Лекция 6_АО и ПО вычислительных систем

СОДЕРЖАНИЕ

АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ2

Поколения ЭВМ2

Понятие архитектуры и принципы устройства вычислительных систем5

Устройство персонального компьютера7

Конфигурация персонального компьютера7

Характеристики процессора7

Организация памяти персонального компьютера8

Внешние запоминающие устройства9

Периферийные устройства персонального компьютера10

Устройства ввода/вывода10

Устройства обмена данными11

Порты11

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ12

Понятие программы12

Классификация программного обеспечения14

Системное программное обеспечение14

Операционные системы14

Определение и функции операционных систем14

Классификация операционных систем15

Управление процессами16

Управление основными ресурсами17

Управление данными. Файловая система18

Управление внешней памятью компьютера21

Управление внешними устройствами22

Интерфейс с пользователем23

Общая характеристика операционных систем Microsoft Windows23

Стандартные программы25

Средства контроля и диагностики26

Системы программирования26

Прикладное программное обеспечение26

Системы искусственного интеллекта28

Геоинформационные системы31

АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Поколения ЭВМ

Развитие ЭВМ делится на несколько периодов. Под поколением ЭВМ понимают все типы и модели ЭВМ, разработанные различными конструкторскими коллективами, но построенные на одних и тех же научных и технических принципах. Поколения ЭВМ каждого периода отличаются друг от друга элементной базой и математическим обеспечением.

Первое поколение ЭВМ (1948 — 1958 гг.)

АО и по лекцииЭВМ первого поколения были ламповыми машинами 50-х годов. Их элементной базой были электровакуумные лампы. Эти ЭВМ были весьма громоздкими сооружениями, содержавшими в себе тысячи ламп, занимавшими иногда сотни квадратных метров территории, потреблявшими электроэнергию в сотни киловатт.

Например, одна из первых ЭВМ – ENIAC – представляла собой огромный по объему агрегат длиной более 30 метров, содержала 18 тысяч электровакуумных ламп и потребляла около 150 киловатт электроэнергии.

Для каждой машины использовался свой язык программирования. Для ввода программ и данных применялись перфоленты и перфокарты. Не было монитора, клавиатуры и мышки. Использовались эти машины, главным образом, для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных.

Вычислительная мощность составляла всего несколько тысяч операций в секунду. К примеру, на такие операции как сложение, вычитание требовалось несколько секунд. На деления и умножение уходило до нескольких десятков секунд. А на вычисление логарифма или тригонометрической функции понадобилось больше минуты.

Элементной базой компьютеров этого поколения были: электромеханические реле, которые быстро ломались и создавали сильный шум как в производственном цехе, электронно-вакуумные лампы, срок службы которых не превышал несколько месяцев. Их в машине было десятки тысяч. Таким образом, каждый день, что-то ломалось. Надежность ЭВМ этого поколения была крайне низкой.

Второе поколение ЭВМ (1959 — 1967 гг.)

Элементной базой машин этого поколения были полупроводниковые приборы (транзисторы).

АО и по лекцииПоявление полупроводниковых элементов в электронных схемах существенно увеличило емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие ЭВМ. Уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность. Данный период характеризуется широким применением транзисторов и усовершенствованных схем памяти на сердечниках. Большое внимание начали уделять созданию системного программного обеспечения, компиляторов и средств ввода-вывода.

С появлением машин второго поколения значительно расширилась сфера использования электронной вычислительной техники, главным образом за счет развития программного обеспечения. Вычислительные машины этого периода успешно применялись в областях, связанных с обработкой множеств данных и решением задач, обычно требующих выполнения рутинных операций на заводах, в учреждениях и банках.

С появлением машин второго поколения значительно расширилась сфера использования электронной вычислительной техники, главным образом за счет развития программного обеспечения. Появились также специализированные машины, например ЭВМ для решения экономических задач, для управления производственными процессами, системами передачи информации и т.д.

Третье поколение ЭВМ (1968 — 1973 гг.)

