Аппаратура компьютера

Основные устройства, необходимые для работы компьютера, определяются теми операциями, выполнение которых эти устройства должны обеспечивать. Устройства компьютера и соответствующие им выполняемые операции с информацией представлены в списке:

1. ввод информации- клавиатура, мышь, сканер

2. хранение- оперативная, постоянная и дисковая память

3. обработка- процессор

4. вывод- дисплей, принтер

В минимальный состав аппаратуры, необходимый для работы персонального компьютера, входит: системный блок, монитор и клавиатура. Системный блок содержит следующие устройства:блок питания;системную (материнскую плату);дисковод гибких магнитных дисков НГМД;дисковод жестких магнитных дисков НЖМД;CD-дисковод для компакт-дисков;адаптеры (контроллеры, платы, карты) для подключения различных устройств компьютера;устройство охлаждения;соединительные шлейфы.

На системной плате размещаются:микропроцессор;чипсет – набор микросхем, обеспечивающий взаимодействие компонент компьютера;оперативная (ОЗУ, RAM) память; постоянная (ПЗУ, ROM) память; разъемы для подключения контроллеров устройств компьютера.

К системной плате подключаются:видеокарта (графический ускоритель, графический адаптер) предназначена для отображения информации на экране монитора;звуковая карта (аудиокарта) позволяет прослушивать и записывать различные звуки. Для прослушивания надо подключить к аудиокарте акустические системы или наушники. Для записи звука в память ПК можно подключить к звуковой плате микрофон;сетевая карта (сетевой адаптер) предназначена для связи двух и более компьютеров. Следует отметить, что видеокарта, аудиокарта и сетевая карта могут быть выполнены в виде самостоятельных плат или же быть встроенными в материнскую плату;TV/FM – тюнер позволяет использовать монитор компьютера в качестве телевизора и просматривать на нем телевизионные передачи либо видеоматериалы, воспроизводимые с помощью видеомагнитофона или видеокамеры. Некоторые из этих устройств могут принимать передачи в FM – диапазоне. TV/FM – тюнер может быть как внутренним, так и внешним.

Классификация компьютеров:

Существует и другие различные системы классификации ЭВМ:

По производительности и быстродействию; По назначению; По уровню специализации; По типу используемого процессора; По особенностям архитектуры; По размерам

Суперкомпьютеры – это самые мощные по быстродействию и производительности вычислительные машины. К суперЭВМ относятся “Cray” и “IBM SP2” (США). Используются для  решения  крупномасштабных  вычислительных  задач и моделирования, для сложных вычислений в аэродинамике, метеорологии, физике высоких энергий, также находят применение и в финансовой сфере. Большие машины или мейнфреймы (Mainframe). Мейнфреймы используются в финансовой сфере, оборонном комплексе, применяются для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров. Средние ЭВМ широкого назначения используются для управления сложными технологическими производственными процессами. Мини-ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов, в качестве сетевых серверов.

Микро - ЭВМ — это компьютеры, в которых в качестве центрального процессора используется микропроцессор. К ним относятся встроенные микро – ЭВМ (встроенные в различное оборудование, аппаратуру или приборы) и персональные компьютеры PC. Современные персональные компьютеры имеют практически те же характеристики, что и мини-ЭВМ восьмидесятых годов. На базе этого класса ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня, используются как средство обработки информации в информационных системах.  К персональным компьютерам относятся настольные и переносные ПК. К переносным ЭВМ относятся Notebook (блокнот или записная книжка) и карманные персональные компьютеры (Personal Computers Handheld - Handheld PC, Personal Digital Assistants – PDA и Palmtop).

Принципиальное устройство компьютера:

Компьютер должен иметь следующие устройства:   арифметическо-логическое устройство, которое выполняет арифметические и логические операции;   устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;   запоминающее устройство для хранения программ и данных;   внешние устройства для ввода-вывода информации.

Принципы работы компьютера:

Компьютер – это техническое средство преобразования информации, в основу работы которого заложены те же принципы обработки электрических сигналов, что и в любом электронном устройстве:

1. входная информация, представленная различными физическими процессами, как электрической, так и неэлектрической природы (буквами, цифрами, звуковыми сигналами и т.д.), преобразуется в электрический сигнал;

2. сигналы обрабатываются в блоке обработки;

3. с помощью преобразователя выходных сигналов обработанные сигналы преобразуются в неэлектрические сигналы (изображения на экране).

Назначение компьютера – обработка различного рода информации и представление ее в удобном для человека виде.

