Интерфейсы в вычислительной технике

Интерфейсы являются основой взаимодействия всех современных информационных систем. Если интерфейс какого-либо объекта (персонального компьютера, программы, функции) не изменяется (стабилен, стандартизирован), это даёт возможность модифицировать сам объект, не перестраивая принципы его взаимодействия с другими объектами (например, научившись работать с одной программой под Windows, пользователь с легкостью освоит и другие — потому, что они имеют одинаковый интерфейс).

В вычислительной системе взаимодействие может осуществляться на пользовательском, программном и аппаратном уровнях. Соответственно, согласно этому, интерфейсы могут существовать как:

Способ взаимодействия физических устройств («Железный» интерфейс, чаще всего речь идёт о компьютерных портах)

• Сетевой интерфейс

• Сетевой шлюз — устройство, соединяющее локальную сеть с более крупной, например, Интернетом

• Шина (компьютер)

Способ взаимодействия виртуальных устройств (Программный интерфейс)

• Интерфейс функции

• Интерфейс программирования приложений (API): набор стандартных библиотечных методов, которые программист может использовать для доступа к функциональности другой программы.

• Вызов удалённых процедур

• COM-интерфейс

• Интерфейс (ООП)

Способ взаимодействия человек-машина (Интерфейс пользователя)

Совокупность средств, при помощи которых пользователь взаимодействует с различными программами и устройствами.

• Интерфейс командной строки: инструкции компьютеру даются путём ввода с клавиатуры текстовых строк (команд).

• Графический интерфейс пользователя: программные функции представляются графическими элементами экрана.

• Диалоговый интерфейс: например, Поиск

• Естественно-языковой интерфейс: пользователь «разговаривает» с программой на родном ему языке.

• Тактильный интерфейс: руль, джойстик и т. д.

• Нейрокомпьютерный интерфейс (англ. brain-computer interface): отвечает за обмен между нейронами и электронным устройством при помощи специальных имплантированных электродов.

и др.