АО и по лекцииЭлементная база ЭВМ — малые интегральные схемы (МИС). Машины предназначались для широкого использования в различных областях науки и техники. Благодаря интегральным схемам удалось существенно улучшить технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ. Например, машины третьего поколения по сравнению с машинами второго поколения имеют больший объем оперативной памяти, увеличилось быстродействие, повысилась надежность, а потребляемая мощность, занимаемая площадь и масса уменьшились. Характерной чертой данного периода явилось резкое снижение цен на аппаратное обеспечение.

ЭВМ третьего поколения можно было встретить на борту самолета, корабля, подводной лодке, спутнике. Эти машины называли Мини-ЭВМ.

Первое и второе поколение машин использовали только военные, государственные ведомства и институты. Теперь они становятся доступными даже для небольших компаний.

Четвертое поколение (1974 — 1985гг.)

АО и по лекцииЧетвёртое поколение — это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года. Наиболее важный в концептуальном отношении критерий, по которому эти компьютеры можно отделить от машин третьего поколения, состоит в том, что машины четвёртого поколения проектировались в расчете на эффективное использование современных высокоуровневых языков и упрощение процесса программирования для конечного пользователя.

В аппаратурном отношении для них характерно широкое использование больших интегральных схем в качестве элементной базы, а также наличие быстродействующих запоминающих устройств с произвольной выборкой ёмкостью в десятки мегабайт.

C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Для них характерны: применение персональных компьютеров; телекоммуникационная обработка данных; компьютерные сети; широкое применение систем управления базами данных; элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и устройств.

Характеристики ЭВМ четвертого поколения:

мультипроцессорность;

языки высокого уровня;

компьютерные сети;

параллельная и последовательная обработка данных.

ЭВМ четвертого поколения являются машинами массового применения.

Пятое поколение (1985 — наши дни)

Компьютеры нынешнего поколения отличаются от предыдущих главным образом широкими коммуникационными возможностями и повышением степени интеграции полупроводников элементной базы (сверхвысокая интеграция).

Разработка последующих поколений компьютеров производится на основе БИС повышенной степени интеграции, использование оптоэлектронных принципов (лазеры, голография). Развитие идет также по пути «интеллектуализации» компьютеров, устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текстов, человеческого голоса, с бланков, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой.

В компьютерах пятого поколения произойдет качественный переход от обработки данных к обработке знаний.

Архитектура компьютера будущего поколения будет содержать два основных блока. Один из них — это традиционный компьютер, но теперь он лишен связи с пользователем. Эту связь осуществляет блок, так называемый интеллектуальный интерфейс. Эго задача — понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу компьютера.

Будет также решаться проблема децентрализации вычислений с помощью компьютерных сетей, как больших, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, так и миниатюрных компьютеров, размещенных на одном кристалле полупроводника.

Классификация компьютеров

Электронная вычислительная машина (ЭВМ) – комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Существует достаточно много систем классификации компьютеров. Рассмотрим две из них.

Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям

суперЭВМ — мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов – десятки миллиардов операций в секунду.

большие ЭВМ (мэйнфреймы) — самые мощные компьютеры. Поддерживают работу по управлению крупными фирмами, предприятиями, средними и малыми банками.

мини-ЭВМ — используются в системах управления предприятиями среднего уровня, многопользовательских вычислительных системах.

микро-ЭВМ — индивидуальное обслуживание пользователей, работа в локальных автоматизированных системах управления.

персональные компьютеры, которые, в свою очередь, подразделяют на:

настольные

портативные,

карманные.

Настольные ПК являются стационарными компьютерами на рабочем месте. Одним из их достоинств является простота изменения конфигурации.

Портативные ПК очень удобны при отсутствии постоянного места работы или в поездках. Обычно они оснащены удобными средствами связи и по производительности не уступают настольным ПК.

Карманные ПК имеют размер записных книжек и используются для хранения и обработки оперативных данных.

