Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теоретические и практические вопросы дисциплины «Информатика». Учебное пособие
.pdf
21
цветной графики и был выполнен на высоком техническом уровне. К
1980 г. фирма имела годовой доход 117 млн. долларов, а основатели
фирмы Стивен Возняк и Стивен Джобс стали миллионерами.
Все выпускаемые персональные компьютеры имели
значительные недостатки, ограничивающие распространение
персональных компьютеров в среде неподготовленных потребителей.
Настоящая компьютерная революция началась в августе 1981
года, когда фирма IBM выпустила свой первый персональный
компьютер − IBM Personal Computer (IBM PC).
Разработчики IBM PC использовали готовые комплектующие:
микропроцессор фирмы Intel, дисководы фирмы Tandon, мониторы и
т.п. Единственным передовым шагом стало введение в конструкцию
системной платы IBM PC разъемов расширения для подключения
дополнительных устройств непосредственно к шине компьютера.
Этим нехитрым техническим решением было достигнуто
главное преимущество, заключающееся в разработке важнейшего
принципа построения ПК − п р и н ц и п а о т к р ы т о й
а р х и т е к т у р ы .
До появления IBM PC все модели микрокомпьютеров имели
закрытую архитектуру. Это означало, что аппаратные средства
компьютера оставались для конечного пользователя «вещью в себе»:
любая их модификация требовала достаточно высокой специальной
квалификации в области электроники. Совершенствование
микрокомпьютера оставалось уделом профессионалов-разработчиков,
а пользователям приходилось довольствоваться тем, что они
приобретали.
С появлением IBM PC ситуация коренным образом изменилась.
Пользователь мог менять любые блоки ПК на более совершенные, не
вникая в особенности электроники и не меняя систему в целом.
Многие фирмы, в том числе и фирма Tandy Corporation,
достаточно быстро освоила производство IВМ − совместимых
компьютеров. Как правило, такие ПК стоили дешевле (иногда весьма
значительно), чем ПК фирмы IBM. Это семейство микрокомпьютеров
получило название «к л о н а » IBM. Так как сам по себе принцип
открытой архитектуры не подлежал авторской и патентной защите, то
вследствие «клонирования» ПК сторонними производителями, фирма
IBM начала быстро утрачивать монополию на контроль рынка ПК и
терять доходы. Любая из моделей «клона» оказывалась в конечном
счете лучше своего прототипа (по быстродействию, дизайну и т.д.),
22
т.е. фирма IBM почти всегда инициировала процесс разработки нового
очередного ПК, а затем другие производители всесторонне
совершенствовали каждую из моделей.
Первый ПК фирмы IBM был достаточно простой. В его состав
входил микропроцессор Intel 8088, магнитофон для
загрузки/сохранения программ и данных, а также дисковод.
Оперативная память была объемом всего 64 Кбайт. Компьютер имел
встроенную версию языка BASIC.
Через короткий отрезок времени эта модель была
усовершенствована. Новая модификация получила название
«расширенного» ПК - IBM PC/XT (Personal Computer /eXTended
version) и в ней использовался жесткий диск емкостью 10-30 Мб.
В последующие годы вследствие естественного прогресса в
области разработки и производства микропроцессорной техники
постоянно происходили обновления персонального компьютера.
Появлялись новые более производительные микропроцессоры,
жесткие диски с большим объемом памяти и т.д.
Развитие вычислительной техники продолжается и сегодня.
В Японии, начиная с 1982 года, принята правительственная
программа по развитию вычислительной техники и созданию
компьютеров п я т о г о п о к о л е н и я . Фактически под этими
словами понимается некий план по развитию IT-индустрии.
ЭВМ пятого поколения должны достигнуть фантастической
производительности за счет интеграции огромного количества
процессоров на одной подложке.
Японский центр по развитию и обработке информации поставил
перед собой труднодостижимые цели. Главная из них − это развитие
технологий по логической обработке знаний − одно из ведущих
направлений и с к у с с т в е н н о г о и н т е л л е к т а , а также создание
рабочих станций с высокой производительностью и распределенными
функциями, создание суперкомпьютеров для научных вычислений,
которые будут оперировать огромными базами данных и базами
знаний.