14.запоминающие устройства ПК

Персональные компьютеры имеют четыре иерархических уровня памяти:  • микропроцессорная память;  • основная память;  • регистровая кэш-память;  • внешняя память.  Микропроцессорная память рассмотрена выше. Основная память предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с другими устройствами компьютера. Функции памяти:  • прием информации от других устройств;  • запоминание информации;  • выдача информации по запросу в другие устройства машины.  Основная память содержит два вида запоминающих устройств:  • ПЗУ — постоянное запоминающее устройство;  • ОЗУ — оперативное запоминающее устройство.  ПЗУ предназначено для хранения постоянной программной и справочной информации. Данные в ПЗУ заносятся при изготовлении. Информацию, хранящуюся в ПЗУ, можно только считывать, но не изменять.  В ПЗУ находятся:  • программа управления работой процессора;  • программа запуска и останова компьютера;  • программы тестирования устройств, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы его блоков;  • программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью;  • информация о том, где на диске находится операционная система.  ПЗУ является энергонезависимой памятью, при отключении питания информация в нем сохраняется.  ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом компьютером в текущий период времени.  Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к памяти). Все ячейки памяти объединены в группы по 8 бит (1 байт), каждая такая группа имеет адрес, по которому к ней можно обратиться.  ОЗУ является энергозависимой памятью, при выключении питания информация в нем стирается.  В современных компьютерах объем памяти обычно составляет 8-128 Мбайт. Объем памяти — важная характеристика компьютера, она влияет на скорость работы и работоспособность программ.  Кроме ПЗУ и ОЗУ на системной плате имеется и энергонезависимая CMOS-память, постоянно питающаяся от своего аккумулятора. В ней хранятся параметры конфигурации компьютера, которые проверяются при каждом рключении системы. Это полупостоянная память. Для изменения параметров конфигурации компьютера в BIOS содержится программа настройки конфигурации компьютера - SETUP.  Для ускорения доступа к оперативной памяти используется специальная сверхбыстродействующая кэш-память, которая располагается как бы «между» микропроцессором и оперативной памятью, в ней хранятся копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти. Регистры кэш-памяти недоступны для пользователя.  В кэш-памяти хранятся данные, которые микропроцессор получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Быстрый доступ к этим данным позволяет сократить время выполнения очередных команд программы.  Микропроцессоры, начиная от МП 80486, имеют свою встроенную кэш-память. Микропроцессоры Pentium и Реntium Pro имеют кэш-память отдельно для данных и отдельно для команд. Для всех микропроцессоров может использоваться дополнительная кэш-память, размещаемая на материнской плате вне микропроцессора, емкость которой может достигать нескольких Мбайт. Внешняя память относится к внешним устройствам компьютера и используется для долговременного хранения любой информации, которая может потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранятся все программное обеспечение компьютера.  Устройства внешней памяти — внешние запоминающие устройства — весьма разнообразны. Их можно классифицировать по виду носителя, по типу конструкции, по принципу записи и считывания информации, по методу доступа и т. д.  Наиболее распространенными внешними запоминающими устройствами являются:  • накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);  • накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);  • накопители на оптических дисках (CD-ROM).  Реже в качестве устройств внешней памяти персонального компьютера используются запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте — стримеры.  Накопители на дисках — это устройства для чтения и записи с магнитных или оптических носителей. Назначение этих накопителей — хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство.  НЖМД и НГМД различаются лишь конструктивно, объемами хранимой информации и временем поиска, записи и считывания информации.  В качестве запоминающей среды у магнитных дисков используются магнитные материалы со специальными свойствами, позволяющими фиксировать два магнитных состояния — два направления намагниченности. Каждому из этих состояний ставятся в соответствие двоичные цифры 0 и 1. Информация на магнитные диски записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей — дорожек (треков). Количество дорожек на диске и их информационная емкость зависят от типа диска, конструкции накопителя, качества магнитных головок и магнитного покрытия. Каждая дорожка разбита на секторы. В одном секторе обычно размещается 512 байт данных. Обмен данными между накопителем на магнитном диске и оперативной памятью осуществляется последовательно целым числом секторов. Для жесткого магнитного диска используется также понятие цилиндра — совокупности дорожек, находящихся на одинаковом расстоянии от центра диска.  Диски относятся к машинным носителям информации с прямым доступом. Это означает, что компьютер может обратиться к дорожке, на которой начинается участок с искомой информацией или куда нужно записать новую информацию, непосредственно, где бы ни , находилась головка записи и чтения накопителя.  Все диски — и магнитные, и оптические — характеризуются своим диаметром (форм-фактором). Из гибких магнитных дисков наибольшее распространение получили диски диаметром 3,5(89 мм). Емкость этих дисков составляет 1,2 и 1,44 Мбайт.  Накопители на жестких магнитных дисках получили название «винчестер». Этот термин возник из жаргонного названия первой модели жесткого диска, имевшего 30 дорожек по 30 секторов каждая, что случайно совпало с калибром охотничьего ружья «винчестер». Емкость накопителя на жестком магнитном диске измеряется в Мбайтах и Гбайтах.  В последнее время появились новые накопители на магнитных дисках — ZIP-диске — переносные устройства емкостью 230-280 Мбайт.  В последние годы самое широкое распространение получили накопители на оптических дисках (CD-ROM). Благодаря маленьким размерам, большой емкости и надежности эти накопители становятся все более популярными. Емкость накопителей на оптических дисках — от 640 Мбайт и выше.  Оптические диски делятся на неперезаписываемые лазерно-оптические диски, перезаписываемые лазерно-оптические диски и перезаписываемые магнитооптические диски. Неперезаписываемые диски поставляются фирмами-изготовителями с уже записанной на них информацией. Запись информации на них возможна только в лабораторных условиях, вне компьютера.  Кроме основной своей характеристики — информационной емкости, дисковые накопители характеризуются и двумя временными показателями:  • временем доступа;  • скоростью считывания подряд расположенных байтов. Накопители на дисках более разнообразны :

• накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), иначе, на флоппи-дисках или на дискетах;

• накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) типа "винчестер";

• накопители на сменных жестких магнитных дисках, использующие эффект Бернулли;

• накопители на флоптических дисках, иначе, floptical-накопители;

• накопители сверхвысокой плотности записи, иначе, VHD-накопители;

• накопители на оптических компакт-дисках CD-ROM (Compact Disk ROM);

• накопители на оптических дисках типа СС WORM (Continuous Composite Write Once Read Many - однократная запись - многократное чтение);

• накопители на магнитооптических дисках (НМОД) и др.

15. Видеотерминальные устройства

Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера (адаптера). Видеоконтроллеры входят в состав системного блока ПК (находятся на видеокарте, устанавливаемой в разъем материнской платы), а видеомониторы - это внешние устройства ПК.

Видеомониторы Монито́р — устройство, предназначенное для визуального отображения информации. Современный монитор состоит из корпуса, блока питания, плат управления и экрана. Информация (видеосигнал) для вывода на монитор поступает с компьютера посредством видеокарты, либо с другого устройства, формирующего видеосигнал.

