Какие технические средства обработки информации. Технические средства обработки данных

Основные характеристики модулей ПК

Персональные компьютеры обычно состоят из следующих основных модулей:

1. системный блок
1. Блок питания
2. Материнская плата
3. Процессор
4. Память
2. устройства вывода информации (монитор)
3. устройства ввода информации (клавиатура, мышка)
4. средства хранения информации

Рассмотрим эти модули более подробно

Системный блок (корпус).

Корпус ПК защищает внутренние элементы ПК от внешнего воздействия.

Корпус включает в себя: Блок питания, кабели для подключения материнской платы, дополнительные вентиляторы.

Число отсеков имеет значение для расширяемости системы.

Типы корпусов.

Название	Габариты, высота / ширина / длинна (см)	Мощность б.п., Вт	Количество отсеков	Дополнительные характеристики
5,25	3,5
Slimline	7*35*45		1-2	1-2	Ограничены возможности расширения и модернизации
Desktop	20*45*45	200-250	2-3	1-2	Занимает много места
Mini Tower	45*20*45	200-250
Midi Tower	50*20*45	200-250			Наиболее распространен
Big Tower	63*20*45	250-350
File Server	73*35*55	350-400			Самый дорогой

Блок питания.

Блок питания вырабатывает различные напряжения для внутренних устройств и материнской платы. Срок работы блока питания составляет 4-7 лет, а продлить его можно более редким включением и выключением ПК.

Существует три форм-фактора (типа) блоков питания и соответственно материнских плат.

• AT – подключается в два разъема на материнской плате. Использовались в ПК старых типов. Включение и выключение питания в них производиться обычным сетевым выключателем, находящимся под напряжением сети.
• ATX – 1 разъем. Включаются по команде с мат. платы. БП АТХ работают по следующей схеме: при t 0 до 35 0 С вентилятор вращается с минимальной скоростью и его практически не слышно. Когда t 0 достигает 50 0 С, обороты вентилятора увеличиваются до максимальной величины и не снижаются до уменьшения температуры.

Материнские платы стандарта ATX, как правило, не совместимы с блоками питания стандарта AT.необходимо чтобы корпус и м. плата были одного типа.

• BTX – имеет 2 обязательных компонента:
• Модуль теплового баланса, направляющий свежий воздух непосредственно на процессорный радиатор.
• Поддерживающий модуль, на который устанавливается материнская плата. Поддерживающий модуль создан для компенсации ударов и толчков системы, уменьшения перегибов материнской платы. Благодаря ему удалось повысить максимально-допустимую массу процессорного радиатора с 450 до 900 граммов. К тому же существенно изменена конфигурация материнской платы и системного блока. Теперь самые горячие компоненты ПК располагаются на пути следования потоков воздуха, повышая КПД корпусных кулеров.

«-» несовместимость с ATX, несмотря на механическую и электрическую совместимость блоков питания (400 Вт, 120 мм вентилятор).

Чем грозит ПК недостаточная мощность БП.

В случае чрезмерной перегрузки БП сработает схема защиты, и БП просто не запуститься. В худшем случае, последствия могут быть самыми разными, например, весьма печальными для жестких дисков. Понижение напряжения питания HDD расценивается как сигнал к отключению и HDD начинает парковать считывающие головки. Когда уровень напряжения восстанавливается, диск снова включается и начинает раскручиваться.

Также могут происходить малопонятные сбои в работе программ. Некачественный БП при аварийной ситуации может вывести из строя мат. плату и видеокарту.

Материнская плата

@ Материнская (системная) плата является центральной частью любого компьютера, на которой размещаются в общем случае центральный процессор , сопроцессор , контроллеры , обеспечивающие связь центрального процессора с периферийными устройствами, оперативная память , кэш-память , элемент BIOS (базовой системы ввода/вывода), аккумуляторная батарея , кварцевый генератор тактовой частоты и слоты (разъемы) для подключения других устройств . Все эти модули соединены воедино с помощью системной шины, которая, как мы уже выяснили находится на материнской плате.

Общая производительность материнской платы определяется не только тактовой частотой , но и количеством (разрядностью) данных, обрабатываемых в единицу времени центральным процессором , а также разрядностью шины обмена данных между различными устройствами материнской платы.

Архитектура материнских плат постоянно совершенствуется: увеличивается их функциональная насыщенность, повышается производительность. Стало стандартом наличие на материнской плате таких встроенных устройств, как двухканальный E-IDE-контроллер HDD (жёстких дисков), контроллер FDD (гибких (floppy) дисков), усовершенствованного параллельного (LPT) и последовательного (COM) портов, а также последовательного инфракрасного порта.

@ Порт – многоразрядный вход или выход в устройстве.

COM1, COM2 -последовательные порты, которые передают электрические импульсы (информацию) последовательно один за другим (сканер, мышка). Аппаратно реализу­ются с помощью 25-контактного и 9-контактного разъемов, которые выведены на заднюю панель системного блока.

LPT - параллельный порт имеет более высокую скорость, так как передает одновременно 8 электрических импульсов (подключают принтер). Аппаратно реализуется в виде 25-контактного разъема на задней панели системного блока.

USB – (универсальная последовательная шина) обеспечивает высокоскоростное подключение к ПК сразу нескольких периферийных устройств (подключают флешки, веб-камеры, внешние модемы, HDD и др.). Данный порт является универсальным и способен заменить все остальные порты.

^ PS/2 – специальный порт для клавиатуры и мыши.

AGP – ускоренный графический порт для подключения монитора.

Быстродействие различных компонентов компьютера (процессора, оперативной памяти и контроллеров периферийных устройств) может существенно различаться.

^ Для согласования быстродействия на материнской плате устанавливаются специальные микросхемы (чипсеты), включающие в себя контроллер оперативной памяти (так называемый северный мост ) и контроллер периферийных устройств (южный мост ).

Северный мост обеспечивает обмен информацией между процессором и оперативной памятью по системной магистрали.

В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. В современных компьютерах частота процессора может превышать частоту системной шины в 10 раз (например, частота процессора 1 ГГц, а частота шины - 100 МГц).