Важным направлением развития вычислительных средств
пятого и последующих поколений является интеллектуализация ЭВМ,
связанная с наделением ее элементами интеллекта,
интеллектуализацией интерфейса с пользователем и др. При этом
ЭВМ должна обладать способностью к обучению, производить
23
ассоциативную обработку информации и вести интеллектуальный
диалог при решении конкретных задач.
Аналогичные проекты осуществляются не только в Японии, но
также в США и России. Однако разработчики ЭВМ пятого поколения
столкнулись не только с техническими трудностями при разработке
вычислительных средств, но и с проблемами программирования.
В настоящее время общепризнано, что «интеллект»
современного компьютера равен или даже ниже интеллекта земляного
червяка и поэтому интеллектуализация компьютера – важнейшая
задача ближайших лет.
1.6 Устройство персонального компьютера
Персональный компьютер (ПК) − это микро-ЭВМ
универсального назначения, рассчитанная на работу с одним
пользователем. К этому классу относят как простейшие игровые
компьютеры, так и сверхсложные машины с мощным процессором и
памятью большой емкости.
ПК состоит из трёх основных частей:
системного блока. Системный блок − это основной блок ПК,
представляющий из себя металлический или пластмассовый
корпус (case-кейс). вертикального или горизонтального
расположения, в котором находятся важнейшие составные его
части;
клавиатуры;
дисплея (монитора).
Системный блок – это основной блок ПК, представляющий из
себя металлический или пластмассовый корпус (case – кейс)
вертикального или горизонтального расположения, в котором
находятся важнейшие составные его части:
блок питания, преобразующий переменное напряжение 220 вольт в
постоянный ток низкого напряжения. Для питания процессора
необходимо всего 2,9 - 5 вольт;
материнская плата с центральным процессором;
внутренняя память (оперативной и постоянной);
накопитель на жёстком магнитном диске (винчестер);
устройство для чтения информации с компакт-диска (CD-ROM);
устройство для записи информации на компакт-диск CD-Writer;
контроллеры устройств;
24
другие вспомогательные элементы: вентилятор, динамик, разъемы
(порты) различных типов и т.д.
На лицевой панели системного блока расположены:
кнопка включения и выключения питания компьютера (POWER).
Она обеспечивает «холодный» пуск компьютера;
кнопка RESET, которая обеспечивает «горячий» пуск или
перезагрузку операционной системы компьютера;
П р о це с с о р , установленный на материнскую (системную)
плату, − основной рабочий элемент ЭВМ. Процессор осуществляет
выполнение программ и управляет работой всех других устройств
компьютера. Применительно к ПК чаще используется термин
микропроцессор, который представляет собой микросхему,
содержащую арифметическо-логическое устройство, устройство
управления и другие элементы.
Если процессор управляет работой других вспомогательных
процессоров (с о пр о ц е с с о р о в ), то речь идет о центральном
микропроцессоре (CPU − Central Processing Unit). Сопроцессоры
ориентированы на выполнение каких-либо специфических функций,
например, математический сопроцессор (FPU-Floating Point Unit −
процессор чисел с плавающей запятой) эффективно (в 100 и более раз
быстрее, чем центральный процессор) обрабатывает числовые данные,
записанные в формате с плавающей точкой; графический сопроцессор
(craphics editor) эффективно выполняет геометрические построения и
обработку графических изображений; сопроцессор ввода-вывода
разгружает центральный процессор от многочисленных операций
взаимодействия с периферийными устройствами.
Для увеличения производительности ПК на материнскую плату
иногда устанавливают 2 процессора, которые обрабатывают
информацию параллельно. Такие ПК имеют повышенную
производительность и называются м н о г о п р о ц е с с о р н ы м и
в ы ч ис л и т е л ь н ы м и у с т р о й с т в а м и .
Процессоры отличаются друг от друга типом (моделью),
тактовой частотой и другими параметрами.
Т а к т о в а я ч а с т о т а определяет, сколько элементарных
операций микропроцессор выполняет за одну секунду. Поэтому чем
больше рабочая частота микропроцессора, тем быстрее ЭВМ
выполняет программу. Тактовая частота современного
микропроцессора 1-4 ГГц (1000-4000 миллионов герц в секунду).
