Архітектура персонального комп'ютера

Існує два основні класи комп'ютерів:

• цифрові комп'ютери, що обробляють дані у вигляді числових двійкових кодів;

• аналогові комп'ютери, обробні безупинно мінливі фізичні величини (електрична напруга, час і т. д.), які є аналогами обчислюваних величин.

Оскільки в даний час переважна більшість комп'ютерів є цифровими, далі будемо розглядати тільки цей клас комп'ютерів і слово "комп'ютер" вживати в значенні "цифровий комп'ютер". Основу комп'ютерів утворює апаратура (HardWare), побудована, в основному, з використанням електронних та електромеханічних елементів і пристроїв. Принцип дії комп'ютерів полягає у виконанні програм (SoftWare) - заздалегідь заданих, чітко визначених послідовностей арифметичних, логічних і інших операцій.

Будь-яка комп'ютерна програма являє собою послідовність окремих команд. Команда - це опис операції, яку повинен виконати комп'ютер. Як правило, у команди є свій код (умовну позначку), вихідні дані (операнди) і результат. Наприклад, у команди "скласти два числа" операндами є складові, а результатом - їх сума. А у команди "стоп" операндів немає, а результатом є припинення роботи програми. Результат команди виробляється по точно визначеним для даної команди правилам, закладеним у конструкцію комп'ютера. Сукупність команд, виконуваних даним комп'ютером, називається системою команд цього комп'ютера.

Комп'ютери працюють з дуже високою швидкістю, що становить мільйони - сотні мільйонів операцій в секунду.

Персональні комп'ютери, більш ніж будь-який інший вид ЕОМ, сприяють переходу до нових комп'ютерних інформаційних технологій, яким властиві:

• дружній інформаційний, програмний та технічний інтерфейс з користувачем;

• виконання інформаційних процесів в режимі діалогу з користувачем;

• наскрізна інформаційна підтримка всіх процесів на основі інтегрованих баз даних;

• так звана "безпаперова технологія".

Комп'ютер - це багатофункціональний електронний пристрій для накопичення, обробки і передачі інформації. Під архітектурою комп'ютера розуміється його логічна організація, структура та ресурси, тобто засоби обчислювальної системи, які можуть бути виділені процесу обробки даних на певний інтервал часу.

В основу побудови більшості ЕОМ покладені принципи, сформульовані в 1945 р. Джоном фон Нейманом:

1. Принцип програмного управління (програма складається з набору команд, які виконуються процесором автоматично один за одним у певній послідовності).

2. Принцип однорідності пам'яті (програми і дані зберігаються в одній і тій же пам'яті; над командами можна виконувати такі ж дії, як і над даними).

3. Принцип адресності (основна пам'ять структурно складається з нумерованих осередків).

ЕОМ, побудовані на цих принципах, мають класичну архітектуру (архітектуру фон Неймана). Архітектура ПК визначає принцип дії, інформаційні зв'язки і взаємне з'єднання основних логічних вузлів комп'ютера:

• центрального процесора;

• основної пам'яті;

• зовнішньої пам'яті;

• периферійних пристроїв.

Основні електронні компоненти, що визначають архітектуру процесора, розміщуються на основній платі комп'ютера, яка називається системної або материнської (MotherBoard). А контролери та адаптери додаткових пристроїв або самі ці пристрої, виконуються у вигляді плат розширення (D a ughterBoard - дочірня плата) і підключаються до шини за допомогою роз'ємів розширення, званих також слотами розширення (англ. slot - щілина, паз)

4. Визначення програми, програмного засобу, програмного забезпечення.

В основу роботи комп'ютерів покладено програмний принцип керування, який полягає в тому, що комп'ютер виконує дії за заздалегідь заданою програмою. Цей принцип забезпечує універсальність використання комп'ютера: у певний момент часу розв'язується задача відповідно до вибраної програми. Після її завершення у пам'ять завантажується інша програма і т.д. Програма - це запис алгоритму розв'язання задачі у вигляді послідовності команд або операторів мовою, яку розуміє комп'ютер. Кінцевою метою любої комп'ютерної програми є керування апаратними засобами.