Классификация по уровню специализации

По уровню специализации компьютеры делят на универсальные и специализированные. На базе универсальных компьютеров можно собирать вычислительные системы произвольного состава (конфигурации).

Специализированные компьютеры предназначены для решения конкретного круга задач. К таким компьютерам относятся, например, бортовые компьютеры автомобилей, судов, самолетов, космических аппаратов.

Понятие архитектуры и принципы устройства вычислительных систем

Архитектура – один из основных терминов, используемых в области вычислительной техники. Архитектуру вычислительных систем (ВС) в данном случае можно определить как абстрактное представление или описание физической системы, ее устройства с точки зрения пользователя ВС.

Современные ВС всегда рассматриваются как комплекс, совокупность двух взаимодействующих компонентов: аппаратуры и программного обеспечения.

Аппаратные средства (hardware) – это все физические (механические, электронные и т.п.) элементы, из которых построена машина, а программное обеспечение (software, ПО) – это комплекс программ, ассоциирующихся с данной ВС, превращающий аппаратные средства в универсальное вычислительное устройство, предназначенное для решения разнообразных задач пользователей; кроме того, к ПО относится программная документация, инструкции, руководства и т.п.

Архитектура определяет логическую схему организации ВС, описывающую состав и взаимодействие основных компонентов ВС в ходе вычислительного процесса.

Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом (1945 году). Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ.

Положения фон Неймана:

принцип двоичного кодирования — вся информация кодируется в двоичном виде;

принцип программного управленияпроцесс обработки информации в ЭВМ (вычислительный процесс) осуществляется в соответствии с заранее составленной программой. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности;

принцип однородности памятипрограммы и данные хранятся в одной и той же памяти;

принцип адресностипамять состоит из пронумерованных ячеек; процессору в любой момент времени доступна любая ячейка.

К настоящему время принципы фон Неймана дополнены рядом других принципов:

принципом открытой архитектуры. Эта архитектура, во-первых, использует принцип взаимозаменяемости, т.е. использования для сборки ПК узлов от разных производителей (но соответствующих определенным соглашениям), а во-вторых, предоставляет возможность доукомплектования ПК, наращивания его мощности уже в ходе эксплуатации ПК.

АО и по лекции

Процессор – это устройство, способное автоматически выполнять действия в соответствии с программой, записанной в памяти, непосредственно доступной этому устройству. Таким образом, непосредственную обработку данных осуществляет процессор, а память играет в машинах с традиционной архитектурой пассивную роль хранилища данных и программ. Эти устройства ВС являются центральными устройствами. Кроме того, в состав ВС включаются периферийные устройства (ПУ), или внешние устройства (внешние запоминающие устройства (ВЗУ), устройства ввода/вывода (УВВ) и т.п.). Программа на время выполнения записывается в память ЭВМ (оперативную, непосредственно доступную процессору память – ОП), там же хранятся и данные, обрабатываемые этой программой в текущий момент. Команды и данные помещаются в ячейки памяти, доступ к которым осуществляется по адресу (номеру ячейки).

Компьютеры с традиционной архитектурой строго последовательные.

В компьютерах с традиционной архитектурой реализуется линейная последовательная организация памяти. Это означает, что вся память представляет собой линейный массив ячеек определенного размера, последовательно пронумерованных. Номер ячейки считается ее адресом. В большинстве современных ЭВМ минимально адресуемой единицей памяти является байт (8-разрядная ячейка).

Процессор – это центральное устройство, выполняющее действия по программам, размещенным в оперативной памяти, управляющее работой других устройств. В компьютерах с архитектурой фон Неймана реализуется централизованное последовательное управление: процессор выполняет команды строго в установленной последовательности, выбирая их из памяти по одной, переход к выполнению следующей команды происходит только после выполнения предыдущей.

Шина представляет собой совокупность линий, предназначенных для передачи единицы информации (команды, данных, адреса или управляющих сигналов) между устройствами компьютера.