25
В настоящее время наиболее распространены процессоры
следующих фирм: Intel (65%), AMD (17%), Qualсomm (9,4%), Samsung
(8,2%). Наиболее распространенными являются процессоры серии
Pentium, Core i, Socket AM3+, Athlon II и др. Важными
характеристиками микропроцессора являются также длина машинного
слова, набор команд, количество ядер.
Большинство микропроцессоров имеют одну и ту же (или
слабоварирующуюся) систему команд.
Полный набор команд процессора называется м а ш и н н ы м
я з ы к о м или с и с т е м о й к о м а н д . Команды предусматривают
арифметические действия, логические операции, передачу управления
и перемещения данных.
М а ш ин н о е с л о в о − величина, измеряемая в битах, равна
разрядности регистров процессора или разрядности шины данных.
Длина слова у современных компьютеров равна 32 и даже 64 битам.
Увеличение длины слова позволяет увеличивать оперативную память
компьютера и работать с большими целыми числами.
Процессоры могут быть о д н о я д е р н ы м и (Single Core) и
м н о г о яд е р н ы м и (multi-core), т.е. содержать два, четыре, восемь и
более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле.
Известно, что производительность одноядерных процессоров резко
снижается, если одновременно выполняется две и более задачи.
Двуядерные процессоры (Dual Core) снабжены двумя ядрами,
т.е. работают как два процессора, соединенных в один.
Производительность таких процессоров снижается в меньшей степени
по сравнению с одноядерными, если приходится решать несколько
задач одновременно. Количество ядер процессора может доходить до
16 и более. Однако не следует думать, что производительность
компьютера прямо пропорциональна количеству ядер процессора.
Процессор установлен на с и с т е м н у ю (System Board) или на
м а т е р и н с к ую п л а т у (Mother Board), которая является главной
частью современного компьютера. Ведущие производители
материнских плат фирмы: GIGABYTE technology Co. Ltd (Тайвань);
ASUSTEK Cоmputer Inc., (Тайвань); Intel Corporation, (США) и др.
На материнской плате установлены следующие компоненты ПК:
процессор(ы);
сопроцессор(ы);
память постоянная;
26
память оперативная;
кэш- память;
интерфейсные схемы (карты) и разъемы шин расширения
ввода/вывода;
кварцевый генератор синхронизации;
дополнительные стабилизаторы напряжения питания процессора;
контроллеры интерфейсов для подключения гибких и жестких
дисков;
графический адаптер;
аудиоканал;
адаптеры CОМ- и LPT-портов и т.д.;
другие электронные компоненты.
С и с те м н а я ш и н а − устройство передачи сигналов, к
которому подключены компоненты вычислительной машины. Шина
входит в состав материнской платы компьютера и осуществляет обмен
данными между процессором, оперативной памятью и контроллерами
внешних устройств компьютера: клавиатуры, монитора, дисков.
С появлением процессора Pentium была разработана системная
шина PCI (Peripheral Component Interconnect local bus − шина
соединения локальных компонентов), а с появлением процессоров
Pentium II и Pentium III все чаще стала использоваться шина AGP
(Accelerated Graphic Port − ускоренный графический порт), которая на
сегодняшний день является наиболее быстрой и перспективной.
И н т е р ф е й с н ы е к а р т ы и ш и н ы расширения
ввода/вывода позволяют расширить функциональные возможности
ПК. Шины расширения реализованы в виде слотов.
К в а р ц е вы й г е н е р а т о р с и н х р о н и з а ц и и − основной
тактовый генератор системной платы, вырабатывающий импульсы
опорной частоты, которые используются для синхронизации работы
процессора, системной шины и шин ввода вывода. Одна из
стандартных частот современного генератора синхронизации
66,6 МГц.
Внутренняя (электронная) память ПК реализуется в виде
различных устройств: о п е р а т и в н о г о з а п о м и н а ю щ е г о
у с т р ой с т в а (ОЗУ) или RAM − Random Access Memory и
п о с т о ян н о г о з а п о м и н а ю щ е г о у с т р о й с т в а (ПЗУ) или
ROM − Read Only Memory − память только для чтения.
