Лекция № 2
Технические средства реализации информационных процессов
Технические средства. Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных, называется вычислительной техникой.
Конкретный набор, взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка, называется вычислительной системой.
Центральным устройством большинства вычислительных систем является компьютер.
Компьютер — это электронный прибор, предназначенный для автоматизации создания, обработки, хранения и транспортировки данных. Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Архитектура ЭВМ — общее описание структуры и функций ЭВМ, ее ресурсов.
Понятие архитектуры и структуры ПК.
Архитектура компьютера обычно определяется совокупностью её свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям компьютера.
Функциональные возможности разделяют на основные (обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами) и дополнительные (повышают эффективность основных).
Структура компьютера — это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.
Компьютер – это электронный прибор, предназначенный для автоматизации создания, обработки, хранения и транспортировки данных.
Компьютер это универсальная техническая система. Его конфигурацию можно изменять по мере необходимости. Тем не менее существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В настоящее время в базовой конфигурации рассматриваются 4 устройства.
· системный блок
· монитор
· клавиатура
· мышь.
Рассмотрим состав и назначение базовых блоков ПК.
Системный блок представляет собой системный узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока называют внутренними, а подключаемые к нему снаружи – внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.
По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса (горизонтально и вертикальное исполнение). Кроме формы имеется также параметр, называемый форм-фактором. От него зависят требования к размещаемым устройствам. В настоящее время в основном используются корпуса АТ и АТХ форм-факторов. Форм-фактор корпуса обязательно должен быть согласован с форм-фактором главной (системной) платы компьютера. Корпуса поставляются вместе с блоком питания. Для массовых моделей достаточной мощностью является – 200, 250 Вт.
Внутренне устройство системного блока
Материнская плата – основная плата ПК. На ней размещаются:
· микропроцессор (МП) – основная микросхема, выполняющая большинство арифметических и логических операций.
· микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы.
· шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;
· оперативная память (оперативное запоминающее устройство ОЗУ) – набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен;
· ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – микросхема, предназначенная для длительного хранения данных;
· разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).
Жесткий диск – основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. На самом деле это не один диск, а группа дисков, имеющих магнитное поле и вращающихся с высокой скоростью. Таким образом, этот диск имеет не две поверхности, а 2 п поверхностей, где п - число отдельных дисков в группе.
Над каждой поверхностью располагается головка для чтения записей. При высоких скоростях вращения дисков (90 об/с) в зазоре между головкой и подушкой образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте в несколько тысячных долей миллиметра.
Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство – контроллер жесткого диска, который входит в микропроцессорный комплект (чипсет).
К основным параметрам жесткого диска относятся емкость и производительность. Емкость зависит от технологии их изготовления. В настоящее время большинство производителей жестких дисков используют изобретенную компанией IBM технологию с использованием гигантского магниторезистивного эффекта. Теоретическая емкость одной такой пластины может составлять до 20 Гбайт. Производительность жестких дисков в первую очередь зависит от характеристик интерфейса, с помощью которых он связан с материнской платой. Таким образом разброс значений может быть от нескольких Мбайт/с до 16 Мбайт/с для интерфейсов типа EIDE, и от 50 Мбайт/с для наиболее современных интерфейсов типа IEEE 1394.
МОНИТОР – устройство визуального представления данных. Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его основными потребительскими параметрами являются: размер экрана макс. чистота регенерации изображения, класс защиты.
Размер монитора измеряется по диагонали. Единица измерения – дюймы. В настоящее время наиболее универсальными являются мониторы размером 15² и 17², для работы с графикой более подходят мониторы!9 – 21 дюйм.
Частота регенерации (обновления) изображения показывает, сколько раз в течение секунды монитор может сменить изображение. Частоту регенерации изображения измеряют в герцах (Гц). Чем она выше тем четче и устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз. Комфортным считают значение в 100 Гц, нормальным – 85 Гц.
Класс защиты монитора определяется стандартом, которому соответствует монитор с точки зрения техники безопасности. В настоящее время общепринятыми считаются стандарты: MPR-II, TCO-92 - ограничил уровень электромагнитного излучения пределами, безопасными для человека, TCO-95 - введены эргономические и экологические нормы, TCO-99 - устанавливает самые жесткие нормы по параметрам, определяющим качество изображения.
КЛАВИАТУРА – клавишное устройство управления персональным компьютером. Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, функционально распределенных по нескольким группам. Группа алфавитно-цифровых клавиш предназначена для ввода знаковой информации и команд, набираемых по буквам. Каждая клавиша может работать в нескольких режимах (регистрах) и может быть использована для ввода нескольких символов. Переключение между регистром (для ввода строчных символов) и верхним регистром (для ввода прописных символов) осуществляется удержанием клавиши SHIFT. При необходимости жестко зафиксировать режим используют клавишу СAPS LOCK.
Для разных языков существуют различные схемы закрепления символов национального алфавита за конкретными клавишами. Переключения между различными раскладками выполняются программным образом – это одна из функций операционной системы. В системе Windows 98 могут использоваться следующие комбинации клавиш: Alt+Shift или Ctrl+Shift.
Группа функциональных клавиш (от F1 до F12) размещена в верхней части клавиатуры. Функции этих клавиш зависят от свойств конкретной работающей в данный момент программы. Общепринятым считается то, что нажатие клавиши F1 вызывает файл справки.