Принцип использования двоичной системы для кодирования данных и команд программы, низкий уровень машинного языка. Это вызывает семантический разрыв между архитектурой компьютеров и многомерными данными об объектах реального мира, которые с помощью компьютеров обрабатываются, а также разнообразными управляющими структурами данных, используемыми для описания алгоритмов обработки данных.

В настоящее время одним из основных направлений усовершенствования архитектуры является увеличение степени параллелизма при выполнении программ, обработке данных.

Одним из революционных достижений в области вычислительной техники явилось создание персональных компьютеров. Большие ЭВМ были отделены от массового пользователя, с ними работали только специалисты (электронщики, программисты, операторы). Рождение персонального компьютера сделало компьютер массовым инструментом.

Устройство персонального компьютера

Персональный компьютер (ПК) – это, как и всякая ЭВМ, комплекс взаимосвязанных электронных и электромеханических автоматических программно управляемых устройств для хранения, обработки и обмена информацией. Но, в отличие от больших ЭВМ (мэйнфреймов), персональный компьютер является «настольным».

Конфигурация персонального компьютера

При построении ПК основным принципом является принцип модульности. Модулями называют отдельные устройства компьютера, рассчитанные на выполнение определенных функций и имеющие стандартные средства сопряжения (подключения). Таким образом, ПК «складывается» из модулей, как из кубиков. Его конфигурацию легко наращивать и изменять, добавляя новые модули или заменяя ранее установленные.

Конфигурация персонального компьютера – это конкретный набор модулей, из которых состоит данный компьютер.

Минимальная (базовая) конфигурация включает три составляющих элемента: системный блок, дисплей, клавиатуру. Они соединены между собой кабелями. В системном блоке располагаются основные аппаратные компоненты персонального компьютера: микропроцессор, память, контроллеры (адаптеры) для подключения различных внешних устройств.

Самым главным компонентом, находящимся в системном блоке, является материнская (Mother board), или системная плата. Именно на ней располагаются процессор и память. На материнской плате расположены также слоты, в которые вставляются все остальные «кубики» (блоки): контроллер монитора, контроллеры дисководов, параллельный и последовательный порты, используемые для подключения таких внешних устройств, как принтер, клавиатура, модем и т.д. В системный блок устанавливаются также дисководы различных типов, блок питания.

Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через информационную магистраль (ее другое название – общая шина). Магистраль – это кабель, состоящий из множества линий (проводов), по которым передается информация (данные и команды, адреса памяти, к которым происходит обращение, и управляющие сигналы).

В современном персональном компьютере реализован принцип открытой архитектуры. Этот принцип позволяет подключать к информационной магистрали дополнительные периферийные устройства, заменять одни модели устройств на другие. Например, возможно увеличение внутренней памяти, замена микропроцессора на более совершенный и т.д.

Аппаратное подключение периферийных устройств к магистрали осуществляется через специальные схемы – контроллеры или адаптеры, которые непосредственно управляют работой внешних устройств, освобождая от этих функций процессор.

Характеристики процессора

Персональные компьютеры (ПК) строятся на базе микропроцессоров. Микропроцессор – это сверхбольшая интегральная схема, созданная в едином полупроводниковом кристалле с применением микроэлектронной технологии.

Характеристики процессора определяются его типом. В настоящее время персональные компьютеры создаются на базе микропроцессоров различных фирм (DEC, IBM, Motorola и т.д.). Наибольшее распространение при выпуске ПК получили микропроцессоры фирмы Intel (Integrated Electronics), первой выпустившей 16-разрядный микропроцессор.

Основными характеристиками процессоров являются аппаратно поддерживаемые типы данных и система (набор) команд, которые процессор может выполнять, обрабатывая эти данные. Современные процессоры имеют разрядность 32 и 64 бита, реже 128 (в основном серверные варианты). Разрядность самых «длинных» данных, которые может обрабатывать процессор, называется его разрядностью.