27
ОЗУ предназначено для временного хранения информации и
создается в виде двухмерных матриц, элементом которых является
ячейка, способная запомнить один бит информации. ОЗУ является
энергозависимым запоминающим устройством, т.е. при выключении
ЭВМ или перезагрузке операционной системы ПК информация из
памяти стирается. В современном компьютере используются
микросхемы (модули) динамической (DRAM − Dinamic Random
Access Memory) или статической памяти.
ОЗУ характеризуется объемом памяти, которая у современных
компьютеров достигает четырех и более Гбайт.
Единицами измерения информации являются:
бит. Это число 1 или 0;
байт. Это 8 бит. Одного байта достаточно, чтобы записать одну
букву любого алфавита или любой знак;
1 Кбайт = 210 байт =1024 байт. 1 Кбайт (КБ) позволяет сохранить
приблизительно 0,5 стр. машинописного текста;
1 Мбайт = 220 байт =1048576 байт. 1 Мбайт (МБ) позволяет
сохранить приблизительно 500 стр. машинописного текста;
1 Гбайт = 230 байт. 1 Гбайт (ГБ) позволяет сохранить сотни томов
книг;
1 Tбайт = 240 байт. Такие объемы информации начинают
использоваться в современных ПК.
ПЗУ − энергонезависимое запоминающее устройство,
используемое для длительного или постоянного хранения данных.
Информация из ПЗУ только считывается. ПЗУ используется для
хранения системного программного обеспечения – BIOS (Basic
Input/Output System – базовая система ввода вывода). BIOS
предназначена для хранения набора микропрограмм, обеспечивающих
начальную загрузку компьютера.
КЭШ−п а м я т ь представляет собой высокоскоростную память с
очень малым временем выборки. В этой памяти хранится небольшая
часть часто используемой информации, которая необходима
процессору. КЭШ память первого уровня имеет объем 32 Кбайт, а
КЭШ память второго уровня имеет объем 256-512 Кбайт.
Накопитель на жестких магнитных дисках (винчестер) −
запоминающее устройство с произвольным доступом, основанным на
принципе магнитной записи, предназначен для хранения информации,
в частности, программ операционной системы, прикладных программ
28
и т.д. Жесткий диск − это небольшая герметичная коробочка, в
которой содержится несколько магнитных дисков и соответствующие
магнитные головки к ним.
Управление работой магнитного диска осуществляется
специальным электронным устройством − контроллером диска,
реализующим стандарт SCSI-2 (Small Computer System Interfase –
стандарт поддержания и передачи данных между компьютером и
периферийными устройствами).
Основные характеристики жесткого диска:
емкость диска (Capacity);
время доступа к данным на диске (Access Time);
скорость чтения и записи данных на диск.
Емкость диска − максимальное количество информации, которое
может храниться на диске. Выпускаются диски объемом до 4000 Гбайт
(4 Тбайт).
Время доступа к данным − среднее время, за которое компьютер
может добраться до произвольного участка на диске, составляет у
современных дисков 2,5-16 мс.
Скорость чтения и записи данных зависят от параметров
жесткого диска (числа оборотов шпинделя, контроллера диска и типа
системной шины). Наиболее быстрыми считаются контроллеры типа
SCSI и SCSI-2 или Enchanced IDE. Типовая скорость шпинделя −
4200 об/мин, а в новейших конструкциях 15000 об/мин. Однако
последние достаточно шумные и используются в мощных серверах.
У с т р о й с т в о д л я ч т е н и я с к о м п а к т -д и с к о в − CDROM (Compact Disk-Read Only Memory) или дисководы для компактдисков − важнейший компонент современного ПК, позволяющий
эффективно работать с мультимедиа-приложениями (т.е.
программами, создающими движущие изображение, звук, текст и т.д.).
Такие устройства и сами компакт-диски относительно надежны
и способны хранить большие объемы (до 700 Мбайт) разнообразной
информации: справочные материалы, энциклопедические данные,
компьютерные программы и многое другое.
Цифровые данные записывают на диск, используя специальное
записывающее устройство, которое наносит микроскопические ямки
на поверхности диска. Информация, закодированная с помощью этих
ямок, может быть прочитана путем регистрации изменения
интенсивности отражения (ямки будут темнее, чем фон блестящего
серебристого диска).
