Основы информатики программирования и вычислительной математики. Ча

3. Системная магистраль передачи данных (шина). Это ос-

новная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

1)между МП и ОП;

2)между МП и портами ввода-вывода внешних устройств;

3) между ОП и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему – контроллершины, формирующийосновныесигналыуправления.

4. Основная память (ОП). Предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) иоперативноезапоминающееустройство(ОЗУ).

ПЗУ (ROM – Read Only Memory) служит для хранения неизменной (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя). Именно поэтому ПЗУ часто называют виртуальной памятью ПК.

В современных типах постоянной памяти пользователь при наличии технических средств на рабочем месте может стирать и перепрограммировать такую память многократно. Это достигается за счет запоминающих элементов, методов записи, хранения и стирания информации. Такой тип памяти, получивший широкое рас-

пространение, называется перепрограммируемым постоянным запоминающим устройством (ППЗУ).

ППЗУ применяются в BIOS (Base Input-Output System – базовая система ввода-вывода) для хранения специальной информации; в мультимедийных системах (звуковых картах, видеоадаптерах) и т.д.

61

elib.pstu.ru

ОЗУ (RАM – Random Access Memory) предназначено для опера-

тивной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычис- лительном процессе, выполняемом в ПК в текущий период времени. Главными достоинствами оперативной памяти является ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный путь к ячейке). Например, вам необходимо составить некий текст, а затем выбить его на мраморной плите. Если вы сразу начнете выбивать текст на плите, исправляя и редактируя его, то затратите на этот процесс несколько дней или даже недель, потому что выбить слово на мраморе, затем стереть его и выбить новое – нелегкая задача. Однако если вы сначала карандашом напишете текст на бумаге, отредактируете его с помощью ластика и все того же карандаша, то на мрамор пойдет уже готовый вариант, который вы один раз высечете и больше к нему возвращаться не придется.

Минимальным размером оперативной памяти, необходимой для нормальной работы ПК, следует считать 128 МБ (или 256 МБ). Для комфортной – работы лучше брать 512 МБ. Однако в связи с быстрорастущими запросами производительности в настоящее время производят ОЗУ 1024 МБ и выше.

В качестве недостатка ОЗУ следует отметить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).

5. Внешняя память (ВП). Относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными, имеющимися практически на любом компьютере, являются накопители на жестких дисках (НЖМД) и гибких магнитных дисках (НГМД).

Назначение этих накопителей – хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу

62

elib.pstu.ru

в оперативное запоминающее устройство. Различаются НЖМД

иНГМД лишь конструктивно, объемами хранимой информации

ивременем поиска, записи и считывания информации.

НГМД по своей сути являются дискетами, на гибкую основу которых наносится магнитный слой с информацией, подобно кассетам в магнитофоне. В настоящее время такие диски постепенно утрачивают свою актуальность и заменяются более совершенными носителями информации (CD-диски, DVD-диски, «флешки» и т.д.).

В качестве НЖМД широкое распространение получили накопители типа «винчестер» (иногда их называют «хард», «винт»).

Для справки: «хард» – это просто перевод с английского языка, на котором «жесткий диск» звучит как Hard Disk Drive (HDD). А вот винчестер и, соответственно, «винт» (как сокращение от винчестер) имеет конкретное происхождение. Дело в том, что один из первых жестких дисков, разработанных фирмой IBM в 1973 году, имел маркировку 30/30 (количество дорожек и секторов). Эта маркировка была один в один похожа на обозначение винтовки винчестер калибра 30/30, в результате чего жесткий диск стали называть именно так.

В современных винчестерах стал использоваться метод зоннобитовой записи, т.е. когда запись цифровой информации на поверхность диска производится одним из специально разработанных методов и заключается в нанесении на последовательные точечные позиции (Dot positions) слоя магнитных эквивалентов нулей и единиц. Для определения местонахождения (адреса) точечных позиций их необходимо заранее отметить соответствующими синхронизирующими метками. Запись меток на поверхность дисков осуществляется при форматировании. Произвольный доступ к любому участку поверхности осуществляется быстрым вращением диска и радиальным перемещением магнитных головок, для чего используются специальные двигатели. Синхронизирующие метки диска, образующие концентрические окружности, называются дорожками (track). Количество дорожек зависит от типа диска. Дорожки разбиваются на участки фиксированной длины, называемые секторами.