Логическая схема материнской платы

К северному мосту подключается шина PCI (Peripherial Component Interconnect bus - шина взаимодействия периферийных устройств), которая обеспечивает обмен информацией с контроллерами периферийных устройств. (Частота контроллеров меньше частоты системной шины, например, если частота системной шины составляет 100 МГц, то частота шины PCI обычно в три раза меньше - 33 МГц.) Контроллеры Периферийных устройств (звуковая плата, сетевая плата, SCSI-контроллер, внутренний модем) устанавливаются в слоты расширения системной карты.

Для подключения видеоплаты используется специальная шина AGP (Accelerated Graphic Port - ускоренный графический порт), соединенная с северным мостом и имеющая частоту, в несколько раз большую, чем шина PCI.

Процессор

В общем случае@ подпроцессоромпонимают устройство производящее набор операций над данными, представленными в цифровой форме (двоичным кодом).

Применительно к вычислительной технике@ под процессором понимают центральное процессорное устройство (CPU), обладающее способностью выбирать, декодировать и выполнять команды, а также передавать и принимать информацию от других устройств.

Количество фирм, разрабатывающих и производящих процессоры для ПК, невелико. В настоящее время известны: Intel , Cyrix , AMD , NexGen , Texas Instrument .

Структура и функции процессора:

Структуру процессора можно представить следующей схемой:

1 ) УУ – управляет всем ходом вычислительного и логического процесса в компьютере. Это «мозг» компьютера, который контролирует все его действия. Функции УУ заключаются в том, чтобы прочитать очередную команду, распознать ее и далее подключить необходимые электронные цепи и устройства для ее выполнения.

2) АЛУ – производит непосредственную обработку данных в двоичном коде. АЛУ умеет выполнять только определенный набор простейших операций:

• Арифметические операции (+, -, *, /);
• Логические операции (сравнение, проверка условия);
• Операции пересылки (из одной области оперативной памяти в другую).

3) Тактовый генератор – задает ритм всем операциям в процессоре посылая один импульс через равные промежутки времени (такт). Он синхронизирует работу устройств ПК.

@Такт – это промежуток времени между началами подачи двух последовательных импульсов генератора тактовой частоты. ГТЧ синхронизирует работу узлов ПК.

^ 4) Сопроцессор – позволяет значительно ускорить работу компьютера с числами с плавающей точкой (речь идет о вещественных числах, например, 1,233*10 -5). При работе с текстами сопроцессор не используется.

5) Современный процессор имеет такое высокое быстродействие, что информация из ОЗУ не успевает своевременно доходить до него и процессор простаивает. Чтобы этого не происходило, в процессор встраивается специальная микросхема кэш памяти .

@ КЭШ-память – сверхбыстрая память предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений. Имеет объем 128-1024 Кб.

Кроме указанной элементной базы в процессоре содержатся специальные регистры, которые непосредственным образом принимают участие в обработке команд.

6) Регистры – процессорная память, или ряд специальных запоминающих ячеек.

Регистры выполняют две функции:

• кратковременное хранение числа или команды;
• выполнение над ними некоторых операций.

Важнейшими регистрами процессора являются:

1. счетчик команд - служит для автоматической выборки команд программы из последовательных ячеек памяти, в нем хранится адрес выполняемой команды;
2. регистр команд и состояний - служит для хранения кода команды.

Выполнение команды процессором разбивается на следующие этапы:

1. из ячейки памяти, адрес которой хранится в счетчике команд, в оперативную память выбирается команда, (при этом содержимое счётчика команд увеличивается);
2. из ОП команда передаётся в устройство управления (в регистр команд);
3. устройство управления расшифровывает адресное поле команды;
4. по сигналам устройства управления операнды выбираются из памяти в АЛУ (в регистры операндов);
5. УУ расшифровывает код операции и выдаёт сигнал АЛУ выполнить операцию, которая выполняется в сумматоре;
6. результат операции остаётся в процессоре, либо возвращается в ОЗУ.

Память

^ Классификация элементов памяти.

Файловая система

Порядок хранения файлов на диске определяется используемой файловой системой, под которой непосредственным образом подразумевается таблица размещения файлов, которая в 2-х экзэмплярах хранится в системной области диска.

На уровне физического диска под файлом подразумевается некоторая последовательность байт. Однако, поскольку минимальной единицей на диске является сектор то можно было бы под файлом понимать некую последовательность секторов. Но на самом деле файл это связанная последовательность кластеров.

@ Кластер – это совокупность нескольких смежных секторов диска (от 1 до нескольких десятков).

Традиционно принято считать, что кластер и сектор – это одно и тоже, но это разные вещи. Размер кластера может варьироваться в зависимости от емкости диска. Чем больше емкость диска, тем больше размер кластера. Размер кластера может варьироваться от 512 байт до 64 Кб.

^ Кластеры нужны для уменьшения объема таблицы размещения файлов.

Если каким либо образом разрушить таблицу размещения файлов, то, несмотря на то, что данные находятся на диске, они будут недоступны. В связи с этим на диске хранятся 2 такие таблицы.

Кластеры уменьшают размер таблицы. Но здесь появляется другая проблема. ^ Потерянное дисковое пространство.

При записи файла на диск будет занято всегда целое количество кластеров.

Например файл имеет размер 1792 байта, а размер кластера составляет 512 байт. Для того чтобы сохранить файл нам потребуется 2 полных сектора + 256 байт из третьего сектора. Таким образом в третьем секторе свободными останутся 256 байт. (1792 = 3 * 512 +256);(512*4 = 2048)

^ Оставшиеся байты в четвертом кластере не могут быть использованы . Считается что в среднем на каждый файл приходиться 0,5 кластера потерянного пространства, что приводит к потере до 15 % места на диске . То есть из 2 Гб занятого места – 300 Мб потеряно. По мере удаления файлов оно возвращается в строй.

Таблица размещения файлов впервые была использована в операционной системе MS-DOS и называлась она таблицей FAT (File Allocation Table – Таблица размещения файлов).

^ Различают несколько типов таблиц размещения файлов (FAT).

Общая структура FAT

						К

В начальном 34-м кластере хранится адрес 35-го кластера, в 35-м адрес 36-го, в 36-м адрес 53-го и т.д. В 55-м кластере хранится знак конца файла.

Файловая система NTFS.

За основу файловой системы NTFS была взята файловая система семейства операционных систем UNIX.

Здесь элемент файла состоит из двух частей: имя файла и индексный дескриптор.