Еще одна характеристика процессоров – объем памяти, которую они могут адресовать. Чем больше объем памяти, с которой может работать процессор, тем больше команд может содержать выполняемая программа и тем больше объем данных, которые процессор может обработать. Адресное пространство процессора – это количество адресов, к которым может обратиться процессор, используя все разряды шины адреса; это максимальный объем внутренней памяти, с которым может работать машина. Он однозначно определяется разрядностью шины адреса. Обязательным требованием к современным процессорам является аппаратная поддержка виртуальной памяти (расширения оперативной памяти за счет памяти на дисках), мультизадачности (организации параллельного выполнения нескольких программ) и средств защиты.

Еще одна важная характеристика процессоров – тактовая частота, измеряемая в мегагерцах (МГц) и гигагерцах, характеризующая быстродействие процессора. С помощью тактовых сигналов осуществляется согласование работы устройств процессора. Таким образом, чем больше тактовая частота, тем быстрее работает процессор.

Организация памяти персонального компьютера

Память – это устройство, предназначенное для хранения информации.

Всю информацию можно разбить на несколько типов:

системная информация – информация о текущем состоянии процессора, таблицы, содержащие информацию, необходимую для управления вычислительным процессом (формируется аппаратно или системными программами);

программная информация – код программы (набор команд), описывающий алгоритм решения конкретной задачи на компьютере (создается программистом);

обрабатываемая информация – данные, используемые в ходе вычислительного процесса (исходные данные и результаты вычислений).

В современных вычислительных системах память разбивается на несколько уровней. Процессоры имеют собственные запоминающие устройства (регистры, кэш), используемые для хранения системной информации и промежуточных результатов вычислений. Программы и данные на время выполнения программы переписываются (загружаются) в оперативную память, откуда их может прочитать процессор. А для долговременного хранения информации (данных и программ) используются внешние запоминающие устройства (внешняя память).

Внутренняя (основная) память персонального компьютера делится на несколько типов:

оперативная память (ОЗУ – оперативное запоминающее устройство, RAM – Random Access Memory, т.е. память с произвольным доступом, доступная как для чтения, так и для записи) содержит команды и данные, с которыми в данный момент работает процессор;

постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, или ROM – Read Only Memory, т.е. память, доступная только для чтения) предназначено для хранения информации, которая не меняется в ходе вычислительного процесса, но постоянно используется;

видеопамять – память, в которой хранится информация о выводимом процессором на экран монитора изображении.

Минимальной единицей адресации памяти является байт (8 двоичных разрядов – 8 бит). Так как современные ПК имеют достаточно большой объем памяти, ее принято измерять не в байтах, а в более крупных единицах: 1 Кб (1 килобайт = 1024 байта), 1 Мб (1 мегабайт = 1024 килобайта), 1 Гб (1 гигабайт = 1024 мегабайта).

ОЗУ – одно из центральных устройств, поэтому его характеристики очень важны для организации эффективной, производительной работы компьютера. Основной характеристикой ПК, связанной с ОЗУ, является ее объем. Оперативная память является энергозависимой, то есть при отключении электропитания ее содержимое стирается.

Внешние запоминающие устройства

Внешняя память предназначена для долговременного хранения больших массивов информации.

Существуют различные типы внешних запоминающих устройств (ВЗУ), но самой главной общей их характеристикой является емкость (объем информации, которую можно на них разместить). Емкость внешних запоминающих устройств измеряется обычно в мегабайтах или гигабайтах.

ВЗУ реализуются на различных носителях: магнитные носители (ленты и диски), оптические, лазерные и магнитооптические диски. Оба принципа, положенные в основу записи и считывания информации, – магнитный и оптический – обеспечивают сохранение информации после выключения компьютера.

Жесткий магнитный диск (винчестер) встроен вместе с дисководом в корпус системного блока. Жесткие магнитные диски предназначены для постоянного хранения той информации, которая используется в работе компьютера наиболее часто: операционной системы, используемых пользователем приложений, сервисных (обслуживающих) программ, а также данных, используемых в оперативном режиме.

