5. Магистрально-модульный принцип построения эвм. Материнская плата. Её назначение и состав. Разъемы и порты. Устройства обработки информации, их технические характеристики.

Motherboard (материнская) – плата, содержащая основные узлы и разъемы расширения для установки дочерних плат. Материнская плата предназначена для размещения или подключений всех остальных внутренних устройств компьютера – служит своеобразной платформой, на базе которой строится конфигурация всей системы.

Тип и характеристики различных элементов и устройств материнской платы, как правило, определяется типом и архитектурой центрального процессора. Как правило, именно центральный процессор или процессоры, их семейство, тип, архитектура и исполнение определяют тот или иной вариант архитектурного исполнения материнской платы.

По числу процессоров, составляющих центральный процессор, различают однопроцессорные и мультипроцессорные материнские платы. Большинство персональных компьютеров являются однопроцессорными системами и комплектуются однопроцессорными материнскими платами. Настройка материнской платы на конкретные электронные компоненты осуществляется с помощью перемычек (jumpers). В частности, этими перемычками устанавливается настройка на конкретную модель процессора – регулируются тактовая частота и напряжение питания.

Материнская плата крепится к шасси корпуса системного блока, как правило, двумя винтами с изолирующими пластмассовыми креплениями.

На материнской плате расположены:

1. Наборы больших однокристальных электронных микросхем – чипов

2. Микросхемы оперативной памяти и разъемы их плат

3. Микросхемы электронной логики

4. Простые радиоэлементы (транзисторы, конденсаторы, сопротивления и др.)

5. Разъемы системной шины (стандартов ISA, EISA, VESA, PCI и др.)

6. Слоты для подключения плат расширений (видеокарт или видеоадаптеров, звуковых карт, сетевых карт, интерфейсов периферийных устройств IDE, EIDE, SCSI…)

7. Разъемы портов ввода/вывода (COM, LPT)

Комплекс технических средств обработки информации – это совокупность автономных устройств сбора, накопления, передачи, обработки и представления информации, а также средств оргтехники, управления, ремонтно-профилактических и других.

К комплексу технических средств предъявляют ряд требований:

- Обеспечение решения задач с минимальными затратами, необходимой точности и достоверности;

- Возможность технической совместимости устройств;

- Обеспечение высокой надежности;

- Минимальные затраты на приобретения.

Средства обработки информации играют важнейшую роль в комплексе технических средств обработки информации. К средствам обработки можно отнести компьютеры, которые в свою очередь разделим на три класса: малые (мини); большие и суперЭВМ.

Малые ЭВМ – работают в режиме разделения времени и в многозадачном режиме. Их положительной стороной является надежность и простота в эксплуатации.

Большие ЭВМ – (мейнфермы) характеризуются большим объемом памяти, высокой отказоустойчивостью и производительностью. Также характеризуется высокой надежностью и защитой данных; возможностью подключения большого числа пользователей.

Супер-ЭВМ – это мощные многопроцессорные ЭВМ с быстродействием 40 млрд. операций в секунду.

Сервер - компьютер, выделенный для обработки запросов от всех станций сети и представляющий этим станциям доступ к системным ресурсам и распределяющий эти ресурсы. Универсальный сервер называется - сервер-приложение. Мощные серверы можно отнести к малым и большим ЭВМ. Сейчас лидером являются серверы Маршалл, а также существуют серверы Cray (64 процессора).

К портам подключаются периферийные устройства ввода/вывода. Разъемы портов обычно устанавливаются прямо на системную плату и выносятся на заднюю стенку компьютера. Порты бывают:

- Последовательный порт (СОМ) (универсальный, достаточно быстр, но устар.);

- Параллельный порт (LPT) (основа –принтеры, низкое быстродействие);

- Игровой порт (для джойстиков и прочей хреноты);

- Порт PS/2 (клава и мышь);

- USB (универсал, самый популярный на данный момент);

- Разъемы звукового адаптера (непосредственно для звуковых адаптеров, лол);

- VGA (монитор).

Запоминающее устройство — носитель информации, предназначенный для записи и хранения данных. В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям.

Мультимедиа – интерактивные системы, обеспечивающие одновременную работу со звуком, анимацией, видео, статическими изображениями и текстами.

Компьютер обменивается информацией с внешним миром с помощью периферийных устройств. Только благодаря периферийным устройствам человек может взаимодействовать с компьютером, а также со всеми подключенными к нему устройствами.