Служебные клавиши располагаются рядом с клавишами алфавитно-цифровой группы. В связи с тем, что ими приходится пользоваться особенно часто, они имеют увеличенный размер. К ним относятся рассмотренные выше клавиши SHIFT и ENTER, регистровые клавиши ALT и CTRL (их используют в комбинации с другими клавишами для формирования команд), клавиша TAB (для ввода позиций табуляции при наборе текста), клавиша ESC (от английского слова Escape) для отказа от исполнения последней введенной команды и клавиша BACKSPACE для удаления только что введенных знаков (она находится над клавишей ENTER и часто маркируется стрелкой, направленной влево).
Служебные клавиши PRINT SCREEN, SCROLL LOCK и PAUSE/BREAK размещаются справа от группы функциональных клавиш и выполняют специфические функции, зависящие от действующей операционной системы. Общепринятыми являются следующие действия:
PRINT SCREEN — печать текущего состояния экрана на принтере (для MS-DOS) или сохранение его в специальной oбласти оперативной памяти, называемой буфером обмена (для Windows).
SCROLL LOCK — переключение режима работы в некоторых (как правило, устаревших) программах.
PAUSE/BREAK — приостановка/прерывание текущего процесса.
Две группы клавиш управления курсором расположены справа от алфавитно-цифровой панели. Курсором называется экранный элемент, указывающий место ввода знаковой информации. Курсор используется при работе с программами, выполняющими ввод данных и команд с клавиатуры. Клавиши управления курсором позволяют управлять позицией ввода.
Четыре клавиши со стрелками выполняют смещение курсора в направлении, указанном стрелкой. Действие прочих клавиш описано ниже.
PAGE UP/PAGE DOWN - перевод курсора на одну страницу вверх или вниз. Понятие «страница» обычно относится к фрагменту документа, видимому на экране. В графических операционных системах (например Windows) этими клавишами выполняют «прокрутку» содержимого в текущем окне. Клавиши HOME и END переводят курсор в начало или конец текущей строки, соответственно.
Традиционное назначение клавиши INSERT состоит в переключении режима ввода данных (переключение между режимами вставки и замены). Если текстовый курсор находится внутри существующего текста, то в режиме вставки происходит знаков без замены существующих символов (текст как бы раздвигается). В режиме замены новые знаки заменяют текст, имевшийся ранее в позиции ввода.
Клавиша DELETE предназначена для удаления знаков, находящихся справа от текущего положения курсора. При этом положение позиции ввода остается неизменным.
Группа клавиш дополнительной панели дублирует действие цифровых и некоторых знаковых клавиш основной панели. Во многих случаях для использования этой группы клавиш следует предварительно включать клавишу-переключатель NUM LOCK (о состоянии переключателей NUM LOCK, CAPS LOCK и SCROLL LOCK можно судить по светодиодным индикаторам, обычно расположенным в правом верхнем углу клавиатуры).
Мышь — устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой плоскую коробочку с двумя-тремя кнопками. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора.
Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов — битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом.
Байты могут объединяться в ячейки, которые называются также словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова — два, четыре или восемь байтов. Это не исключает использования ячеек памяти другой длины (например, полуслово, двойное слово).
В одном машинном слове может быть представлено либо одно целое число, либо одна команда. Допускаются переменные форматы представления информации.
Широко используются и более крупные производные единицы объема памяти: Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, а также, в последнее время, Терабайт и Петабайт.
Современные компьютеры имеют много разнообразных запоминающих устройств, которые сильно отличаются между собой по назначению, временным характеристикам, объёму хранимой информации и стоимости хранения одинакового объёма информации.
Различают два основных вида памяти — внутреннюю и внешнюю.
Внутренняя память. В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и специальная память.
Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.
Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой — это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.
Кэш –память (англ. cache — тайник), или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.
Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как "попадания", так и "промахи". В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.
Специальная память. К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.
Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом «зашивается» в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.
Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) — энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого с дискеты.
Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств.
Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:
В состав внешней памяти компьютера входят:
- накопители на жёстких магнитных дисках;
- накопители на гибких магнитных дисках;
- накопители на компакт-дисках;
- накопители на магнито-оптических компакт-дисках;
- накопители на магнитной ленте (стримеры);
- мобильные носители (USB Flash Drive, Flash-карты, мобильные жесткие диски) и др.
Накопители на компакт-дисках. CD-ROM состоит из прозрачной полимерной основы диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм. Одна сторона покрыта тонким алюминиевым слоем, защищенным от повреждений слоем лака. Двоичная информация представляется последовательным чередованием углублений (pits - ямки) и основного слоя (land - земля).
На одном дюйме (2,54 см) по радиусу диска размещается 16 тысяч дорожек с информацией. Для сравнения - на дюйме по радиусу дискеты всего лишь 96 дорожек. Ёмкость CD до 780 Мбайт. Информация заносится на диск на заводе и не может быть изменена.
Достоинства CD-ROM:
- при малых физических размерах CD-ROM обладают высокой информационной ёмкостью, что позволяет использовать их в справочных системах и в учебных комплексах с богатым иллюстративным материалом; один CD, имея размеры примерно дискеты, по информационному объёму равен почти 500 таким дискетам;
- считывание информации с CD происходит с высокой скоростью, сравнимой со скоростью работы винчестера;
- CD просты и удобны в работе, практически не изнашиваются;
- CD не могут быть поражены вирусами;
- на CD-ROM невозможно случайно стереть информацию;
- стоимость хранения данных (в расчете на 1 Мбайт) низкая.
В отличие от магнитных дисков, компакт-диски имеют не множество кольцевых дорожек, а одну - спиральную, как у грампластинок. В связи с этим, угловая скорость вращения диска не постоянна. Она линейно уменьшается в процессе продвижения читающей магнитной головки к центру диска. Для работы с CD ROM нужно подключить к компьютеру накопитель CD-ROM (CD-ROM Drive). Накопители CD-ROM называют приводами CD-ROM.
