• Обслуживание файловой структуры;

• Управление установкой, исполнением и удалением приложений;

• Взаимодействие с аппаратным обеспечением;

• Обслуживание компьютера;

• Прочие функции.