Периферийные устройства делятся на устройства ввода и устройства вывода. Устройства ввода преобразуют информацию в форму понятную машине, после чего компьютер может ее обрабатывать и запоминать. Устройства вывода переводят информацию из машинного представления в образы, понятные человеку.

Манипуляторы – устройства, преобразующие движения рук пользователя в управляющую информацию для компьютера.

Классификация программного обеспечения компьютера. Системное, прикладное и инструментальное ПО. Операционная система. Назначение и состав ОС. Понятие драйвера и утилиты.

Совокупность программ, хранящихся на долговременной памяти компьютера, называется программным обеспечением.

Программное обеспечение делится на:

- системное ПО;

- прикладное ПО;

- системы программирования.

В ПО компьютера есть необходимая часть, без которой машина просто не будет работать: системное программное обеспечение. Когда покупатель приобретает компьютер, техника уже оснащена этим ПО, и оно так же важно для компьютера, как процессор или память.

В комплекте с ОС обычно поставляется набор прикладных программ общего назначения. С помощью прикладных программ пользователь может непосредственно решать информационные задачи, не прибегая к программированию. Они включают в себя:

- офисные программы;

- мультимедийные программы;

- развлекательные программы.

К прикладным программам специального назначения относят:

- профессиональные программы;

- образовательные программы.

К системному ПО относят операционную систему. Операционная система – набор программ, управляющих процессором, внешними устройствами, файлами, оперативной памятью и ведущих диалог с пользователем. Примеры операционных систем: Linux, Windows, MS-DOS.

К системному ПО кроме ОС следует отнести множество программ обслуживающего характера: программа обслуживания дисков, сжатия файлов на дисках, борьбы с вирусами и т.д.

Вирус – вредоносный программный код, способный нанести ущерб данным на компьютере и вывести его из строя. Борьбой с компьютерными вирусами занимаются программисты, создающие антивирусные программы.

Система программирования – комплекс инструментальных средств, предназначенных для работы с программами на одном из языков программирования. Примеры таких языков: Java, C/C++, Basic, Pascal, PHP и т.д. Благодаря СП и программистам создаются ПО различных видов: и системные, и прикладные, и новые системы программирования.

Утилита  — вспомогательная компьютерная программа в составе общего программного обеспечения для выполнения специализированных типовых задач, связанных с работой оборудования и операционной системы.

Драйвер — компьютерная программа, с помощью которой операционная система получает разграниченный доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства.

6. Понятие алгоритма. Исполнитель, СКИ, СОИ, среда. Свуйства алгоритма. Способы записи алгоритма. Циклические алгоритмические конструкции. Виды циклов: “с параметром”, “с условием”. Построение блок-схем.

Алгоритм – это понятное и точное предписание пользователю выполнить ряд действий, направленных на достижение определенной цели за конечное число шагов. Алгоритмизация – процесс разработки алгоритма.

Алгоритм обладает следующими свойствами:

1. Дискретность. Это свойство состоит в том, что алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых шагов. При этом для выполнения каждого шага алгоритма требуется конечный отрезок времени, т.е. преобразование исходных данных в результат осуществляется во времени дискретно, разрывно.

2. Определенность. Каждое правило алгоритма должно быть четким, однозначным.

3. Результативность. Алгоритм должен приводить к решению за конечное число шагов.

4. Массовость. Алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, т.е. он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся лишь исходными данными.

5. Правильность. Алгоритм правильный, если его выполнение дает правильные результаты решения поставленной задачи.

Исполнитель алгоритма - это человек или автомат (в частности, им может быть процессор ЭВМ), умеющий выполнять некоторый, вполне определенный набор действий. Исполнителя характеризуют: среда, СКИ, СОИ, действия.

Среда – обстановка, в которой исполнитель производит некоторые элементарные действия, из которых складывается весь алгоритм.

СКИ (Система Команд Исполнителя) – команды, которые исполнитель способен выполнить.

СОИ (Система Отказов Исполнителя) – команды, которые исполнитель по тем или иным причинам выполнить не в состоянии. Отказы бывают двух видов: «Не могу» (когда выполнить действие не позволяет среда) и «Не понимаю» (когда команды, которую исполнителю предписали исполнить, не входит в СКИ).