63

elib.pstu.ru

Количество секторов на дорожке определяется типом и форматом диска, и они в основном одинаковы для всех дорожек (рис. 18). IBM PC-совместимые ПК могут работать с несколькими размерами секторов – от 128 до 1024 Б. Стандартным является сектор 512 Б. В секторах размещаются данные любого размера, а дисковые операции записи и считывания производятся целыми секторами.

Дорожки (с внешнего края) и сектора нумеруются начиная снуля, сектор с нулевым номером на каждой дорожке резервируется для идентификации, анедляхранения данных. У дисковиспользуютсядве стороны. В связи с тем что накопители на жестких дисках могут состоять из нескольких дисков (стопка), общее количество поверхностей будет зависеть от размера стопки и от использования верхней и нижней поверхностей соответственно первого и последнего дисков в стопке. Для идентификации поверхностей они нумеруются начиная с нуля (верхняя поверхностьпервогодискасверху).

Рис. 18. Условное представление физической структуры жесткого диска

Головки чтения-записи (Read-Write Head) находятся на специ-

альном позиционере, напоминающем рычаг, и предназначены для считывания информации с винчестера. Все головки расположены гребнем. При записи битовая информация преобразуется в переменный ток (в соответствии с чередованием нулей и единиц в последовательности), который поступает на магнитную головку,

64

elib.pstu.ru

ив зависимости от направления тока в обмотке головки в пространстве между головкой и носителем возникает соответствующий магнитный поток, замыкающийся через элементарную область спонтанной намагниченности (доменов). В зависимости от направления магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с направлением внешнего магнитного поля. При снятии внешнего поля это состояние доменов не меняется (память долговременного хранения).

6.Таймер. Это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, минуты, секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономному источнику питания – аккумулятору

ипри отключении машины от сети продолжает работать.

Таким образом, последовательность работы вышеизложенных блоков можно представить следующим образом.

При запуске программы в работу (хранящуюся во внешней памяти ВП) пользователь выдает запрос на ее использование в дисковую операционную систему (DOS – Disk Operation System) компьютера. Запрос пользователя – это ввод имени исполняемой программы в командную строку на экране дисплея. Главная программа DOS – Command.com обеспечивает перезапись машинной (исполняемой) программы из ВП в ОЗУ и устанавливает в регистре-счетчике адреса команд МПП адрес ячейки ОЗУ, в которой находится начало (первая команда) этой программы.

После этого автоматически начинается выполнение команд программы друг за другом. Каждая команда требует для своего исполнения нескольких тактов работы машины (от генератора импульсов). В первом такте выполнения любой команды производится считывание кода самой команды из ОЗУ по адресу, установленному в регистре-счетчике адреса, и запись этого кода в блок регистров команд устройства управления. Содержимое второго и последующих тактов исполнения определяется результатами анализа команды, записанной в блок регистров команд, т.е. зависит уже от конкретной команды.

65

elib.pstu.ru

В конце последнего такта выполнения команды в регистрсчетчик адреса команд МПП будет добавлено число, равное количеству байтов, занимаемых кодом выполненной команды программы. Поскольку емкость одной ячейки памяти ОЗУ равна 1 Б и команды программы в ОЗУ размещены последовательно друг за другом, в регистре-счетчике адреса команд будет сформирован адрес следующей команды машинной программы и машина приступит к ее использованию и т.д. Команды будут выполняться последовательно одна за другой, пока не завершится вся программа. После завершения программы управление будет передано обратно

впрограмму Command.com операционной системы.

7.Внешние устройства (ВУ). Это важнейшая составляющая часть любого вычислительного комплекса. Достаточно сказать, что по стоимости ВУ иногда составляют 50–80 % всего ПК. ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими вычислительными машинами.

Видеомонитор (дисплей) – устройство для отображения вводимой и выводимой (текстовой или графической) из ПК информации. Различают мониторы с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) и на жидких кристаллах (ЖК).

