Тема 2. Технические и программные средства информатики
Архитектура компьютера
Основы учения об архитектуре вычислительных машин заложил выдающийся американский математик Джон фон Нейман.
Основными блоками по Нейману являются устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) (обычно объединяемые в центральный процессор), память, внешняя память, устройства ввода и вывода.
Поколения ЭВМ.
Всю электронно - вычислительную технику принято делить на поколения. Смена поколений зависит от элементарной базы (технической основы) ЭВМ. Выделяют пять основных поколений компьютеров.
Поколения |
Годы |
Элементарная база |
Носители |
Особенности |
1 |
1945- 1960 |
Электронные лампы |
Перфокарта, перфолента |
Для каждой машины существовал свой язык программирования |
2 |
1960-1964 |
Транзисторы |
Перфокарты и магнитные ленты |
Интерфейс для общения человека с ЭВМ |
3 |
1964-1970 |
Интегральные схемы (ИС) |
Магнитные диски |
Параллельно обрабатывалось несколько программ |
4 |
1970- 1980 |
Большие интегральные схемы (БИС) |
Магнитные и оптические диски |
Появился первый персональный компьютер (ПК) |
5 |
1980- наши дни |
БИС, лазеры, голография |
|
Создание искусственного интеллекта |
Компьютер состоит из следующих основных блоков:
системный блок;
монитор;
клавиатура.
Системный блок - основной блок компьютера, в котором находятся основные элементы компьютера, такие как: материнская плата, процессор; оперативная память; микросхема ПЗУ; слоты; жесткий диск; дисковод гибких дисков; дисковод компакт-дисков; видеокарта (видеоадаптер); звуковая карта.
Монитор (дисплей) - устройство для визуального отображения информации.
Клавиатура - клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода информации, а также команд управления.
Разберём некоторые из главных устройств.
Материнская плата - основная плата персонального компьютера, определяющая его возможности с помощью подключения различных элементов.
Процессор - основная микросхема компьютера, выполняющая арифметико-логические операции и вычисления по программному коду, находящемуся в памяти и руководит работой всех устройств компьютера. Процессор - это «мозг» компьютера. Конструктивно состоит из ячеек. Внутренние ячейки процессора называют регистрами.
Основные параметры процессора: рабочее напряжение; разрядность; рабочая тактовая частота; коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты; размер кэш-памяти.
C другими устройствами компьютера процессор связан несколькими группами проводников, которые называются шинами. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина.
Оперативная память - это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Основные характеристики модулей оперативной памяти: объем памяти и время доступа. При выключении питания все данные, находящиеся в оперативной памяти, стираются.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - устройство для длительного хранения информации. Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен. Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS). Основное назначение программ этого пакета - проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков.
Жёсткий диск - устройство для долговременного хранения больших объемов информации и программ.
Дисковод CD - устройство для считывания числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности CD-диска.
Видеокарта (видеоадаптер) - устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы.
Звуковая карта - устройство для вывода звука. Подключается к одному из слотов материнской платы в виде платы или встраивается непосредственно в материнскую плату. Выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки.
К компьютеру могут подключаться различные дополнительные устройства ввода и вывода информации. Эти устройства называются периферийными. К таким устройствам относятся: мышь; принтер; сканер; модем; факс; средства мультимедиа.
Этот список можно перечислять и дальше, например, к компьютеру можно подключить сотовый телефон, видеокамеру и т. д. С помощью подключения специальных периферийных устройств обычный персональный компьютер можно превратить в тренажёрный комплекс, метеорологическую лабораторию, средство управления бытовыми приборами.
Классификация программного обеспечения компьютера
Программа - это набор компьютерных команд, обеспечивающий выполнение конкретной задачи.
Классификация программного обеспечения ЭВМ показана на рисунке.
Системное программное обеспечение (System Software) - совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и сетей. Включает в себя программы, обеспечивающие выполнение общих технических задач и взаимодействие аппаратного обеспечения компьютера:
ядро операционной системы;
библиотеки и программы, обеспечивающие работу устройств ввода/вывода.
драйверы (программное обеспечение, разрабатываемое поставщиками аппаратных средств);
утилиты (небольшие программы, реализующие частные технические задачи по обслуживанию компьютера).
Пакеты прикладных программ (application program package) - комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса конкретной предметной области.
Прикладное программное обеспечение включает в себя программные комплексы, обеспечивающие выполнение различных прикладных задач. Среди таких комплексов можно выделить несколько часто используемых видов:
офисные пакеты (комплексы программ, решающих основные задачи делопроизводства); системы управления базами данных (СУБД), справочные системы и оболочки автоматизированных информационных систем. Эти программы позволяют организовать ввод, хранение и работу с большими объемами специализированных данных. СУБД часто являются общими компонентами, обеспечивающими работу большого количества специализированных комплексов; программы обработки графической информации.
Системы программирования - совокупность программ и программных комплексов, обеспечивающих технологию разработки, отладки и внедрения создаваемых программных продуктов.
Операционные системы
Операционная система ОС (operating system, OS) - это базовый набор функций, обеспечивающий управление аппаратными средствами компьютера.
Основные функции ОС:
загрузка приложений в оперативную память и их выполнение;
обеспечение доступа к периферийным устройствам;
управление оперативной памятью;
управление доступом к данным на энергонезависимых носителях;
организация пользовательского интерфейса;
обеспечение сетевых операций.
В состав ОС входят:
Ядро - центральная часть ОС, обеспечивающая программам-приложениям доступ к ресурсам компьютера.
Системные библиотеки (DLL-библиотеки) - файлы, выполняющие общие функции для всех программ. Файлы, составляющие ядро ОС Windows, есть DLL-библиотеки. Имеют расширение dll, реже exe.
Оболочка операционной системы (shell) - это графические элементы ОС, обеспечивающие интерфейс для взаимодействия пользователя с программным обеспечением. Интерфейс - способ взаимодействия отдельных элементов компьютера, компьютеров и пользователя с компьютером. Различают оболочки ОС с двумя типами интерфейса: интерфейс командной строки (CLI) и графический пользовательский интерфейс (GUI).
Утилиты (utility или tool) - компьютерные программы, расширяющая стандартные возможности оборудования и операционных систем, и выполняющая специфическую задачу.
Загрузка операционной системы в оперативную память компьютера осуществляется с помощью специальных файлов (для Windows XP это NTLDR и boot.ini), которые называются загрузчиком операционной системы.
Примеры ОС: MS-DOS, Windows 2000, Windows XP, Windows 7, Windows Mobile, Pocket PC и другие.