I Binarna logika I arytmetyka

Wprowadzenie

Grupy sprzętu (urządzeń):

- PC (personal computer), komputer zaprojektowany dla indywidualnych użytkowników o zróżnicowanych

potrzebach , wyposażony w monitor graficzny, klawiaturę, mysz,

- serwer, komputer pozwalający na wykonywanie dużych programów przez wielu użytkowników

równocześnie,

- supercomputer, należy do klasy o największej wydajności obliczeniowej i cenie rzędu M$, często

skonfigurowany jako serwer,

- komputer wbudowany, umiejscowiony wewnątrz maszyny (urządzenia), z którym współpracuje,

wykonuje z góry zadane programy.

Grupy programów komputerowych:

- system operacyjny, nadzoruje pracę wszystkich zasobów komputera i wykonywanie programów

użytkowników,

- kompilator, tłumaczy kod programu w języku wysokiego poziomu na symboliczny język asembler,

- aplikacja, program wyspecjalizowany w wykonywaniu zadań wymaganych przez użytkownika.

Komputer jest to maszyna cyfrowa, której działanie wymaga istnienia materialnych urządzeń (hardware) i programów zarządzających pracą tych urządzeń (software). Termin architektura komputerów zawiera w sobie dwie grupy zagadnień,

i. Organizacja maszyny – budowa fizyczna jej elementów (CPU, pamięci, urządzenia wejścia i wyjścia), połączenie między nimi i kontrola ich stanu

ii. Programy sterujące pracą maszyny (system operacyjny, kompilator, sterownik urządzenia) i programy sterujące wykonaniem zadań zleconych maszynie (aplikacje, np. procesor tekstu, arkusz kalkulacyjny, baza danych). Program to zbiór instrukcji sterujących przetwarzaniem (przepływem informacji, jej formatem i przechowywaniem) plus dane.

Określenie maszyna cyfrowa oznacza, że informacja jest w niej reprezentowana przez zmienne przyjmujące skończoną liczbę wartości dyskretnych. W życiu codziennym do informowania o wartości czegoś posługujemy się liczbami zapisywanymi za pomocą 10 cyfr (0, 1,...9 - układem dziesiętnym). Maszyna posługująca się systemem dziesiętnym musiałaby umieć bezbłędnie rozróżniać 10 stanów, zbudowanie takiej maszyny byłoby trudne, a przynajmniej bardzo kosztowne. Łatwiej jest odróżnić coś małego od czegoś dużego niż ustalić czy ma ono wartość 5/10 czy też 6/10. Z tego powodu wartość wielkości (ogólnie liczby) zapisujemy za pomocą dwóch symboli, na przykład (0/1) lub (-/+) , (a/b) …, w maszynie cyfrowej jest to mała lub duża amplituda sygnału. Taki system zapisu nazywa się dwójkowym lub binarnym, a słowo cyfra (albo liczba o wartości 0 lub 1) zostaje zastąpione słowem bit.

Ogólne zasady struktury i funkcjonowania komputera są proste. Poniższy rysunek pokazuje schematycznie składniki komputera

Czynności wykonywane przez nie to:

- przetwarzanie danych

- przechowywanie danych

- przesyłanie danych

- sterowanie.

Pamięć (memory) przechowuje programy i dane. Procesor główny - Central Processing Unit (CPU) steruje czynnościami komputera i dokonuje przetwarzania danych zgodnie z otrzymanymi instrukcjami. Urządzenia Input/Otput zapewniają łączność między komputerem i jego zewnętrznym otoczeniem. Interfejs (Interface) przekształca informację z postaci dostarczanej przez Input na postać zrozumiałą przez CPU lub na odwrót gdy informacja jest przesyłana z CPU do Output. Komunikację między wskazanymi (i innymi) częściami komputera zapewnia system połączeń. Przykładem jest magistrala (szyna) (bus system), składająca się z wielu przewodzących prąd elektryczny ścieżek, łączących wszystkie części komputera.

Pouczające jest spojrzenie na składowe części komputera poprzez hierarchię złożoności jego elementów strukturalnych, którą przedstawia poniższy rysunek. Najniżej umieszczone są elementarne urządzenia (hardware), te leżące wyżej są złożonymi strukturami poprzednich. W podobny sposób rozkłada się złożoność struktur w grupie programów (software). Prostota najniższych i wielka złożoność wyższych jest źródłem sukcesu komputerów