Файл записывается на диске следующим образом:

Имеется 13 блоков, в которые могут быть записаны адреса блоков данных расположенных на диске, из них:

11 –указывает на блок косвенной адресации из 256 блоков данных. Используется в тех случаях, если для записи адресов блоков данных не хватило первых 10-ти блоков, т.е. файл имеет большой размер.

12 – указывает не блок двойной косвенной адресации (256*256), используется тогда, когда для записи адресов блоков данных не хватило предоставленного места.

13 – адрес блока тройной адресации (256*256*256).

Таким образом, максимальный размер файла может быть до 16 Гб .

Такой механизм дает колоссальную защищенность данных. Если в FAT можно просто испортить таблицы, то в NTFS придется долго блуждать между блоками.

NTFS может сместить, даже фрагментировать по диску, все свои служебные области, обойдя любые неисправности поверхности - кроме первых 16 элементов MFT. Вторая копия первых трех записей храниться точно по середине диска.

NTFS - отказоустойчивая система, которая вполне может привести себя в корректное состояние при практически любых реальных сбоях. Любая современная файловая система основана на таком понятии, как транзакция - действие, совершаемое целиком и корректно или не совершаемое вообще .

Пример 1: осуществляется запись данных на диск. Вдруг выясняется, что в то место, куда мы только что решили записать очередную порцию данных, писать не удалось - физическое повреждение поверхности. Поведение NTFS в этом случае довольно логично: транзакция записи откатывается целиком - система осознает, что запись не произведена. Место помечается как сбойное, а данные записываются в другое место - начинается новая транзакция.

Пример 2: более сложный случай - идет запись данных на диск. Вдруг отключается питание и система перезагружается. На какой фазе остановилась запись, где есть данные? На помощь приходит другой механизм системы - журнал транзакций, в котором помечается начало и окончание любой транзакции. Дело в том, что система, осознав свое желание писать на диск, пометила в метафайле это свое состояние. При перезагрузке это файл изучается на предмет наличия незавершенных транзакций, которые были прерваны аварией и результат которых непредсказуем - все эти транзакции отменяются: место, в которое осуществлялась запись, помечается снова как свободное, индексы и элементы MFT приводятся в с состояние, в котором они были до сбоя, и система в целом остается стабильна.

^ Важно понимать, однако, что система восстановления NTFS гарантирует корректность файловой системы ,а не ваших данных.

В NTFS каждый диск разбит на тома. В каждом томе содержится своя MFT (таблица файлов), которая может быть расположена в любой части диска в пределах тома.

Содержимое HDD

1. Магнитный диск представляет собой круглую пластину из алюминия (в редких случаях из специального стекла), поверхность которой обработана по высочайшему классу точности. Таких магнитных дисков может быть несколько от 1 до 4. Чтобы придать пластинам магнитные свойства, их поверхность покрывают сплавом на основе хрома, кобальта или ферромагнетика. Такое покрытие имеет высокую твердость . Каждая сторона диска имеет свой номер.

^ 2. Для вращения дисков применяется специальный электродвигатель , в конструкцию которого входят специальные подшипники, которые могут быть как обычными шариковыми, так и жидкостными (вместо шариков в них используется специальное масло, поглощающее ударные нагрузки, что увеличивает долговечность двигателя). Жидкостные подшипники имеют более низкий уровень шума и почти не выделяют тепло во время работы.

Кроме того, некоторые современные винчестеры имеют двигатель, целиком погруженный в герметичный сосуд с маслом, что способствует эффективному отводу тепла от обмоток.

3. Каждому диску соответствует пара головок записи/чтения. Зазор между головками и поверхностью дисков составляет 0,1 мкм, что в 500 раз меньше толщины человеческого волоса. Магнитная головка представляет собой сложную конструкцию, состоящую из десятков деталей. (Эти детали настолько малы, что изготавливаются методом фотолитографии так же, как и современные микросхемы, т.е. выжигают лазером с высокой точностью) Рабочая поверхность керамического корпуса головки отполирована с такой же высокой точностью, как и диск.

4. Привод головок представляет собой плоскую катушку-соленоид из медной проволоки, помещенную между полюсами постоянного магнита и закрепленную на конце рычага, вращающегося на подшипнике. На другом его конце находится легкая стрелка с магнитными головками.

Катушка способна перемещаться в магнитном поле под действием проходящего через нее тока, перемещая одновременно все головки в радиальном направлении. Чтобы катушка с головками не болталась из стороны в сторону в нерабочем состоянии, имеется магнитный фиксатор, удерживающий головки выключенного винчестера на месте. В нерабочем состоянии накопителя головки находятся вблизи центра дисков, в "зоне парковки" и прижаты к сторонам пластин легкими пружинами. Это единственный момент, когда головки касаются поверхности диска. Но стоит дискам начать вращение - и поток воздуха приподнимает головки над их поверхностью, преодолевая усилие пружин. Головки "всплывают" и с этого момента находятся над диском, совершенно не касаясь его. Так как механический контакт головки с диском отсутствует, износа дисков и головок не происходит.

5. Также внутри гермоблока находится усилитель сигнала , помещенный поближе к головкам, чтобы уменьшить наводки от внешних помех. Он соединен с головками гибким ленточным кабелем. Таким же кабелем подводиться питание к подвижной катушке привода головок, а иногда и к двигателю. Через небольшой разъем все эти компоненты соединены с платой контроллера.

В процессе форматирования дисков может выясниться, что на поверхности пластин имеется один или несколько маленьких участков, чтение или запись в которые сопровождается ошибками (так называемые сбойные секторы, или бэд-блоки).

Сектора, чтение или запись в которые сопровождается ошибками называются@ сбойными секторами .

Однако из-за этого диск не выбрасывают и не считают его испорченным, а всего лишь помечают эти секторы особым образом, и они в дальнейшем игнорируются . Чтобы пользователь не видел этого безобразия, винчестер содержит некоторое количество запасных дорожек, которыми электроника накопителя "на лету" подменяет дефектные участки поверхности , делая их абсолютно прозрачными для операционной системы.

Кроме того, не вся область диска отведена для записи данных. Часть информационной поверхности используется накопителем для собственных нужд. Это область служебной, как ее еще иногда называют, инженерной информации.