Для записи алгоритмов используют самые разнообразные средства. Выбор средства определяется типом исполняемого алгоритма. Выделяют следующие основные способы записи алгоритмов:

- вербальный, когда алгоритм описывается на человеческом языке;

- символьный, когда алгоритм описывается с помощью набора символов;

- графический, когда алгоритм описывается с помощью набора графических изображений (к графическому типу относятся блок-схемы).

Блок-схема - это способ представления алгоритмов в графической форме с помощью геометрических фигур, которые соединяются между собой линиями.

Уточнение понятия алгоритма. Машина Тьюринга. Математическое описание машины Тьюринга. Примеры программ для машины Тьюринга.

Любая задача может быть решаема или нерешаема с точки зрения алгоритма. Любой решаемый алгоритм может быть записан на Машине Тьюринга.

Машина Тьюринга – придумана Аланом Тьюрингом в 1936 году для уточнения понятия алгоритма. МТ- абстрактный исполнитель алгоритмов в виде бесконечной разделенной на клеточки ленты бумаги и пишуще-считывающей головки, которая движется за один шаг программы влево или вправо вдоль этой ленты на одну клетку. Головка может считывать букву или символ, находящийся на данной клетке, может заменять стоящую на данной позиции букву на другую. Однако она неспособна вставлять буквы между другими символами, плюс (вернее, минус, причем самый жирный) - у нее нет оперативной памяти, т.е. запоминать предыдущий символ она неспособна.

Программа для МТ представляет собой таблицу, в которой в столбцах записываются состояния, в строках - символы, необходимые для данной программы, а на пересечении строк и столбцов, то есть в ячейках - команды.

Общий вид команды:

действие1, переход/остаться на месте, переход в другое состояние/выключение/ничего не делать.

7–10. Системы счисления (СС). История возникновения. Позиционные и непозиционные СС, примеры. Римская СС. Правила перевода из арабской десятичной позиционной СС в римскую и обратно. К-ричная позиционная СС. Правила образования числа. Вес цифры. Разложение числа по степеням основания. Арифметика позиционных систем счисления. Сложение, вычитание, умножение и деление.

Правила перевода целых и дробных чисел из k-ричной позиционной СС в десятичную СС и наоборот.

Кратные СС. Связь между ними. Перевод из 2-ой в 8-ую и 16-ую СС. Перевод из 8-ой и 16-ой СС в 2-ую. Представление целых положительных чисел в ЭВМ. Беззнаковые ячейки. Подходы к представлению дробных чисел. Знаковые ячейки. Прямой, обратный и дополнительный код.

Система счисления - это способ записи чисел с помощью заданного набора специальных знаков (цифр).

Запись числа в некоторой системе счисления называется кодом числа.

Отдельную позицию в изображении числа принято называть разрядом, а номер позиции - номером разряда. Число разрядов в записи числа называется разрядностью и совпадает с его длиной.

Существуют системы позиционные и непозиционные.

В непозиционных системах счисления вес цифры не зависит от позиции, которую она занимает в числе. Так, например, в римской системе счисления в числе XXXII (тридцать два) вес цифры X в любой позиции равен просто десяти.

Пример непозиционной системы счисления - римская. В качестве цифр в римской системе используются: I(1), V(5), X(10), L(50), C(100), D(500), M(1000). Величина числа в римской системе счисления определяется как сумма или разность цифр в числе. Если меньшая цифра стоит слева от большей, то она вычитается, если справа - прибавляется. Пример:

CCXXXII=232 IX =9

В позиционных системах счисления вес каждой цифры изменяется в зависимости от ее позиции в последовательности цифр, изображающих число. Кол-во цифр ограничено. Любая позиционная система характеризуется своим основанием.  Основание позиционной системы счисления - это количество различных знаков или символов, используемых для изображения цифр в данной системе.  За основание можно принять любое натуральное число - два, три, четыре, шестнадцать и т.д. Следовательно, возможно бесконечное множество позиционных систем.

Примеры позиционной системы счисления - двоичная, десятичная, восьмеричная, шестнадцатеричная системы счисления и т. д.

Вес цифры зависит от ПСС, в которой она записана. Высчитывается он по формуле N=c*kⁱ, где с – сама цифра, k – основание системы, i – номер цифры (считается от нуля с конца числа). Таким образом, в пятеричной СС есть, к примеру, число 30, и цифра 3 имеет вес 5*3¹=15, для десятичной – 10*3¹=30, для шестнадцатеричной – 16*3¹=48.