Для нормального розв'язання задач на комп'ютері потрібно, щоб програма була налагоджена, не потребувала дороблень і мала відповідну документацію. Тому стосовно роботи на комп'ютері часто використовують термін програмне забезпечення (software), під яким розуміють сукупність програм, процедур і правил, а також документації, що стосуються функціонування системи оброблення даних.

Програмне та апаратне забезпечення у комп'ютері працюють у нерозривному зв'язку та взаємодії. Склад програмного забезпечення обчислювальної системи називається програмною конфігурацією. Між програмами існує взаємозв'язок, тобто багато програм працюють, базуючись на програмах нижчого рівня. 

На відміну від системного програмного забезпечення, програмні засоби, які дозволяють вам робити щось на приклад створення текстових документів, грати в ігри, слухати музику або переглядати веб називаються прикладними. В цілому прикладні програмні засоби — це програми, що дозволяють кінцевому користувачу виконання конкретних функцій, таких як обробляння текстів або редагування зображень. Системні програмні засоби виконують такі завдання, як передача даних з пам’яті довільного доступу на диск, або відтворення тексту надисплеї.

5. Охарактеризуйте призначення і функції операційної системи. Типи операційних систем.

Призначення і основні функції операційних систем

Операційна система - це сукупність програм, які призначені для керування ресурсами комп'ютера й обчислювальними процесами, а також для організації взаємодії користувача з апаратурою.

Перша функція ОС - керування ресурсами комп'ютера та їх розподіл.    Ресурси - це логічні й фізичні компоненти комп'ютера: оперативна пам'ять, місце на диску, периферійні пристрої, процесорний час   тощо.

Інша функція ОС - керування обчислювальними процесами. Обчислювальним процесом (або завданням) називається послідовність дій, яка задається програмою.  У принципі, функції керування процесами можна було б передати кожній прикладній про­грамі, але тоді програми були б набагато більшими та складнішими. Тому зруч­ніше мати на комп'ютері одну керуючу програму - операційну систему, по­слугами якої користуватимуться всі інші програми.

Для виконання третьої функції ОС - забезпечення взаємодії користувача з апаратурою - служить інтерфейс користувача ОС. До складу інтерфейсу користувача входить також набір сервісних програм - утиліт.

Утиліта - це невелика програма, що виконує конкретну сервісну функцію. Утиліти звільняють користувача від виконання рутинних і часом досить складних операцій.

Сучасні ОС надають користувачеві широкий спектр сервісних послуг. Чим досконалішою є   ОС, тим зручніше у ній працювати користувачу.

1. Операційна система служить для керування ресурсами комп'ютера і забезпечення взаємодії всіх програм на комп'ютері з людиною. Компоненти операційної системи поділяються на два класи: системні та прикладні. До прикладних компонентів відносяться текстові редактори, компілятори, інтегровані системи програмування, пакети графічного виведення, комунікаційні програми і т.

До системних компонентів відносяться ядро системи, що забезпечує взаємодію всіх компонентів, завантажувач програм, підсистеми, що забезпечують діалог з людиною, — віконна система та інтерпретатор команд і, насамкінець, файлова система. Саме системні компоненти ОС визначають основні властивості операційної системи.

Відносно свого призначення, операційні системи бувають:

• універсальні (для загального використання);

• спеціальні (для розв'язання спеціальних задач);

• спеціалізовані (виконуються на спеціальному обладнанні);

• однозадачні (в окремий момент часу можуть виконувати лише одну задачу);

• багатозадачні (в окремий момент часу здатні виконувати більше однієї задачі);

• однокористувацькі (в системі відсутні механізми обмеження доступу до файлів та на використання ресурсів системи);

• багатокористувацькі (система впроваджує поняття "власник файлу" та забезпечує механізми обмеження на використання ресурсів системи (квоти)), всі багатокористувацькі операційні системи також є багатозадачними;

• реального часу (система підтримує механізми виконання задач реального часу, тобто такі, для яких будь які операції завжди виконуються за наперед передбачуваний і незмінний при наступних виконаннях час).