29
Чтение информации с компакт-дисков осуществляется с
помощью лазерного луча небольшой мощности. Скорость чтения с
компакт-диска невелика по сравнению со скоростью чтения данных с
винчестера. Способ загрузки диска в накопитель зависит от
конструкции, но наиболее распространены устройства с
выдвигающимся горизонтальным лотком (подносом) − накопители
Tray-Type (Tray − поднос), на которые диск кладется рабочей стороной
вниз. Обычная скорость считывания равна 150 Кбайт/с. Устройство
обеспечивает увеличение скорости считывания в 2-24 раза.
У с т р о й с т в а д л я з а п и с и к о м п а к т д и с к о в (СD-R −
Compact Disk Recordable) предназначены для однократной записи
информации на диск. Внешне такие устройства не отличаются от
устройств для чтения с компакт дисков. Запись осуществляется на
диски с органическим материалом, который разрушается, что
приводит к изменению его коэффициента отражения.
Существуют также устройства для м н о г о к р а т н о й з а п и с и
н а к о м па к т д и с к (CD−RW Compact Disc Rewritable).
L P T - п о р т (Line Printer − построчный принтер) − был введен в
ПК для подключения принтера. ПК может иметь до 3-х LPT-портов,
для подключения различных устройств (сканера, накопителей и т.д.).
LPT-порт имеет 25 контактов типа «мама».
COM- п о р т (Communications Port − коммуникационный порт)
обеспечивает асинхронный обмен данными. ПК может иметь до 4-х
COM-портов. Эти порты используются для подключения
манипуляторов (мышь, трекбол, внешних модемов и других
устройств). COM-порт является последовательным портом и имеет 9
или 25 контактов типа «папа». Последовательный порт является более
медленным, чем параллельный.
1.7 Периферийные устройства персонального компьютера
Периферийные устройства − это устройства, которые можно
подключить к компьютеру для выполнения каких-либо функций.
Такими устройствами являются клавиатура, монитор, мышь, модемы,
микрофон и т.д. С большинством этих устройств обмен данными
происходит в цифровом формате. Для работы с разнообразными
датчиками и исполнительными устройствами используются аналогоцифровые преобразователи. Периферийные устройства подключаются
к компьютеру через внешние интерфейсы с помощью специальных
адаптеров или контроллеров, встроенных в системную плату.
30
А д а п т е р является средством сопряжения какого-либо устройства с
компьютером. К о н т р о л л е р служит тем же целям, но способен
самостоятельно выполнять некоторые операции.
К л а ви а т у р а − это основное устройство для ручного ввода
информации.
Чаще всего используется клавиатура, содержащая 101/102
клавиши, хотя некоторые расширенные клавиатуры (Microsoft Natural)
имеют 104/105 клавиш.
Все клавиши клавиатуры можно разделить на 5 групп:
алфавитно-цифровые, которые предназначены для ввода цифр и
букв русского и латинского алфавита;
функциональные (F1, F2, ... F12), расположенные в верхнем ряду.
Их назначение определяется конкретной программой, но обычно
клавиша F1 соответствует помощи, а F10 − выходу из программы;
отдельный блок цифровых клавиш, расположенный справа.
Расположение цифр на этом блоке соответствует расположению
цифр на калькуляторе. Этот блок сделан для тех, кто может
вслепую набирать цифры;
клавиши перемещения курсора (клавиши навигации). Это
отдельная группа клавиш со стрелками, которые позволяют
перемещать курсор на одну позицию вправо или влево или на
строку вверх или вниз;
специальные клавиши:
- клавиша Enter предназначена для окончания ввода команды, числа
или иной информации;
- клавиша Backspace (расположена над клавишей Enter) удаляет
символ, находящийся слева от курсора;
- клавиша Delete (удаление) используется для удаления символа,
находящегося после от курсора;
- клавиша Insert (вставка) предназначена для переключения между
двумя режимами ввода символов: ввода с раздвижкой символов
(вставка) и ввода с замещением ранее набранных символов (замена);
- клавиши Home, End, PgUp, PgDn – называют клавишами
управления курсором. Как правило, нажатие на них приводит к
перемещению курсора в соответствующем направлении или к
«перелистыванию» изображения на экране;
- клавиша NumLock (блокировка цифр) включает или выключает
(блокирует) отдельный блок цифровых клавиш, которые могут
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]