Структура оптического диска

В соответствии с принятыми стандартами поверхность диска разделена на три области:

1. Входная директория - область в форме кольца, ближайшего к центу диска (ширина 4 мм). Считывание информации с диска начинается именно с входной директории, где содержится оглавление, адреса записей, число заголовков, объем диска, название диска;

2. Область данных ;

3. Выходная директория – имеет метку конца диска.

Типы оптических дисков:

1. CD-ROM . На диске CD-ROM промышленным способом записывается информация, и произвести ее повторную запись невозможно. Наибольшее распространение получили 5-дюймовые диски CD-ROM емкостью 670 Мбайт. По своим характеристикам они полностью идентичны обычным музыкальным компакт-дискам. Данные на диске записываются в виде спирали.
2. CD-R . Аббревиатурой CD-R (CD-Recordable) обозначена технология однократной оптической записи, которую можно использовать для архивирования данных, создания прототипов дисков для серийного производства и для мелкосерийного выпуска изданий на компакт-дисках, записи аудио и видео. Назначение устройства CD-R - запись данных на компакт-диски CD-R, которые потом можно читать на накопителях CD-ROM и CD-RW.
3. CD-RW . Старые данные могут быть стерты и вместо них могут быть записаны новые. Емкость носителя CD-RW составляют 650 Мбайт и равна емкости дисков CD-ROM и CD-R.
4. ^ DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW . Подобны рассмотренным ранее типам оптических дисков, но имеют большую емкость.
5. Разрабатывается HVD (Holografic Versatile Dosc) емкостью 1 Тб.

Технология DVD допускает 4 типа дисков:

• односторонний, однослойный – 4,7 Гбайт
• односторонний, двухслойный – 8,5 Гбайт
• двусторонний, однослойный – 9,4 Гбайт
• двусторонний, двухслойный – 17 Гбайт

В двухслойных дисках используется укрепляющий слой, на который стали записывать информацию. При считывании информации с первого слоя, расположенном в глубине диска, лазер проходит через прозрачную пленку второго слоя. При считывании информации со второго слоя контроллер привода подает сигнал фокусировки лазерного луча на втором слое и с него производится считывание. При всем при этом диаметр диска составляет 120 мм, а его толщина 1,2 мм.

Как уже упоминалось, например, двусторонний двухслойный диск DVD-диск может умещать до 17 Гбайт информации, это примерно 8 часов высококачественного видео, 26 часов музыки или что нагляднее всего – стопка бумаги исписанной с двух сторон высотой в 1.4 километра!

^ Форматы DVD

1. DVD-R. могут быть только однослойными, но возможно создание двухсторонних дисков. Принцип по которому производится запись DVD-R точно такой же, как и у CD-R. Отражающий слой меняет свои характеристики, под воздействием луча лазера повышенной мощности. DVD-R не несёт в себе ничего нового, технически это тот же CD-R, только рассчитанный на более тонкие дорожки. При создании DVD-R самое пристальное внимание уделено совместимости с существующими DVD-ROM приводами. Длина записывающего лазера 635 Нм + защита записываемых дисков от копирования.
2. DVD+R . Принципы, на которых построен DVD+R идентичны тому, что используется в DVD-R. Разница между ними в формате записи, который используется. Так, например, DVD+R диски поддерживают запись в несколько приёмов. Длина записывающего лазера 650 Нм + более высоко отражающая поверхность.

^ Существует два основных класса компакт-дисков: CD и DVD.

ZIP накопители.

Магнито-оптические диски.

Изготавливаются из алюминевого сплава и заключаются в пластиковую оболочку. Емкость 25-50 Гб.

Чтение осуществляется оптическим методом, а запись магнитными средствами, как на дискеты.

Технология записи данных следующая: лазерный луч нагревает точку на диске, а электромагнит изменяет магнитную ориентацию этой точки в зависимости от того, что необходимо записать: 0 или 1.

Считывание производится лазерным лучом меньшей мощности, который отражаясь от этой точки, меняет свою полярность.

Внешне магнитооптический носитель похож на 3,5 дискету, только чуть более толстую.

Flash-накопители

Эта технология довольно нова и поэтому к дешевым решениям не принадлежит, однако есть все предпосылки к снижению себестоимости устройств этого класса,

Основой любого флэш-накопителя является энергонезависимая память. В устройстве нет каких-либо движущихся частей, и оно не восприимчиво к вибрациям и механическим встряскам. Flash не является по сути своей магнитным носителем и на него не влияют магнитные поля. А потребление энергии происходит только во время операций запись/чтение, причем вполне достаточно питания от USB.

^ Емкость флеш-накопителей варьируется приблизительно от 256 Мб до нескольких Гб (4-5 Гб).

Кроме того, что флеш-накопитель может использоваться для записи, надежного хранения и переноса информации его можно разбивать на логические диски и устанавливать его загрузочным диском.

Достоинства

• компактный размер;
• отсутствие необходимости во внешнем питании;
• вполне приемлемую скорость работы.

Технические средства обработки информации

Средствами интенсификации информации являются научно-техническая революция, использование в информационном деле новейших достижений науки и техники; научная организация, управление информационными процессами; подготовка и совершенствование специалистов, обслуживающих информационные службы системы управления.

Разработка системы мер, расширяющих возможности наиболее эффективного использования информации, – важное условие успеха в управлении. Среди этих мер первостепенное значение имеет тщательная подготовка субъекта управления к восприятию, оценке информации, выработка умения оценить ее социальную значимость, выбрать из потока информации наиболее общезначимую, наиболее социальную, поскольку этого типа информация неоценима в управлении.

Сбор и обработка социальной информации немыслимы без применения современных технических средств.

Важнейшим средством получения достоверной социальной информации является не только широкое использование технических (компьютерных) средств получения социальной информации, но и формирование нового типа культуры – гуманитарно-технологической.

Важнейшим механизмом его формирования является изменение стиля мышления, который постепенно становится концептуальным (гуманитарным), стратегическим и конструктивным, технологическим, находящим пути и средства решения все усложняющихся социальных задач. Наличие в нашем обществе двух культур, «гуманитарной» и технократической, которые пока слабо взаимодействуют, порождает многие информационные проблемы в управлении.

Мировое сообщество в целом, включая и нашу страну, вступило в новый этап развития своей цивилизации – становление информационного общества. Этот процесс часто называют третьей социально-технической революцией, информатизацией общества.