Существуют машины, у которых несколько жестких магнитных дисков размещаются на одной оси и головки считывания/записи дисковода передвигаются сразу по всем поверхностям. Поэтому для накопителей на жестких магнитных дисках появляется еще и понятие цилиндра (это совокупность дорожек, имеющих одинаковый радиус, расположенных на всех рабочих поверхностях дисков). Перед использованием жесткий диск должен быть отформатирован (размечен) с помощью специальных программ. Информационная емкость жестких дисков современных моделей измеряется гигабайтами и террабайтами.

В настоящее время в качестве альтернативы несъемным накопителям на жестких магнитных дисках используются накопители со сменными носителями (сменные накопители винчестерного типа, flash-память.

В качестве носителей информации используют также компакт-диски. Они представляют собой разновидность постоянных запоминающих устройств (CD-ROM, Compact Disk – Read Only Memory), обладают высокой надежностью хранения ин формации и долговечностью. Принцип записи и считывания – оптический. Информация наносится и считывается лазерным лучом. По информационной емкости они занимают промежуточное положение между сменными дисками и винчестерами. Однако скорость чтения данных с компакт-дисков ниже, чем с винчестера.

Для чтения компакт-дисков используют специальные устройства – приводы CD-ROM или CD-дисководы. Обычно информация на компакт-диск записывается однократно в промышленных условиях, а на компьютере ее можно только читать. В настоящее время выпускают также перезаписываемые компактдиски (CD-RW), но для работы с ними нужны специальные устройства.

Компакт-диски широко используются для хранения самой разнообразной информации. Большая часть ПО поставляется именно на компакт-дисках.

Носители DVD (Digital Versatile Disk – цифровой «разносторонний» диск) – диски многоцелевого назначения большой емкости. Они позволяют одновременно записывать оцифрованное изображение высокого разрешения, объемный звук, субтитры на нескольких языках и интерактивные программы. Эти диски можно считать компакт-дисками, основанными на новых технологиях. Устройства DVD-ROM позволяют (при наличии специального декодера) проигрывать DVD-диски и выполнять функции стандартных CD-ROM.

Магнитооптические диски созданы на основе магнитной и оптической технологий. Эти диски обычно используются для архивации важных данных.

Одним из наиболее удобных для использования типов запоминающих устройств является флэш-память (Flash Erase EEPROM – Electronically Erasable Programmable ROM) – энергонезависимая (т.е. не потребляющая энергии при хранении данных) перезаписываемая (т.е. данные можно стереть и записать заново) память. Емкость этих устройств пока – до 256 гигабайт.

Периферийные устройства персонального компьютера

Периферийные устройства персонального компьютера подключаются к системному блоку и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря ним компьютерная система приобретает гибкость и универсальность.

По назначению периферийные устройства делят на:

устройства ввода данных;

устройства вывода данных;

устройства обмена данными.

Устройства ввода/вывода

Программы для выполнения, а также данные, подлежащие обработке, должны быть загружены в оперативную память компьютера. Полученные результаты должны быть выведены в удобной для пользователя форме на экран или на печать. Для решения этих задач предназначены устройства ввода/вывода.

Компьютер принимает данные, программы или команды при помощи устройств ввода. Наиболее часто для ввода информации используются следующие устройства:

Клавиатура (предназначена для ввода в компьютер команд и данных в виде строк символов; при нажатии клавиши или комбинации клавиш, соответствующих некоторому символу, автоматически происходит формирование соответствующего этому символу двоичного кода, который записывается в специальный буфер клавиатуры для последующей обработки программой, выполняющейся процессором).

Мышь (координатный манипулятор, приемы работы с которым зависят от программного обеспечения, использующего мышь).

Сканер – устройство для считывания текстовой или графической информации. Считанная информация представляется как рисунок, но с помощью программного обеспечения в этом рисунке можно распознать прочитанный текст. Сканеры отличаются друг от друга разрешающей способностью, количеством распознаваемых цветов, назначением и режимами работы (настольные и ручные, с автоподачей и без и т.д.).