Відносно способу встановлення (інсталяції) операційної системи, операційні системи бувають:

• вбудовані (такі, що зберігаються в енергонезалежній пам'яті обчислювальної машини або пристрою без можливості заміни в процесі експлуатації обладнання);

• невбудовані (такі, що інсталюються на один з пристроїв зберігання інформації обчислювальної машини з можливістю подальшої заміни в процесі експлуатації).

Відносно відповідності стандартам операційні системи бувають:

• стандартні (відповідають одному з загальноприйнятих відкритих стандартів, найчастіше POSIX);

• нестандартні (в тому числі такі, що розробляються відповідно до корпоративних стандартів).

Відносно можливостей розширення операційні системи бувають:

• закриті (не дозволяють розширення функціональності ОС);

• відкриті (будуються за технологіями, що забезпечують можливості розширення функціональності ОС).

Відносно можливостей внесення змін до вихідного коду операційні системи бувають:

• відкриті (англ. open source) - з відкритим програмним кодом;

• власницькі (англ. proprietary) - комерційні з закритим кодом.

6. Прикладні системи. Типи прикладних систем.

Прикладні системи утворюють рівень програмного забезпечення, що надається користувачеві для розв'язання своїх задач. Процедури інформаційних технологій спрямовуються на обробку інформації певного класу (даних, тексту, графіки, об'єктів реального світу) і реалізуються за допомогою програмних комплексів різного рівня, складності та призначення.

Прикладне програмне забезпечення призначене для розв'язування конкретних задач користувача й організації обчислювального процесу інформаційної системи загалом.

На відміну від програмістів, користувачів прикладного ПЗ називають кінцевими користувачами, припускаючи, що саме вони і є кінцевими користувачами тих знань, які зосереджені в пам'яті комп'ютера або можуть генеруватися під час роботи прикладних програм. Звертаючись до прикладної системи, користувачеві інколи доводиться виконувати деякі прості операції - вводити числа і тексти, Переглядати дані, виводити графіки, малюнки на екран дисплея та на зовнішні пристрої. Прикладні системи конструюються таким чином, щоб створити людині максимальний комфорт під час виконання таких дій і при цьому не вимагати від неї надзвичайно великих навичок та спеціальних знань. Прикладне ПЗ працює під управлінням базового програмного забезпечення, зокрема операційних систем.

ІПакети прикладних програм (ППП) - це комплекс програм, призначений для розв'язування задач певного класу.

Розрізняють кілька основних класів прикладних систем, що використовуються на персональних комп'ютерах: прикладні пакети і програми загального призначення (універсальні); пакети і програми проблемозорієнто-вані; глобальних мереж; методозорієнтовані; організації (адміністрування) обчислювального процесу.

До пакетів і програм загального призначення, що їх особливо широко використовують у сфері управлінської та організаційної діяльності, належать: текстові процесори; пакети графічного подання даних; табличні процесори; системи управління базами даних; інтегровані пакети; CASE-технології; оболонки експертних систем і систем штучного інтелекту, системи підтримки комунікацій.

Текстові процесори призначені для підготовки всіх видів текстової документації - статей, листів, звітів тощо.

Практично будь-який документ, що готується на друкарській машинці, може бути створений за допомогою текстового процесора; при цьому з'являються досить суттєві можливості багаторазового виправлення окремих фрагментів, не вводячи повторно весь текст, зміни шрифтів, внесення малюнків і, зрештою, друкування на принтері потрібної кількості примірників. Можливе автоматичне складання змісту документів, перевірка правильності написання слів. Таким чином, підготовка текстових матеріалів на ПЕОМ виконується не лише швидше й ефективніше, ніж на друкарській машинці, а й має нові, раніше не доступні можливості. Нині найбільше поширені текстові процесори: Microsoft Word, WordPerfekt, Chi Writer тощо.

Пакети графічного подання даних (графічні редактори) призначені для обробки графічних документів - діаграм, ілюстрацій, креслень, таблиць (PC Paintbrush, Corel Draw, Fanvision, Boieng Graf тощо). Передбачається управління розміром фігур і літер, формування будь-яких зображень.

Видавничі системи поєднують можливості текстових і графічних редакторів. Ці системи орієнтовані на використання у видавничій діяльності і називаються системами верстки. З таких систем можна назвати продукти Page Maker фірми Adobe і Ventura Publisher корпорації Corel

Табличні процесори (електронні таблиці) увійшли до ряду основних прикладних систем для ПЕОМ із самого початку їх масової появи.