Информатизация общества неизбежно затрагивает не только материальное производство и коммуникации, но и социальные отношения, культуру, интеллектуальную деятельность во всех ее многообразных проявлениях.

Вполне очевидно, что информатизация общества накладывает свой отпечаток и непосредственно на деятельность людей, работающих в сфере организации и управления. Перед ними открываются несравненно более широкие возможности в получении, хранении, обработке, передаче, оформлении самой разнообразной по своему содержанию и форме представления информации о различных сторонах жизни общества.

Например, в начале 60-х годов XX-го столетия перед парламентом, правительством и народом Японии встал вопрос, по какому пути направить развитие страны. По пути материального благосостояния или информационно-интеллектуального развития, информатизации общества, наращивания информационных ресурсов и технологий, то есть по материальному или по информационному пути?

Начиная с 1964 г. Япония выбрала второй путь, предпочла материальному богатству – богатство информации и её ресурсов. С этого времени ведет отсчет мировая история информатизации общества, информационных ресурсов и технологий.

Соединенные Штаты Америки, располагая мощными приемами сбора информации, с конца 60-х и начала 70-х годов приняли на вооружение японскую информационную систему развития.

СССР в конце 60-х также прошлого века стал заниматься аналогичными проблемами информатизации. Однако общественное информационное сознание развитых стран не стало всеобщим информационным достоянием советского общества в силу целого ряда причин.

В настоящее время все страны мира идут по пути информационного прогресса. Информация стала безальтернативным источником развития и благосостояния многих народов; информационные ресурсы и технологии подняли науку и технический прогресс на беспрецедентный уровень по сравнению с тем, что обеспечили в прошлом физика, механика, химия и электродинамика, вместе взятые.

Именно поэтому Международная академия информатизации придает большое значение пропаганде идей информатизации, просветительской и образовательной работе в области информации, информационной безопасности, информационных ресурсов и технологий.

Трудно найти сферу или область человеческой деятельности, где бы информация не играла важной роли, ибо она обеспечивает самоорганизацию не только человека, но и всего животного и растительного мира.

Поэтому появилась новая отрасль научного знания – информациология наука фундаментального исследования всех процессов и явлений микро- и макромиров вселенной, обобщения практического и теоретического материала физико-химических, астрофизических, ядерных, биологических, космических и других исследований с единой информационной точки зрения.

Успешное применение компьютерной техники возможно лишь при условиях:

Экономичности, то есть достижения большего эффекта по сравнению с применением обычных вычислительных средств;

Точного определения пригодности первичной информации для обработки и анализа компьютерными средствами;

Соответствия системы управления возможностям успешного применения компьютеров;

Соответствия документации принципам вычислительной техники;

Наличия соответствующих специалистов.

Благодаря тому, что компьютерная техника действует автоматически, по заранее составленным человеком программам, всю фактическую работу по переработке и анализу информации они выполняют без непосредственного участия человека; в результате скорость работы этих машин не ограничивается его физиологическими возможностями. Она определяется быстродействием физических элементов, из которых они состоят. Физические устройства, которыми обладают современные устройства, позволяют запоминать и хранить практически неограниченные объемы информации.

Таким образом, компьютерная техника как орудие переработки и анализа информации открывает принципиально новые возможности для оперативной обработки больших объемов информации, позволяющих достаточно глубоко и полно вскрывать тенденции и закономерности развития общества и тем самым успешно решать управленческие задачи.

Например, в 80-е и 90-е годы быстрое развитие микроэлектроники снизило стоимость и уменьшило размеры компьютеров в такой степени, что была получена возможность пользоваться ими на каждом рабочем месте.

Это привело к дальнейшему изменению технического оснащения аппарата управления. Движущей силой в процессе его преобразования в электронный является микрокомпьютер. Преобразуя информацию по сложной программе, он воплощает примитивную форму «интеллекта», меняет содержание, а не форму или расположение поступающей в него информации, как это делалось «информационной техникой» предыдущего периода.

Изобретение микропроцессора в такой степени снизило стоимость электронного вычисления, что электронный «интеллект» стал применяться в самых широких сферах и устанавливаться при измененных затратах именно в тех местах, где он был нужен, а не со значительными расходами в отдаленном центре.

Теперь развивающееся техническое оснащение деятельности аппарата управления может включать в себя:

Оргтехнические блоки, оснащенные микрокомпьютерами, расположенными на рабочих местах практически каждого управляющего;

Программы, обеспечивающие взаимодействие человека и машины, включают необходимые средства для обработки информации и отражают накопленный опыт аппарата управления;

Коммуникационные сети, связывающие оргтехнические блоки между собой и с центральными процессорами, а также с внешними источниками информации;

Устройства совместного пользования, такие, как электронные файлы, печатающие и сканирующие устройства, доступные всем оргтехническим блокам через линии связи.

Изменения в содержании, организации и технике управления под влиянием информационных технологий и автоматизированных офисов происходят по следующим направлениям.

Во-первых, в корне меняются организация и техника информационного обеспечения руководителя. Особое значение приобретает массовое внедрение мини- и микрокомпьютеров, персональных компьютеров как составных частей информационных систем, связанных с сетью банков данных. При этом работа по сбору, обработке, распространению информации осуществляется интерфейсами «человек – машина», не требующими специальной подготовки.

Существенно меняется также техника хранения и обработки информации, не допускается неполная информация, дублирование, информация, рассчитанная на другие уровни управления.

Во-вторых, осуществляется определенная автоматизация функций руководителя. Выросло количество эффективно функционирующих автоматизированных систем, охватывающих производство, хозяйственную деятельность, организационно-технологические процессы.

Все большая часть работы при составлении планов передается компьютеру. При этом существенно повышается качество планов, разработанных с использованием микрокомпьютеров на более низком уровне управления. Кроме того, четко согласуются планы для отдельных подсистем управления.

Усовершенствовались системы контроля, в том числе такие, которые дают возможность обнаружить отклонения от запланированного уровня и обеспечивают нахождение вероятных причин возникновения таких отклонений.

В-третьих, существенно изменились и средства коммуникации, не считая обмена сообщениями через сеть микропроцессоров.

Особое значение приобретает система телекоммуникаций, которая дает возможность проведения заочных совещаний, конференций между отдаленными пунктами, быстрого получения информации исполнителями. Соответственно меняются методы и техника коммуникационных отношений руководителей с подчиненными и с вышестоящими органами.