Микрофоны и средства распознавания речи.

Основное назначение устройств ввода – преобразование вводимой информации в цифровую форму, в двоичный код, который может быть размещен в оперативной памяти в формате, соответствующем типу данных.

Устройства вывода преобразуют данные из внутреннего их представления в оперативной памяти компьютера в какую-либо форму, в которой они могут существовать вне компьютера.

Наиболее распространенными устройствами вывода для ПК являются:

Дисплеи (мониторы), предназначенные для визуализации графической и текстовой информации на экране.

На экране монитора отображается изображение, формируемое процессором в видеобуфере (видеопамяти). Видеопамять размещается на видеокарте. Видеокарта – это контроллер монитора. Видеокарты различаются скоростью работы, определяющейся типом набора микросхем (chipset), на котором они основаны. Одной из самых важных характеристик видеокарты является объем установленной на ней видеопамяти. Чем больше объем видеобуфера, тем большее разрешение экрана и количество цветов доступно для использования (для каждой точки (пикселя, pixel – picture element) нужно хранить цвет, которым она будет отображаться на экране; чем больше цветов можно задать, тем больше места требуется для хранения их кодов).

Принтеры – печатающие устройства, предназначенные для вывода текстовой или графической информации на бумагу или специальную пленку. Принтеры могут быть черно-белыми и цветными. По способу печати различают матричные принтеры (печать осуществляется с помощью тонких металлических стержней (иголок), содержащихся в головке), струйные принтеры (изображение формируется микрокаплями специальных чернил), лазерные принтеры (используется принцип ксерографии, обеспечивается максимальная скорость и качество печати), термопринтеры (принцип работы факса, используются для печати на бумаге больших форматов – до А1).

Динамик и колонки используются для вывода звуковой информации. Для воспроизведения звуковых файлов (MIDI или WAV, например) через колонки необходимо наличие звуковой карты, реализующей синтез звука. Без установки такой карты невозможна работа с мультимедиа.

Проекционные системы позволяют динамично и профессионально провести презентацию и в учебном компьютерном классе, и в конференц-зале. В зависимости от характеристик используемой компьютерной техники набор презентационных средств может включать жидкокристаллические панели, проекторы, экраны, микрофонные системы, демонстрационные доски и т.п.

Устройства обмена данными

Для объединения компьютеров в сеть, организации передачи информации по сети в компьютер устанавливаются специальные устройства – сетевые карты или модемы.

Модемы используются для установления связи по телефонной линии. Главная характеристика модема – скорость передачи. Она зависит как от качества телефонной связи, так и от стандартов передачи данных, поддерживаемых модемами. Все модемы подключаются к последовательным портам компьютера (COM). Модемы могут быть как внешними (подключаются через разъем на корпусе), так и внутренними (устанавливаются в компьютер в виде платы расширения).

Выбор сетевой карты для подключения ПК к локальной сети осуществляется в зависимости от топологии сети и метода доступа.

Порты

Порты – это разъемы на задней стенке системного блока компьютера, которые служат для соединения с компьютером периферийных устройств (монитор, мышка, клавиатура и др.).

Некоторые типы портов:

параллельный;

последовательный;

USB;

PS/2 и др.

Параллельный порт – скоростной порт для быстрого обмена информации (присвоенное обозначение LPT-1, LPT-2, LP – Line Printer). Данные передаются параллельно в двух направлениях. К этому каналу подключаются сканер, монитор, принтер. Параллельные порты используются также для соединения двух компьютеров между собой.

Последовательный порт — «медленный порт». Данные передаются последовательно сериями сначала в одном, потом в другом направлении (присвоенное обозначение COM-1, COM-2). К последовательному каналу подключаются манипуляторы: мышь, джойстики модем.

Порты PS/2 – параллельные порты для мышки и клавиатуры.