Електронною таблицею називають спосіб наведення даних, який дуже схожий до звичайного, ручного способу подання табличної інформації.

У пам'яті комп'ютера відображається велика прямокутна таблиця, а на екрані дисплея виводиться її частина. Переміщуючи дисплейне вікно уздовж таблиці, користувач може побачити будь-яку її частину. При цьому він може вводити в неї нові дані, переглядаючи зміст, установлювати залежність певних даних щодо інших тощо. На основі таких таблиць можуть базуватися досить складні моделі, що відображають господарську діяльність підприємства (організації). Найбільшої популярності нині набули програмні продукти Excel, Lotus 1-2-3, Quattro Pro тощо.

Наведення даних як графіків різних типів є наочним і зручним способом для їх візуального аналізу. Оскільки персональні комп'ютери, як правило, дають хороші можливості для роботи з графічною інформацією, системи підготовки ділової графіки набули поширення і, зокрема, використовуються спільно зі системами обробки електронних таблиць та іншими системами обробки даних.

Для створення внутрішньомашинного інформаційного забезпечення використовуються спеціальні ППП - системи управління базами даних - СУБД (Access, FoxPro, Paradox, Oracle, Informix, Sybase, Ingres тощо).

База даних - це сукупність спеціальним чином організованих наборів даних, що зберігаються на диску.

СУБД забезпечує управління базою даних і передбачає введення даних, їх редагування, маніпулювання даними, тобто вилучення, поновлення тощо. Розвинуті СУБД забезпечують незалежність прикладних програм, що працюють з ними, від конкретної організації інформації в базі даних.

Інтегровані системи утворюють особливу категорію програмного забезпечення. Типова інтегрована система включає текстовий процесор, системи управління базами даних, засоби роботи з таблицями, пакет ділової графіки і засоби підтримки комунікацій. Головну увагу розробники цих систем приділяють тому, щоб користувач використовував у роботі в різних середовищах інтегрованого пакета приблизно ті самі прийоми роботи і міг швидко перейти з однієї групи операцій на іншу. Ще одна суттєва вимога - простота дій користувача під час розв'язання простих задач, з якими він стикається, і звернення до складних варіантів роботи у виняткових випадках. Один із перспективних підходів - надати користувачам не готові інтегровані системи, а зручні засоби для їх створення. Такі засоби трактуються як надбудови над операційними системами, що дозволяють з'єднувати кілька прикладних пакетів у рамках зручного для користувачів операційного середовища (пакет Microsoft Office, Framework, Startnave тощо).

7. Характеристика операційної системи Windows. Основні елементи інтерфейсу операційної системи Windows.

• Операційна система — це програмний комплекс, що забезпечує керування апаратними засобами комп'ютера, а також надає середовище для виконання прикладних програм. ОС приховує від користувача складні подробиці роботи апаратного і програмного забезпечення. Це надає користувачу більше часу для творчої діяльності.

• Утиліти (англ. utility – корисність) – це невеликі програми, створені для обслуговування комп'ютера та підвищення ефективність його роботи.До утиліт відносяться програми обслуговування дисків, антивірусні програми, програми-архіватори, файлові менеджери, засоби для запису даних на оптичні носії тощо

Системи програмування – це комплекси програм, які призначені для створення нових програм з використанням мов програмування.

Прикладне програмне забезпечення – це програми, що призначені для реалізації конкретних задач опрацювання даних, які користувач розв’язує в ході своєї діяльності.

• До прикладних програм загального призначення відносять програми, які можуть застосовуватися в різних галузях людської діяльності для опрацювання текстів, малюнків, баз даних, електронних таблиць, створення презентацій тощо.

• Прикладні програми спеціального призначення використовуються для реалізації завдань опрацювання даних у певній галузі діяльності, на конкретному підприємстві, в організації, фірмі або їх підрозділі. До такого типу програм відносять програми для створення відеоефектів при виробництві кінофільмів, креслень машин і механізмів у конструкторських і проектних бюро, діагностування захворювань у медичних закладах, створення шкільного розкладу уроків тощо.