Комплекс технических средств обработки информации – это совокупность автономных устройств сбора, накопления, передачи, обработки и представления информации, а также средств оргтехники, управления, ремонтно-профилактических и других.

К комплексу технических средств предъявляют ряд требований:

· Обеспечение решения задач с минимальными затратами, необходимой точности и достоверности

· Возможность технической совместимости устройств, их агрегативность

· Обеспечение высокой надежности

· Минимальные затраты на приобретения

Отечественной и зарубежной промышленностью выпускается широкая номенклатура технических средств обработки информации, различающихся элементной базой, конструктивным исполнением, использованием различных носителей информации, эксплуатационными характеристиками и др.

Технические средства обработки информации делятся на две большие группы. Это основные и вспомогательные средства обработки.

Основные средства – это орудия труда по автоматизированной обработке информации.

Известно, что для управления теми или иными процессами необходима определенная управленческая информация, характеризующая состояния и параметры технологических процессов, количественные, стоимостные и трудовые показатели производства, снабжения, сбыта, финансовой деятельности и т.п.

К основным средствам технической обработки относятся: средства регистрации и сбора информации, средства приема и передачи данных, средства подготовки данных, средства ввода, средства обработки информации и средства отображения информации. Ниже, все эти средства рассмотрены подробно.

· Получение первичной информации и регистрация является одним из трудоемких процессов. Поэтому широко применяются устройства для механизированного и автоматизированного измерения, сбора и регистрации данных. Номенклатура этих средств весьма обширна. К ним относят: электронные весы, разнообразные счетчики, табло, расходомеры, кассовые аппараты, машинки для счета банкнот, банкоматы и многое другое. Сюда же относят различные регистраторы производства, предназначенные для оформления и фиксации сведений о хозяйственных операциях на машинных носителях.

· Средства приема и передачи информации.

Под передачей информации понимается процесс пересылки данных (сообщений) от одного устройства к другому. Взаимодействующая совокупность объектов, образуемые устройства передачи и обработки данных, называется сетью . Объединяют устройства, предназначенные для передачи и приема информации. Они обеспечивают обмен информацией между местом её возникновения и местом её обработки. Структура средств и методов передачи данных определяется расположением источников информации и средств обработки данных, объемами и временем на передачу данных, типами линий связи и другими факторами. Средства передачи данных представлены абонентскими пунктами (АП), аппаратурой передачи, модемами, мультиплексорами.

· Средства подготовки данных представлены устройствами подготовки информации на машинных носителях, устройства для передачи информации с документов на носители, включающие устройства ЭВМ. Эти устройства могут осуществлять сортировку и корректирование.

· Средства ввода служат для восприятия данных с машинных носителей и ввода информации в компьютерные системы

· Средства обработки информации играют важнейшую роль в комплексе технических средств обработки информации. К средствам обработки можно отнести компьютеры, которые в свою очередь разделим на четыре класса: микро, малые (мини); большие и супер ЭВМ.

Микро ЭВМ бывают двух видов: универсальные и специализированные. И универсальные и специализированные могут быть как многопользовательскими - мощные ЭВМ, оборудованные несколькими терминалами и функционирующие в режиме разделения времени (серверы), так и однопользовательскими (рабочие станции), которые специализируются на выполнении одного вида работ.

Малые ЭВМ – работают в режиме разделения времени и в многозадачном режиме. Их положительной стороной является надежность и простота в эксплуатации.

Большие ЭВМ – (мейнфермы) характеризуются большим объемом памяти, высокой отказоустойчивостью и производительностью. Также характеризуется высокой надежностью и защитой данных; возможностью подключения большого числа пользователей.

Супер-ЭВМ – это мощные многопроцессорные ЭВМ с быстродействием 40 млрд. операций в секунду.

Сервер - компьютер, выделенный для обработки запросов от всех станций сети и представляющий этим станциям доступ к системным ресурсам и распределяющий эти ресурсы.

Универсальный сервер называется - сервер-приложение.

Мощные серверы можно отнести к малым и большим ЭВМ. Сейчас лидером являются серверы Маршалл, а также существуют серверы Cray (64 процессора).

· Средства отображения информации используют для вывода результатов вычисления, справочных данных и программ на машинные носители, печать, экран и так далее. К устройствам вывода можно отнести мониторы, принтеры и плоттеры.

Монитор – это устройство, предназначенное для отображения информации, вводимой пользователем с клавиатуры или выводимой компьютером.

Принтер – это устройство вывода на бумажный носитель текстовой и графической информации.

Плоттер – это устройство вывода чертежей и схем больших форматов на бумагу.

Вспомогательные средства – это оборудование, обеспечивающее работоспособность основных средств, а также оборудование, облегчающее и делающее управленческий труд комфортнее.

К вспомогательным средствам обработки информации относятся средства оргтехники и ремонтно-профилактические средства. Оргтехника представлена весьма широкой номенклатурой средств, от канцелярских товаров, до средств доставления, размножения, хранения, поиска и уничтожения основных данных, средств административно производственной связи и так далее, что делает работу управленца удобной и комфортной.

Технологический процесс обработки данных в информационных системах осуществляется при помощи:

технических средств сбора и регистрации данных;

средств телекоммуникаций;

систем хранения, поиска и выборки данных;

средств вычислительной обработки данных;

технических средств оргтехники.

В современных информационных системах технические средства обработки данных используются комплексно, на основе технико-экономического расчёта целесообразности их применения, с учётом соотношения “цена/качество” и надежности работы технических средств.

Информационные технологии

Информационные технологии можно определить как совокупность методов – приёмов и алгоритмов обработки данных и инструментальных средств – программных и технических средств обработки данных.

Информационные технологии можно условно разделить на категории:

Базовые информационные технологии – это универсальные технологические операции обработки данных, как правило, не зависящие от содержания обрабатываемой информации, например, запуск программ на выполнение, копирование, удаление, перемещение и поиск файлов и т.п. Они основаны на использовании широко применяемых программных и технических средств обработки данных.

Специальные информационные технологии – комплекс информационно связанных базовых информационных технологий, предназначенных для выполнения специальных операций с учетом содержания и/или формы представления данных.

Информационные технологии являются необходимым базисом для создания информационных систем.