Жидкокристаллический дисплей

(ЖК-дисплей, ЖКД, англ. Liquid crystal display, LCD), также Жидкокристаллический монитор (ЖК-монитор) — плоский дисплей на основе жидких кристаллов, а также монитор на основе такого дисплея. LCD TFT (англ. Thin film transistor — тонкоплёночный транзистор) — разновидность жидкокристаллического дисплея, в котором используется активная матрица, управляемая тонкоплёночными транзисторами. Усилитель для каждого субпиксела применяется для повышения быстродействия, контрастности и чёткости изображения дисплея. Жидкокристаллические дисплеи были разработаны в 1963 году в исследовательском центре Давида Сарнова (David Sarnoff) компании RCA (Принстон, штат Нью-Джерси).

Видеоконтроллеры Видеоконтроллеры (видеоадаптеры) являются внутрисистемными устройствами, непосредственно управляющими мониторами и выводом информации на их экран. Видеоконтроллер содержит: схему управления ЭЛТ, растровую память (видеопамять, хранящую воспроизводимую на экране информацию и использующую поле видеобуфера в ОП), сменные микросхемы ПЗУ (матрицы знаков), порты ввода-вывода. Основные характеристики видеоконтроллера; режимы работы (текстовый и графический), воспроизведение цветов (монохромный и цветной), число цветов или число полутонов (в монохромном), разрешающая способность (число адресуемых на экране монитора пикселей по горизонтали и вертикали), емкость и число страниц в буферной памяти (число страниц - это число запоминаемых текстовых экранов, любой из которых путем прямой адресации может быть выведен на отображение в мониторе), размер матрицы символа (количество пикселей в строке и столбце матрицы, формирующей символ на экране монитора), разрядность шины данных, определяющая скорость обмена данными с системной шиной, и др. Важная характеристика - емкость видеопамяти, она определяет количество хранимых в памяти пикселей и их атрибутов. Разрядность атрибута пикселя определяет, в частности, максимально возможное число полутонов или цветовых оттенков, учитываемых при отображении пикселя (например, для отображения 65 тыс. цветовых оттенков, стандарт High Color, каждый пиксель должен иметь 2-байтовый атрибут, а для отображения 16,7 млн. цветовых оттенков, стандарт True Color, - 3-байтовый атрибут). Необходимую емкость видеопамяти можно приблизительно сосчитать, умножив количество байтов атрибута на количество пикселей экрана.

Внешние устройства компьютера:

• Клавиатура

• Мышка

• Акустика

• Сканер

• ИБП (Источник бесперибойного питания)

• Принтер

• Монитор

Средства мультимедиа позволяют вводить информацию в компьютер с микрофона, магнитофона, CD-плеера, видеокамеры, видеомагнитофона и т.д. Стандартный лазерный диск CD-ROM размером 5,25" имеет ёмкость до 650 Мб. Он работает только в режиме считывания информации. Мультимедиа, как самостоятельное направление в компьютерной периферии, возникло в начале 90-х годов в Америке. Тогда стали появляться первые программные продукты на компакт-дисках. В 1990 году было издано всего 10 мультимедийных программ на CD, а сегодня их в тысячи раз больше. С помощью мультимедиа оживают детские сказки, создаются разговаривающие программы для обучения иностранным языкам, справочники и энциклопедии с фрагментами видео- и звуковых клипов.

    Сами названия программ говорят об этом: "Ваш семейный доктор", "Играем с английским языком", "В Океане", "Эрмитаж", "Библия", "Искусство". Все это становится возможным благодаря технологии мультимедиа и дискам CD-ROM на персональном компьютере. Мультимедийный компьютер должен включать в себя: Системный блок c процессором минимум 386 SX, монитор Super VGA (с видеокартой 512 килобайт и выше) , оперативную память 4 мегабайта и выше, Жесткий Диск, Звуковую карту , CD-ROM дисковод, акустическую систему (колонки, стереонаушники).

16.компьютерные сети

Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) — система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнитного излучения.

Техническое обеспечение информационно-вычислительных сетей

Структурно ИВС содержит:

• компьютеры (хост-компьютеры, сетевые компьютеры, рабочие станции, серверы), размещенные в узлах сети;

• аппаратуру и каналы передачи данных, с сопутствующими им периферийными устройствами;

• интерфейсные платы и устройства (сетевые платы, модемы);

• маршрутизаторы и коммутационные устройства.

17.локальные вычислительные сети

Лока́льная вычисли́тельная сеть (ЛВС, локальная сеть, сленг. локалка; англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всё равно относят к локальным.