В настоящее время в компьютерах активно используется порт USB (Universal Serial Bus). Это порт, который позволяет подключать практически любые периферийные устройства. При этом к каждому устройству, подключенному к USB-порту можно подключать другие USB-устройства (всего может быть подключено до 127 устройств). В настоящее время производители периферийных устройств выпускают их в двух вариантах: с обычными для этих устройств портами и USB. Существуют и мышки и клавиатуры для USB-порта.

Важной особенностью USB-портов является то, что они поддерживают технологию Piug-and-Play (включи и работай), т.е. при подключении устройства не требуется установка драйвера (технология самонастраивающихся устройств). Кроме того, USB-порты поддерживают возможность «горячего подключения», т.е. подключения при работающем компьютере.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Понятие программы

Программа – это последовательность инструкций (команд), описывающая алгоритм решения с помощью компьютера соответствующей задачи, для реализации которой эта программа была разработана.

Для разработки программ используются специальные языки.

Программа может содержать инструкции, написанные на языках программирования высокого уровня (ЯВУ), которые позволяют записать алгоритмы в удобной для понимания человеком форме, приближенной к естественным языкам (исходный код), или последовательность машинных команд (инструкций, «понятных» компьютеру, на котором данная программа должна выполняться).

Готовыми к выполнению являются только программы, содержащие инструкции в двоичном машинном коде, – программы на языке конкретного компьютера (компьютера с процессором определенной модели или семейства), только такие программы можно загрузить в память компьютера для выполнения. Таким образом, программы в машинном коде не являются «переносимыми», их можно выполнять только на компьютерах с общей архитектурой, системой команд, поддерживаемой этими компьютерами, т.е. одинаковым машинным языком.

В таблице приведен пример исходного кода на языке программирования высокого уровня (Visual Basic), на машинно-ориентированном языке (ассемблере) и машинный код процессоров Intel, который мог бы соответствовать этим операторам ЯВУ и машинно-ориентированного языка.

АО и по лекции

В приведенном фрагменте программы в зависимости от значения A вычисляется значение B. Для удобства машинный код представлен не в двоичном, а в шестнадцатеричном виде, что сокращает запись. В левом столбце машинного кода показаны относительные (эффективные) адреса, по которым в памяти при загрузке программы на выполнение размещаются данные и команды программы. Далее в каждой строчке следует код команды, занимающий обычно один байт, и операнды команды.

Машинно-ориентированный язык (Assembler) наиболее близок к языку, который «понимает» компьютер. В нем каждая команда, расположенная в отдельной строке, соответствует одной машинной команде. В столбике таблицы, в котором показан шестнадцатеричный машинный код, первое число представляет собой адрес в памяти компьютера, по которому будет при выполнении программы записана команда или данные, машинный код которых следует за этим числом в строке.

Исходный код программы на языке программирования создает программист, используя при этом имеющиеся в его распоряжении редакторы текстов (специальные программы, которые используются для ввода и модификации текстовой информации). Для перевода программы, написанной на языке программирования, в форму, готовую к выполнению (в машинный код), используются специальные системные программы (трансляторы, компоновщики), которые помогают программисту разработать программу. Разработчики применяют различные инструментальные средства, входящие в состав систем программирования, снижающие трудоемкость разработки программ. Современные системы программирования включают в свой состав текстовые редакторы, средства визуального программирования, трансляторы с определенных языков программирования, компоновщики, позволяющие «собрать» программы из отдельно разработанных модулей, и средства отладки программ, позволяющие выявлять и исправлять ошибки в процессе разработки программы.

Все программы хранятся в файлах на дисках компьютера. Тип файла определяет способ записи программы в нем. При загрузке программы в память на выполнение она считывается из файла и записывается в выделенную ей для выполнения оперативную память с помощью специальной программы загрузки, так как процессор может прочитать и выполнить только команды, находящиеся в оперативной памяти компьютера.

Таким образом, кроме программ, решающих задачи пользователя, существуют и программы, выполняющие вспомогательные, обслуживающие функции, позволяющие повысить эффективность и снизить трудоемкость работы.

Классификация программного обеспечения



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | Вперед → | Последняя | Весь текст