С позиции функционального назначения компьютер – это система, состоящая из 4-х основных устройств, выполняющих определенные функции: запоминающего устройства или памяти, которая разделяется на оперативную и постоянную, арифметико-логического устройства (АЛУ), устройства управления (УУ) и устройства ввода-вывода (УВВ).

Запоминающее устройство (память) предназначается для хранения информации и команд программы в ЭВМ. Информация, которая хранится в памяти, представляет собой закодированные с помощью 0 и 1 числа, символы, слова, команды, адреса и т.д.

Под записью числа в память понимают размещение этого числа в ячейке по указанному адресу и хранение его там до выборки по команде программы. Предыдущая информация, находившаяся в данной ячейке, перезаписывается. Под считыванием числа из памяти понимают выборку числа из ячейки с указанным адресом. При этом копия числа передается из памяти в требуемое устройство, а само число остается в ячейке.

Пересылка информации означает, что информация читается из одной ячейки и записывается в другую.

Адрес ячейки формируется в устройстве управления (УУ), затем поступает в устройство выборки адреса, которое открывает информационный канал и подключает нужную ячейку.

Числа, символы, команды хранятся в памяти на равноправных началах и имеют один и тот же формат. Ни для памяти, ни для самого компьютера не имеет значения тип данных. Типы различаются только при обработке данных программой. Длину, или разрядность, ячейки определяет количество двоичных разрядов (битов). Каждый бит может содержать 1 или 0. В современных компьютерах длина ячейки кратна 8 битам и измеряется в байтах. Минимальная длина ячейки, для которой можно сформировать адрес, равна 1 байту, состоящему из 8 бит.

Для характеристики памяти используются следующие параметры:

1. емкость памяти – максимальное количество хранимой информации в байтах;

2. быстродействие памяти – время обращения к памяти, определяемое временем считывания или временем записи информации.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Производит арифметические и логические действия.

Следует отметить, что любую арифметическую операцию можно реализовать с использованием операции сложения.

Сложная логическая задача раскладывается на более простые задачи, где достаточно анализировать только два уровня: ДА и НЕТ.

Устройство управления (УУ) управляет всем ходом вычислительного и логического процесса в компьютере, т.е. выполняет функции "регулировщика движения" информации. УУ читает команду, расшифровывает ее и подключает необходимые цепи для ее выполнения. Считывание следующей команды происходит автоматически.

Фактически УУ выполняет следующий цикл действий:

1. формирование адреса очередной команды;

2. чтение команды из памяти и ее расшифровка;

3. выполнение команды.

В современных компьютерах функции УУ и АЛУ выполняет одно устройство, называемое центральным процессором.

Краткая характеристика аппаратных устройств компьютера:

Компьютер - это сложная вычислительная система, каждая часть которой имеет свое функциональное назначение. Рассмотрим структуру персонального компьютера, предназначенного для индивидуального пользования.Основой конструкции является системный блок, в котором размещены: блок питания, обеспечивающий все части компьютера электрическим питанием, системная плата с процессором, памятью и платами расширения, а также устройства записи-считывания информации на гибких и жестких (винчестер) магнитных дисках. Материнская плата. Центральной частью любого персонального компьютера является системная (материнская) плата. На ней размещаются: базовый микропроцессор; оперативная память; сверхоперативное запоминающее устройство (ЗУ), называемое также кэшпамятью; постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) с системной BIOS (базовой системой ввода/вывода); набор управляющих микросхем, или чипсетов (chipset), вспомогательных микросхем и контроллеров ввода/вывода; КМОП-память с данными об аппаратных настройках и аккумулятором для ее питания; разъемы расширения, или слоты (slot); разъемы для подключения интерфейсных кабелей жестких дисков, дисководов, последовательного и параллельного портов, инфракрасного порта, а также универсальной последовательной шины USB; разъемы питания; преобразователь напряжения с 5В на 3,3 В для питания процессора (некоторым процессорам требуется также и меньшее напряжение); разъем для подключения клавиатуры и ряд других компонентов. Процессор. Важнейший компонент любого персонального компьютера, его «мозг» - это микропроцессор (в литературе часто его называют CPU, Central Processor Unit - ЦПУ, или центральное процессорное устройство), который управляет работой компьютера и выполняет большую часть обработки информации. Микропроцессор (рис. 3) представляет собой сверхбольшую интегральную схему, степень интеграции которой определяется размером кристалла и количеством реализованных в нем транзисторов.Иногда интегральные микросхемы называют чипами (англ, chip). Базовыми элементами микропроцессора являются транзисторные переключатели, на основе которых строятся, например, регистры, представляющие собой совокупность устройств, имеющих два устойчивых состояния и предназначенных для хранения информации и быстрого доступа к ней. Количество и разрядность регистров во многом определяют архитектуру микропроцессора.Важнейшей характеристикой процессора является тактовая частота - величина, показывающая, сколько элементарных операций - тактов микропроцессор выполняет за одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц) (1 МГц = 1 млн тактов в секунду). Быстродействие процессора определяется отношением тактовой частоты к количеству тактов, требующихся процессору для выполнения простой команды, т.е. быстродействие, определяется количеством элементарных операций (например, сложение), выполняемых за одну секунду.Память. Память (memory) предназначена для хранения данных и программ их обработки. Различают следующие виды памяти компьютера: внутреннюю и внешнюю. Встроенная в компьютер и непосредственно управляемая им память называется внутренней. Она разделяется на постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, или ROM - Read Only Memory - память только для чтения) и оперативную память (RAM - Random Access Memory).Оперативной памятью  называется программно-адресуемая память, быстродействие которой соизмеримо с быстродействием процессора. В ней хранятся исполняемые в данный момент программы и оперативно необходимые для этого данные. Недостатком оперативной памяти является ее энергозависимость, т.е. при выключении компьютера все содержимое оперативной памяти стирается. Объем оперативной памяти является одной из важнейших характеристик компьютера.Постоянная память (ПЗУ - постоянное запоминающее устройство) обычно содержит такую информацию, которая не должна меняться в ходе выполнения микропроцессором различных программ. Постоянная память имеет также название ROM (Read Only Memory), которое указывает на то, что обеспечиваются только режимы считывания и хранения. Постоянная память энергонезависима, т.е. может сохранять информацию и при отключенном питании. В ПЗУ компьютера хранится базовая система ввода-вывода (BIOS - Basic Input Output System), которая состоит из программы тестирования памяти и периферийного оборудования компьютера, а также программы запуска операционной системы.Компьютеры на основе процессоров с тактовой частотой 25 МГц и более, чтобы процессор не простаивал в связи с ожиданием получения данных из оперативной памяти, оснащаются кэшпамятью, т.е. «сверхоперативной» памятью относительно небольшого объема (от 64 до 256 Кбайт). Кэш-память (cache memory -память немедленного доступа) является «посредником» между процессором и оперативной памятью. В ней хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. За счет того, что время доступа процессора к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к обычной памяти, среднее время доступа к памяти значительно уменьшается.Внешней памятью называются энергонезависимые средства памяти на сменных носителях (магнитные диски, магнитные ленты, перфоленты и другие носители информации: оптические диски, магнито-оптические диски), предназначенные для хранения больших массивов данных. Функции внешней несменной памяти компьютера, предназначенной для долговременного и энергонезависимого хранения информации выполняют жесткие магнитные диски (HDD-Hard Disk Drive). Часто их называют винчестерами . Они представляют собой малогабаритный пакет из нескольких жестких магнитных дисков, вращающихся с высокой скоростью на одной оси и размещенных в герметичном корпусе вместе с головками чтения-записи. Информация располагается дорожками и секторами, при этом группа дорожек на всех дисках винчестера, расположенных на одинаковом расстоянии от их общей оси, называется цилиндром. Считывание и запись информации осуществляются сразу несколькими магнитными головками одновременно со всех дисков пакета. Емкость винчестеров значительно больше, чем гибких магнитных дисков, и может иметь значение от 1 Гбайта до 200 Гбайт и более.Видеомонитор. Результаты обработки информации выводятся из компьютера на экран дисплея (видеомонитора) . По устройству и принципу действия видеомонитор похож на цветной телевизор.Для генерации видеосигнала монитору в компьютере имеется специальное устройство - видеоадаптер . Информация об изображении на экране хранится в видеопамяти - специальных микросхемах видеоадаптера.Видеомониторы бывают цветными и монохромными. Качество изображения информации на видеомониторе определяется разрешающей способностью - размером минимального элемента изображения или количеством точек, изображаемых на экране, а также воспроизводимой цветовой гаммой. Модем. Для обмена информацией с другими компьютерами используется модем . Он служит для преобразования цифрового сигнала, выдаваемого компьютером, в аналоговый электромагнитный сигнал, пригодный для передачи по телефонным линиям связи (модуляция), а также, наоборот, -для преобразования электромагнитного сигнала аналогового характера, поступившего в компьютер по телефонным линиям связи, в цифровой сигнал, пригодный для обработки компьютером (демодуляция).Одной из основных характеристик модема является максимальная скорость передачи данных. Она измеряется в бодах (1 бод = 1 бит/с)Клавиатура. Клавиатура компьютера является одним из основных устройств ввода в компьютер информации. Она состоит из семи групп клавиш:алфавитно-цифровые;управляющие;функциональные;малая цифровая клавиатура;управления курсором;дополнительные;световые индикаторы функций. Манипулятор мышьНаряду с клавиатурой манипулятор мышь является важнейшим средством ввода информации. В современных программных продуктах, имеющих сложную графическую оболочку, мышь - основной инструмент управления программой.По принципу действия мыши делятся на механические, оптико-механические и оптические. При движении механической мыши по плоской поверхности одновременно поворачивается встроенный в нижнюю часть ее корпуса небольшой резиновый шарик. Движение шарика фиксируется датчиками, передается в компьютер и отображается на его экране специальным указателем (курсором мыши). Есть мыши, в которых перемещение по поверхности стола копируется не шариком, а лазерным лучом.

