Память компьютера – последовательность физических устройств, куда можно записывать или считывать набор битов, каждый из которых хранится в нужном разряде.
Команды, как и числа, размещаются (в битовом изображении) в специальных электронных устройствах – так называемых регистрах.
Регистр – электронное устройство, как и ячейка памяти, запоминающее и хранящее (временно) последовательность битов определенной длины. Регистры реализуются более дорогими и чувствительными физическими устройствами и поэтому, по сравнению с основной памятью компьютера, регистровая память или так называемая кэш-память – невелика.
Пример. Для компьютера с памятью 512 мегабайт основной памяти может быть характерна регистровая память в 64 килобайта.
Каждой команде ставится в соответствие операция, производится расшифровка кода этой операции, затем извлекаются операнды или числа, над которыми необходимо выполнить операцию. Далее выполняется операция с этими операндами, и результат операции помещается в соответствующую ячейку памяти.
Кроме оперативной памяти, компьютер имеет внешнюю память (ВЗУ) с большой емкостью, но с большим временем записи или считывания информации. Внешняя память реализуется с помощью внешних носителей информации: магнитных или оптических дисков.
Джон фон Нейман предложил ряд принципов, которые легли в основу фон Неймановской или классической архитектуры компьютера:
- память состоит из однородных ячеек памяти с адресами;
- программа состоит из последовательных команд;
- хранение программы и обрабатываемых ею данных – одинаковое, в битовом виде;
- команды выполняются последовательно, данные извлекаются в соответствии с командами;
- процессор – один и имеет централизованное управление и доступ к памяти.
Структура ЭВМ фон Неймановской архитектуры приведена на рис. 10.2.
Рис. 10.2. Структура ЭВМ фон Неймановской архитектуры
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет арифметические, логические операции.
Пример. Команды АЛУ – просты: "сравнить два числа", "переслать число", "взять дизъюнкцию" и др.
Устройство управления (УУ) организует работу ЭВМ, в частности это устройство извлекает очередную команду из памяти, расшифровывает команду, выбирает из памяти операнды к расшифрованной команде и передает их АЛУ для выполнения расшифрованной операции, а после выполнения пересылает результат для хранения в память. При этом УУ реагирует на нормальный или аварийный ход выполнения операции.
Совокупность АЛУ и УУ, информационно-управляющих линий называется процессором компьютера (его структура приведена на рис. 10.3; жирная линия – информационное взаимодействие, другая – управляющее).
Рис. 10.3. Структура процессора
Обмен информацией с компьютером осуществляется устройствами ввода и устройствами вывода.
Пример. Устройствами ввода являются, например, клавиатура, мышь. Устройствами вывода — дисплей, принтер, плоттер.
Распространенный тип компьютера – персональный компьютер. Персональный компьютер отвечает требованиям малой стоимости, малых размеров, малого энергопотребления, высокой надежности, высокого уровня интеграции компонентов, адаптируемости к разнообразным применениям и др.
Ядро персонального компьютера – системная (материнская плата), на которой размещаются: микропроцессор, микропроцессорная память, интерфейсная система микропроцессора для сопряжения и связи с другими устройствами, генератор тактовых импульсов, контроллеры устройств (схем), интегрированных в материнскую плату, микросхемы ОЗУ и ПЗУ и др.
Другими важными устройствами персонального компьютера являются:
- дисковод гибких магнитных дисков; дисковод жестких магнитных дисков;
- CD-ROM (устройство только для чтения компакт-дисков) или CD-RW (чтение и перезапись);
- монитор (дисплей);
- видеокарта (видеоадаптер) для обеспечения связи системного блока и монитора;
- клавиатура;
- принтер;
- сканер;
- плоттер (графопостроитель);
- дигитайзер (кодирующий планшет);
- манипулятор-мышь или манимулятор-трекбол;
- звуковая карта (адаптер);
- звуковые колонки;
- модем и другие устройства.
Классификацию компьютеров проводят по быстродействию, технологии использования и др. Дадим обобщенную и поэтому нечеткую и перекрывающуюся классификацию.
- Суперкомпьютеры – наиболее мощные компьютеры в мире, используемые для решения очень сложных и очень больших задач (исследования космоса, ядерной физики, геологии и др.).
- Компьютеры универсального назначения, используемые для решения сложных и больших задач.
- Персональные компьютеры, используемые в индивидуальном порядке для решения как несложных и небольших, так и сложных, больших задач.
Пример. Супервычислительный центр может быть создан для решения государственных проблем, например обороны, изучения космоса, прогноза погоды, макроэкономического прогнозирования и др. В этом центре могут использоваться как персональные компьютеры на рабочих местах сотрудников, так и компьютеры общего, универсального назначения для решения менее сложных, например вспомогательных проблем.
При работе на компьютере необходимо следовать определенным и простым санитарно-гигиеническим правилам, так как компьютер имеет вредно влияющие на здоровье человека факторы: излучения (инфракрасное, рентгеновское, электромагнитное); вибрация и шум; электростатические поля; ультразвук строчной частоты монитора и др.
Необходимо соблюдать простые санитарно-гигиенические и эргономические правила работы на компьютере, в компьютерном зале:
- работа с компьютером не более 4-х часов подряд с 10-минутными перерывами после каждого часа интенсивной работы или после 2-х часов менее интенсивной работы;
- расстояние от глаз до поверхности экрана – не менее 0,6 м;
- перемещаемость клавиатуры относительно экрана в пределах 0,5-1,0 м;
- преимущественно желтый, зеленый, серый или светло-голубой фон дисплея;
- температура воздуха в помещении – 15-25 градусов по Цельсию;
- относительная влажность помещения – 45-75%;
- наличие свободной площади рабочего стола не менее 0,3x1,0 м;
- размер экрана по диагонали – не меньше 17 дюймов;
- разрешение экрана – не менее 800x600;
- частота обновления кадра – не менее 70 Гц;
- размер зерна экрана (расстояние между точками на экране) – не более 0,26;
- частота кадров (мерцание экрана) – не менее 75 Гц;
Минимальный объем знаний, который необходим для решения профессиональных задач и приобщения к знаниям, накопленным с помощью компьютера и различных информационных систем и сетей, а также для решения различных бытовых задач с помощью компьютера, называют компьютеpной гpамотностью.