Устройство речевого ввода-вывода относятся к быстроразви-

вающимся средствам мультимедиа. Устройства речевого ввода – это различные микрофонные акустические системы, «звуковые мыши», например, со сложным программным обеспечением, позволяющим распознавать произносимые человеком буквы и слова, идентифицировать их и кодировать. Устройства речевого вывода – это различные синтезаторы звука, выполняющие преобразование цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через громко-

говорители (динамики) или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру.

К устройствам ввода информации относятся:

Клавиатура – устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК. На клавиатуре расположе-

66

elib.pstu.ru

ны: буквенно-цифровые клавиши, клавиши управления курсором, клавиши малой цифровой клавиатуры, функциональные клавиши и специальные управляющие клавиши. Ниже приведено назначение специальных управляющих клавиш.

Назначение специальных управляющих клавиш:

67

elib.pstu.ru

Графические планшеты (диджитайзеры) – для ручного ввода графической информации, изображенной путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняется считывание его местоположения и ввод этих координат в ПК.

Сканеры (читающие автоматы) – для автоматического считы-

вания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей; в устройстве кодирования сканера в текстовом режиме считанные символы после сравнения с эталонными контурами специальными программами преобразуются в коды ASCII (Стандартный код информационного обмена), а в графическом режиме считанные графики и чертежи преобразуются в последовательности двумерных координат.

Манипуляторы (устройства указания): джойстик – рычаг, мышь, трекбол – шар в оправе, световое перо и т.д. – для ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК.

Сенсорные экраны – для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК.

68

elib.pstu.ru

К устройствам вывода информации относятся:

Принтеры – печатающие устройства для регистрации информации на бумажный носитель.

Графопостроители (плоттеры) – для вывода графической ин-

формации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель; плоттеры бывают векторные с вычерчиванием изображения с помощью пера и растровые: термографические, электростатические, струйные и лазерные. По конструкции плоттеры подразделя-

ются на планшетные и барабанные.

Модем – устройство, выполняющее модуляцию и демодуляцию информационных сигналов при передаче их из вычислительной машины в канал связи и приеме в нее. Наибольшее распространение модемы нашли для подключения к глобальной сети Интернет.

Контрольные вопросы

1.Перечислите основные блоки, входящие в состав персонального компьютера, и опишите их назначение.

2.Какие функции выполняет микропроцессор? Какие устройства входят в его состав?

3.Каковы назначение и основные характеристики генератора тактовых импульсов?

4.Каковы назначение и основные характеристики системной шины?

5.Каковы назначение и основные характеристики основной памяти ПК?

6.Перечислите и охарактеризуйте основные виды внешней памяти ПК.

7.Назовите и охарактеризуйте внешние устройства ввода ПК.

8.ПеречислитеиохарактеризуйтевнешниеустройствавыводаПК.

69

elib.pstu.ru

4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АИС. СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

Реализация информационных процессов в случае, когда технической основой являются компьютеры, требует наличия (установки) на ПК соответствующих программных средств. Прежде всего это программы, обеспечивающие выполнение компьютером процедур, необходимых для решения задач пользователя, или приложения.

Применение программных средств, как правило, невозможно без соответствующей программной документации (описания применения, инструкций и т.п.). Для создания программных средств необходим соответствующий инструментарий, основой которого являются языки программирования.

Программное обеспечение информационных систем

В настоящее время существуют десятки и сотни тысяч программ (приложений), которые позволяют реализовывать те или иные информационные процессы, удовлетворяющие информационные потребности пользователей. Для ориентации в этом множестве программ существенную поддержку может оказать классификация программных средств, позволяющаяоблегчитьвыбортой илииной программы.

4.1. Основные понятия

Программная документация – совокупность документов, обеспечивающих пользователя всей необходимой информацией о назначении, правилах и условиях применения программ, предоставленных в его распоряжение.

Средства программирования – совокупность языков программирования, используемых для создания программ, а также программных средств, автоматизирующих как процесс создания программы

70

elib.pstu.ru