Информационные системы

Информационная система (ИС) представляет собой коммуникационную систему по сбору, передаче, переработке информации об объекте, снабжающую работников различного ранга информацией для реализации функции управления.

Пользователями ИС являются организационные единицы управления – структурные подразделения, управленческий персонал, исполнители. Содержательную основу ИС составляют функциональные компоненты – модели, методы и алгоритмы формирования управляющей информации. Функциональная структура ИС представляет собой совокупность функциональных компонентов: подсистем, комплексов задач, процедур обработки информации, определяющих последовательность и условия их выполнения.

Внедрение информационных систем производится с целью повышения эффективности производственно-хозяйственной деятельности объекта за счет не только обработки и хранения рутинной информации, автоматизации конторских работ, но и за счет принципиально новых методов управления. Эти методы основаны на моделировании действий специалистов организации при принятии решений (методы искусственного интеллекта, экспертные системы и т.п.), использовании современных средств телекоммуникаций (электронная почта, телеконференции), глобальных и локальных вычислительных сетей и т. д.

Классификация ИС проводится по следующим признакам:

характер обработки информации;

масштаб и интеграция компонентов ИС;

информационно-технологическая архитектура ИС.

По характеру обработки информации и сложности алгоритмов обработки ИС принято делить на два больших класса:

ИС для оперативной обработки данных. Это традиционные ИС для учета и обработки первичных данных большого объема с применением жестко регламентированных алгоритмов, фиксированной структуры базы данных (БД) и т.п.

ИС поддержки и принятия решений . Они ориентированы на аналитическую обработку больших объемов информации, интеграцию разнородных источников данных, использование методов и средств аналитической обработки.

В настоящее время сложились основные информационно-технологические архитектуры:

ИС с централизованной обработкой данных,

архитектура вида “файл-сервер”,

архитектура вида “клиент-сервер”.

Централизованная обработка предполагает объединение на одном компьютере ПС пользовательского интерфейса, приложений и БД.

В архитектуре “файл-сервер ” многим пользователям сети предоставляются файлы главного компьютера сети, называемого файл-сервером . Это могут быть отдельные файлы пользователей, файлы баз данных и программы приложений. Вся обработка данных производится на компьютерах пользователей. Такой компьютер называется рабочей станцией (РС). На ней устанавливаются ПС пользовательского интерфейса и приложений, которые могут вводиться как с устройств ввода РС, так и передаваться по сети с файл-сервера. Файл-сервер может использоваться также для централизованного хранения файлов отдельных пользователей, пересылаемых ими по сети с РС. Архитектура “файл-сервер ” применяется преимущественно в локальных компьютерных сетях.

В архитектуре “клиент-сервер ” программное обеспечение ориентировано не только на коллективное использование ресурсов, но и на их обработку в месте размещения ресурса по запросам пользователей. Программные системы архитектуры “клиент-сервер” состоят из двух частей: программного обеспечения сервера и программного обеспечения пользователя-клиента. Работа этих систем организуется следующим образом: программы-клиенты выполняются на компьютере пользователя и посылают запросы к программе-серверу, которая работает на компьютере общего доступа. Основная обработка данных производится мощным сервером, а на компьютер пользователя посылаются только результаты выполнения запроса. Так, например сервер баз данных используется в мощных СУБД, таких как Microsoft SQL Server, Oracle и др., работающих с распределенными базами данных. Серверы баз данных рассчитаны на работу с большими объемами данных (десятки гигабайт и более) и большое число пользователей и обеспечивают при этом высокую производительность, надежность и защищенность. Архитектура “клиент-сервер”, в определенном смысле, является основной в приложениях глобальных компьютерных сетей.

Лекция № 3

Основные вопросы лекции:

1. Технические средства информатики.

2. Понятие о принципах работы ЭВМ.

3. Основные компоненты персонального компьютера.

Технические средства информатики

ЭВМ - основное техническое средство обработки информации, классифицируемое по ряду признаков, в частности: по назначению, принципу действия , способам организации вычислительного процесса, размерам и вычислительной мощности, функциональным возможностям, способности к параллельному выполнению программ и др.

По назначению ЭВМ можно разделить на три группы:

· универсальные (общего назначения) - предназначены для решения самых разных инженерно-технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Характерными чертами этих ЭВМ являются высокая производительность, разнообразие форм обрабатываемых данных (двоичных, десятичных, символьных), разнообразие выполняемых операций (арифметических, логических, специальных), большая емкость оперативной памяти, развитая организация ввода-вывода информации;

· проблемно-ориентированные - предназначены для решение более узкого круга задач, связанных обычно с технологическими объектами, регистрацией, накоплением и обработкой небольших объемов данных (управляющие вычислительные комплексы);

· специализированные - для решения узкого круга задач, чтобы снизить сложность и стоимость этих ЭВМ, сохраняя высокую производительность и надежность работы (программируемые микропроцессоры специального назначения, контроллеры, выполняющие функции управления техническими устройствами).

По принципу действия (критерием деления вычислительных машин является форма представления информации, с которой они работают):

· аналоговые вычислительные машины (АВМ) - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной форме, т.е. виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения); в этом случае величина напряжения является аналогом значения некоторой измеряемой переменной. Например, ввод числа 19.42 при масштабе 0.1 эквивалентен подаче на вход напряжения в 1.942 В;

· цифровые вычислительные машины (ЦВМ) - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее в цифровой, форме - в виде нескольких различных напряжений, эквивалентных числу единиц в представляемом значении переменной;

· гибридные вычислительные машины (ГВМ) - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме.

АВМ просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них нетрудоемкое, скорость решения изменяется по желанию оператора (больше, чем у ЦВМ), но точность решения очень низкая (относительная погрешность 2-5 %). На АВМ решают математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не содержащие сложной логики. ЦВМ получили наиболее широкое распространение, именно их подразумевают, когда говорят про ЭВМ. ГВМ целесообразно использовать для управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

По поколениям можно выделить следующие группы:

1 поколение. В 1946г. была опубликована идея использования двоичной арифметики (Джон фон Нейман, А. Бернс) и принципа хранимой программы, активно использующиеся в ЭВМ 1 поколения. ЭВМ отличались большими габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием, низкой надежностью, программированием в кодах. Задачи решались в основном вычислительного характера , содержащие сложные расчеты, необходимые для прогноза погоды, решения задач атомной энергетики, управления летательной техникой и других стратегических задач.