Программное обеспечение (назначение, состав)

Классификация программного обеспечения  Традиционно все программное обеспечение подразделяют на два класса:  1) системное программное обеспечение (СПО) и  2) прикладное (пользовательское)программное обеспечение (ППО)  Выделим еще один класс (скорее группу) программ - специальное программное обеспечение информационных и управляющих систем.  Прикладные программы предназначены для решения функциональных задач, они выполняют обработку информации различных предметных областей.  Это самый многочисленный класс программных продуктов.  К специальному программному обеспечению информационных и управляющих систем относятся :программы (системы) управления базами данных; программы управления языком интерфейса информационных систем; программы сбора и предварительной обработки информации (в информационно-измерительных системах, например, бортовые системы).  ПО этого класса часто оказывается скрытым в составе драйверов оборудования или поставляется в виде библиотек функционального расширения языков программирования.  Поэтому часто такие ПО относят к системному программному обеспечению.  Мы будем считать ПО такого типа отдельным классом и рассматривать не бу-дем.  Системное программное обеспечение (System Software) - совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ.  СПО управляет ресурсами компьютерной системы и позволяет пользователям программировать в более выразительных языках, чем машинных язык компьютера. Состав СПО мало зависит от характера решаемых задач пользователя.  2. Назначение системного программного обеспечения  Системное программное обеспечение предназначено для: создания операционной среды функционирования других программ (другими словами, для организации выполнения программ); автоматизации разработки (создания) новых программ;  обеспечения надежной и эффективной работы самого компьютера и вычислительной сети;  проведения диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;  выполнения вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование, восстановление файлов программ и баз данных и т.д.).  Данный класс программных продуктов тесно связан с типом компьютера и является его неотъемлемой частью.  Программные продукты данного класса в основном ориентированы на квалифицированных пользователей - профессионалов в компьютерной области: системного программиста, администратора сети, прикладного программиста, оператора.  Однако знание базовой технологии работы с этим классом программных продуктов требуется и конечным пользователям персонального компьютера, которые самостоятельно не только работают со своими программами, но и выполняют обслуживание компьютера, программ и данных.  Программные продукты данного класса носят общий характер применения, независимо от специфики предметной области.  К системным программным продуктам предъявляются высокие требования по надежности и технологичности работы, удобству и эффективности использования.  3. Классификация системного программного обеспечения. Системное программное обеспечение — это комплекс программ, которые обеспечивают управление компонентами компьютерной системы, такими как процессор, оперативная память, устройства ввода-вывода, сетевое оборудование, выступая как «межслойный интерфейс», с одной стороны которого аппаратура, а с другой - приложения пользователя. В отличие от прикладного программного обеспечения, системное не решает конкретные прикладные задачи, а лишь обеспечивает работу других программ, управляет аппаратными ресурсами вычислительной системы и т.д.  В СПО традиционно включают системные управляющие и системные обрабатывающие программы.  Управляющие системные программы организуют корректное функционирование всех устройств системы.  Основные системные функции управляющих программ -  управление вычислительными процессами и вычислительными комплексами и  работа с внутренними данными ОС.  Как правило, они находятся в основной памяти. Это резидентные программы, составляющие ядро ОС. Управляющие программы, которые загружаются в память непосредственно перед выполнением, называю транзитными (transitive). 

Программное обеспечение делится на:1)системное: