Технические средства информатизации. В последнее время компьютеры и их возможности позволяют нам создавать более комфортные условия жизни - умный дом

Введение

 

В последнее время компьютеры и их возможности позволяют нам создавать более комфортные условия жизни - умный дом, к примеру, а также упрощать производственные процессы, сокращать трудозатраты и многое другое. Можно смело сказать, что наличие компьютеров в нашей жизни - это уже преимущество.

Любая целенаправленная деятельность человека в той или иной мере связана с процедурами обработки информации, которые могут быть как автоматизированными, так и нет…

Можно смело сказать, что наличие компьютеров в нашей жизни это большое преимущество.

Появление электронно-вычислительных машин положило начало кибернетическому направлению применения технических средств для повышения эффективности труда. Автоматизация явилась закономерным, но не простым продолжением механизации. Если механизация охватывает процессы получения, передачи, преобразования и использования энергии, то авто-матизация - процессы получения, передачи, преобразования и использования информации. Орудия труда выступают продолжением человеческой руки, а электронно-вычислительные машины продолжением человеческого мозга.

Практика профессионального модуля «Выполнение работ по одной или нескольким профессиям рабочих, должностям служащих (16199 «Оператор электронно-вычислительных и вычислительных машин»)» направлена на закрепление, расширение, углубление и систематизацию знаний, полученных при изучении информатики на первом курсе, приобретения первоначального практического опыта в ходе учебной практики на основе базы Нефтекамского машиностроительного колледжа, выполнение практических работ, направленных на подготовку к освоению будущей профессии, знакомства с аппаратным и программным обеспечением для профессиональной деятельно-сти.

По завершению учебной практики должны быть приобретены навыки работы с пакетом прикладных программ Microsoft Office Word, Microsoft Office Excel, Microsoft Office Publisher и Point, понимать значимость информатизации общества и автоматизации вычислительных машин, знать должностные инстру-кции оператора электронно-вычислительных и вычислительных машин.

Аппаратное и программное обеспечение

Технические средства информатизации

 

Технические средства информатизации – аппаратный базис информа-ционных технологий.

В процессе своего развития человеческое общество прошло этапы про-никновения в тайны материи, научилось управлять различными видами энергии и, наконец, вступило в эпоху информатизации. До середины XIX в., когда доминирующими были процессы сбора и накопления информации, средства информатизации представляли собой перо, чернильницу и бумагу. На смену примитивным средствам информационной техники в конце XIX в. пришли механические: пишущая машинка, телефон, телеграф, что послужило базой для принципиальных изменений в технологии обработки информации. Лишь спустя много лет информационные процессы запоминания и передачи информации были дополнены процессами ее обработки. Это стало возможным с появлением во второй половине XX в. такой информационной техники, как электронные вычислительные машины (ЭВМ), положившие начало информационным технологиям.

Информационные технологии базируются на следующих технических достижениях:

- новые средства накопления информации на машиночитаемых носителях (магнитные ленты, кинофильмы, магнитные и лазерные диски и т.п.);

- системы дистанционной передачи информации (локальные вычислительные сети, сети передачи данных, телефонная сеть, радиосвязь, спутниковая связь и др.);

- автоматизированная обработка информации с помощью компью-тера по заданным алгоритмам.

Естественно, что информационные технологии строятся на сочетании аппаратных средств, программных средств и творческой мысли создателей как этих средств, так и компьютерных технологий.

Специалисты называют аппаратные средства компьютерной техники Hardware (скобяные товары или жесткая проволока), а программное обеспе-чение — Software (мягкая проволока). Сочетание «Hardware&Software», переводимое как «твердый и мягкий», — профессиональный термин. В России программы на профессиональном сленге иногда называют новым словом «софтвер», а компьютер и периферию — «железом». Приоритетность роли программных или аппаратных средств в информационных технологиях не подлежит обсуждению, поскольку без программного обеспечения любой самый совершенный компьютер представляет собой набор электронных плат.

Технические средства информатизации представляют собой совокупность компьютерной техники и ее периферийных устройств — Hardware, обеспечивающих сбор, хранение и переработку информации, и коммуникационной техники (телефон, телеграф, радио, телевидение, спу-тниковая связь, сети ЭВМ), осуществляющей дистанционную передачу информации.

Создание электронно-вычислительных машин в середине XXв. является одним из самых выдающихся достижений в истории человечества. Постоянное развитие индустрии компьютерной техники и других технических средств информатизации за короткий срок превратилось в один из определяющих факторов научно-технического прогресса. Многие крупные научно-технические проекты современности в области космических исследований, атомной энергетики, экологии не могли бы претворяться в жизнь без при-менения технических средств информатизации. На протяжении последних десятилетий информационные технологии, базирующиеся на современных технических средствах информатизации, все активней вторгаются в различные сферы человеческой деятельности. Несомненна тесная взаимосвязь совершенствования программного обеспечения, технических средств информатизации и наукоемких технологий, на базе которых они производятся. Разработка нового программного обеспечения требует создания все более совершенных технических средств, что, в свою очередь, стимулирует раз-работку новых высокопроизводительных и экономичных технологических процессов для производства технических средств информатизации.

Технические средства информатизации

 

Рис 1.

 

Программное обеспечение

 

Программное обеспечение (допустимо также произношение обеспече-ние) (ПО) — все или часть программ, процедур, правил и соответствующей документации системы обработки информации

Программное обеспечение является одним из видов обеспечения вычислительной системы, наряду с техническим (аппаратным), математи-ческим, информационным, лингвистическим, организационным и методиче-ским обеспечением.

Академические области, изучающие программное обеспечение, — это информатика, программирование, программная инженерия.

В компьютерном сленге часто используется слово софт от английского слова software, которое в этом смысле впервые применил в статье в American Mathematical Monthly математик из Принстонского университета Джон Тьюки (англ. John W. Tukey) в 1958 году

Рис 2.

 

 

Аппаратное обеспечение

 

Аппаратное обеспечение (допустимо также произношение обеспечение), аппаратные средства, компьютерные комплектующие, жарг. железо (англ. Har-dware) — электронные и механические части вычислительного устройства, входящих в состав системы или сети, исключая программное обеспечение и данные (информацию, которую вычислительная система хранит и обраба-тывает). Аппаратное обеспечение включает: компьютеры и логические устро-йства, внешние устройства и диагностическую аппаратуру, энергетическое обо-рудование, батареи и аккумуляторы.

 

Рис3.

 

Операционные системы

 

Операционная система, сокр. ОС (англ. operating system, OS) — комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой стороны — предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычисли-тельными процессами и организации надёжных вычислений. Это определение применимо к большинству современных операционных систем общего назначения.

Основные функции:

― Исполнение запросов программ (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).

― Загрузка программ в оперативную память и их выполнение.

― Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).

― Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).

― Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе.

― Обеспечение пользовательского интерфейса.

― Сохранение информации об ошибках системы.

Дополнительные функции:

― Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).

― Эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами.

― Разграничение доступа различных процессов к ресурсам.

― Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа к ресурсам.

― Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.

― Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.

― Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа (аутентификация, авторизация).

Схема, иллюстрирующая место операционной системы в многоуровневой структуре компьютера

 

Рис 4.

 

В логической структуре типичной вычислительной системы операцио-нная система занимает положение между устройствами с их микроархитекту-рой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропро-граммами — с одной стороны — и прикладными программами с другой.

Загрузчик операционной системы — системное программное обеспе-чение, обеспечивающее загрузку операционной системы непосредственно после включения компьютера.

Загрузчик операционной системы:

обеспечивает необходимые средства для диалога с пользователем компьютера (например, загрузчик позволяет выбрать операционную систему для загрузки);

приводит аппаратуру компьютера в состояние, необходимое для старта ядра операционной системы (например, на не-x86 архитектурах перед запуском ядра загрузчик должен правильно настроить виртуальную память);

загружает ядро операционной системы в ОЗУ. Загрузка ядра опера-ционной системы не обязательно происходит с жесткого диска. Загрузчик может получать ядро по сети. Ядро может храниться в ПЗУ или загружаться через последовательные интерфейсы (это может пригодиться на ранней стадии отладки создаваемой компьютерной системы);

формирует параметры, передаваемые ядру операционной системы (например, ядру Linux передаются параметры, указывающие способ подклю-чения корневой файловой системы);

передаёт управление ядру операционной системы.

На компьютерах архитектуры IBM PC запуск загрузчика осуществляется программным обеспечением BIOS, записанной в ПЗУ компьютера, после успешного окончания процедуры POST.

Ядро — центральная часть операционной системы (ОС), обеспечиваю-щая приложениям координированный доступ к ресурсам компьютера, таким как процессорное время, память, внешнее аппаратное обеспечение, внешнее устройство ввода и вывода информации. Также обычно ядро предоставляет сервисы файловой системы и сетевых протоколов.

Как основополагающий элемент ОС, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмов меж процессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС.

Описанная задача может различаться в зависимости от типа архи-тектуры ядра и способа её реализации (монолитное, модульное, микроядро, экзоядро, наноядро, гибридное).

Оболочка операционной системы (от англ. shell — оболочка) — интер-претатор команд операционной системы, обеспечивающий интерфейс для взаимодействия пользователя с функциями системы.

В общем случае, различают оболочки с двумя типами интерфейса для взаимодействия с пользователем: текстовый пользовательский интерфейс (TUI) и графический пользовательский интерфейс (GUI).

Графические оболочки для Windows

Последние версии операционной системы Windows используют в качестве своей оболочки интегрированную среду Проводника Windows. Проводник Windows представляет собой визуальную среду управления включающую в себя Рабочий стол, Меню Пуск, Панель задач, а также функции управления файлами. Ранние версии Windows 3.xx в качестве графической оболочки включают менеджер программ.

Драйвер (англ. driver, мн. ч. драйверы) — компьютерная программа, с помощью которой другие программы (обычно операционная система) получают доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства. Обычно с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Однако для некоторых устройств (таких, как видеокарта или принтер) могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства.

В общем случае драйвер не обязан взаимодействовать с аппаратными устройствами, он может их только имитировать (например, драйвер принтера, который записывает вывод из программ в файл), предоставлять программные сервисы, не связанные с управлением устройствами

Операционные системы нужны, если:

― вычислительная система используется для различных задач, причём программы, решающие эти задачи, нуждаются в сохранении данных и обмене ими. Из этого следует необходимость универсального механизма сохранения данных; в подавляющем большинстве случаев операционная система отвечает на неё реализацией файловой системы. Современные системы, кроме того, предоставляют возможность непосредственно «связать» вывод одной программы со вводом другой, минуя относительно медленные дисковые операции;

― различные программы нуждаются в выполнении одних и тех же рутинных действий. Например, простой ввод символа с клавиатуры и отображение его на экране может потребовать исполнения сотен машинных команд, а дисковая операция — тысяч. Чтобы не программировать их каждый раз заново, операционные системы предоставляют системные библиотеки часто используемых подпрограмм (функций);

― между программами и пользователями системы необходимо распределять полномочия, чтобы пользователи могли защищать свои данные от несанкционированного доступа, а возможная ошибка в программе не вызывала тотальных неприятностей;

― необходима возможность имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере (даже содержащем лишь один процессор), осуществляемой с помощью приёма, известного как «разделение времени». При этом специальный компонент, называемый планировщиком, делит процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочерёдно различным исполняющимся программам (процессам);

― оператор должен иметь возможность так или иначе управлять процессами выполнения отдельных программ. Для этого служат операционные среды — оболочка и наборы утилит — они могут являться частью операционной системы.

 

3 Организация системы Ввода/Вывода

 

Передача информации с периферийного устройства в ядро ЭВМ называется операцией "ввода", а передача из ядра в периферийное устройство операцией "вывода". Связь устройств друг с другом осуществляется с помощью средств сопряжения – аппаратных интерфейсов.

Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов (протоколов), предназначенных для осуществления обмена информации между устройствами.

От характеристик интерфейсов зависит производительность и надежность компьютерных систем. В системах Ввода/Вывода ЭВМ исполняются 2 основных способа организации передачи данных между памятью и периферийными устройствами:

1 PIO (программно-управляемая передача данных) осуществляется при непосредственном участии и под управлением CPU, которое при этом выполняет специальную программу процедуры Ввода/Вывода. Данные между памятью и периферийным устройством пересылаются через CPU.

2. DMA (прямой доступ памяти Direct Memory Access) – способ обмена данными, обеспечивающий независимую от процессора передачу данных между памятью и периферийными устройствами.

Режим DMA обеспечивает более высокую скорость обмена данными за счет того, что управление обменом производится не программными, а аппаратными средствами. Можно выделить 2 характерных принципа постро-ения Ввода/Вывода: это ЭВМ с одним общим интерфейсом и ЭВМ с множеством интерфейсов и процессорами Ввода/Вывода.

Классы интерфейсов по функциональному назначению:

- системные интерфейсы (PCI, IDE);

- интерфейсы периферийного оборудования (LPT, USB):

а) общие;

б) специализированные.

- программно-управляемых модульных систем и приборов;

- интерфейсы сетей передачи данных.

Внутренние интерфейсы чаще носят название шина. Внешние интерфейсы часто называют портами. Шины могут соединять 2 и более устро-йств, а порты только 2 устройства.

Интерфейсы ЦПУ конструктивно выполняются в виде двух модифи-каций:

- слотовый (щелевой) разъем;

- socket.

Таким образом, любой компонент, вставленный в разъем может вза-имодействовать с каждым подключенным к шине компонентом ПК. Шина представляет собой набор проводников, соединяющий различные компоненты компьютера для подвода к ним питания и обмена данными.

В типовой конфигурации шина включает в себя:

- шина данных;

- шина адреса;

- шина управления (шина инструкции);

- шина питания.

Обычно системы включают два типа шин:

1. системная шина соединяет CPU c RAM и L2;

2. множество шин Ввода/Вывода, соединяющих CPU с различными перифе-рийными устройствами. При этом, периферийные устройства соединяются с системной шиной с помощью мостов.

Системная шина физически делится на:

1. первичная шина (FSB);

2. вторичная шина (BSB).

Использование двойной независимой шины повышает производи-тельность за счет независимой шины процессора параллельно обращаться к различным уровням памяти. Устройство, подключенное в шине, делится на две категории:

1. Bus masters – активные устройства, способные управлять работой шины;

2. Bus Slaves – устройства, способные только отвечать на запросы.