2 поколение. В 1948 г. Bell Telefon Laboratory объявила о создании первого транзистора. По сравнению с ЭВМ предыдущего поколения улучшились все технические характеристики. Для программирования используются алгоритмические языки, предприняты первые попытки автоматического программирования.

3-е поколение. Особенностью ЭВМ 3 поколения считается применение в их конструкции интегральных схем, а в управлении работой компьютера - операционных систем. Появились возможности мультипрограммирования, управления памятью, устройствами ввода-вывода. Восстановление после сбоев взяла на себя операционная система. С середины 60-х до середины 70-х годов важным видом информационных услуг стали базы данных, содержащие разные виды информации по всевозможным отраслям знаний. Впервые возникает информационная технология поддержки принятия решений. Это совсем новый способ взаимодействия человека и компьютера.

4-е поколение. Основные черты этого поколения ЭВМ - наличие запоминающих устройств, запуск ЭВМ с помощью системы самозагрузки из ПЗУ, разнообразие архитектур, мощные ОС, объединение ЭВМ в сети. Начиная с середины 70-х годов, с созданием национальных и глобальных сетей передачи данных ведущим видом информационных услуг стал диалоговый поиск информации в удаленных от пользователя базах данных.

5-е поколение. ЭВМ со многими десятками параллельно работающих процессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельной векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы.

6-е поколение. Оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой - с сетью из большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих структуру нейронных биологических систем.

Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям .

Большие ЭВМ. Исторически первыми появились большие ЭВМ, элементная база которых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверх высокой степенью интеграции. Однако их производительность оказалась недостаточной для моделирования экологических систем, задач генной инженерии, управления сложными оборонными комплексами и др.

Большие ЭВМ часто называют за рубежом MAINFRAME и слухи об их смерти сильно преувеличены.

Как правило, они имеют:

· производительность не менее 10 MIPS (миллионов операций с плавающей точкой в секунду)

· основную память от 64 до 10000 МВ

· внешнюю память не менее 50 ГВ

· многопользовательский режим работы

Основные направления использования - это решение научно-технических задач, работа с большими БД, управление вычислительными сетями и их ресурсами в качестве серверов.

Малые ЭВМ. Малые (мини) ЭВМ - надежные, недорогие и удобные в эксплуатации, обладают несколько более низкими, по сравнению с большими ЭВМ возможностями.

Супер-мини ЭВМ имеют:

· емкость основной памяти - 4-512 МВ

· емкость дисковой памяти - 2 - 100 ГВ

· число поддерживаемых пользователей - 16-512.

Мини-ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов, в системах несложного моделирования, в АСУП, для управления технологическими процессами.

СуперЭВМ. Это мощные многопроцессорные ЭВМ с быстродействием сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду.

Достичь такую производительность на одном микропроцессоре по современным технологиям невозможно, в виду конечного значения скорости распространения электромагнитных волн (300000 км/сек), ибо время распространения сигнала на расстояние в несколько миллиметров становится соизмеримым со временем выполнения одной операции. Поэтому суперЭВМ создают в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем.

В настоящее время в мире насчитывается несколько тысяч суперЭВМ, начиная от простеньких офисных Cray EL до мощных Cray 3, SX-X фирмы NEC, VP2000 фирмы Fujitsu (Япония), VPP 500 фирмы Siemens (Германия).

Микро ЭВМ или персональный компьютер. ПК должен иметь характеристики, удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности:

· малую стоимость

· автономность эксплуатации

· гибкость архитектуры, дающую возможность адаптироваться в сфере образования, науки, управления, в быту;

· дружественность операционной системы;

· высокую надежность (более 5000 часов наработки на отказ).

Большинство из них имеют автономное питание от аккумуляторов, но могут подключаться к сети.

Специальные ЭВМ. Специальные ЭВМ ориентированы на решение специальных вычислительных задач или задач управления. В качестве специальной ЭВМ можно рассматривать также электронные микрокалькуляторы. Программа, которую выполняет процессор, находится в ПЗУ или в ОП, а т.к. машина решает, как правило, одну задачу, то меняются только данные. Это удобно (программу хранить в ПЗУ), в этом случае повышается надежность и быстродействие ЭВМ. Такой подход часто используется в бортовых ЭВМ, управлении режимом работы фотоаппарата, кинокамеры, в спортивных тренажерах.

Понятие о принципах работы ЭВМ

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Магистраль включает в себя три многоразрядные шины:

· шину данных,

· шину адреса

· и шину управления.

Шины представляют собой многопроводные линии.

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Разрядность процессоров постоянно увеличивалась по мере развития компьютерной техники.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина). Разрядность шины адреса определяет адресное пространство процессора, т.е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 32 бит.

Шина управления. По шине управления передаются сиг­налы, определяющие характер обмена информацией по ма­гистрали. Сигналы управления определяют какую операцию считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т.д.

В основу построения подавляющего большинства компьюте­ров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученымДжоном фон Нейманом.

1. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, выполняющихся процессором автоматически в определенной последовательности.Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются командыусловного илибезусловного перехода, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды «стоп». Таким образом,процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти, поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.Это открывает целый ряд возможностей. Например,программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение цик­лов и подпрограмм).Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаныметоды трансляции - перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен. Компьютеры, построенные на перечисленных принципах, относятся к типуфон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т. е. они могут работать без счетчика команд, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам необязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не фон-неймановскими.

Основные компоненты персонального компьютера

Компьютер имеет модульную структуру, которая включает:

Системный блок

Металлический корпус с блоком питания. В настоящее время системные блоки выпускают стандарта ATX, размером 21x42x40см, блок питания - 230Вт, рабочее напряжение 210-240В, отсеки 3x5.25"" и 2x3.5"", автоматическое выключение по завершению работы. В корпусе также располагается динамик.

1.1. Системная (материнская) плата (motherboard), на которой располагаются различные устройства, входящие в системный блок. Конструкция материнской платы сделана по принципу модульного конструктора, что позволяет каждому пользователю достаточно легко заменять вышедшие из строя или устаревшие элементы системного блока. На системной плате крепятся:

а) Процессор (CPU - Central Processing Unit) - большая интегральная схема на кристалле. Выполняет логические и арифметические операции, осуществляет управление функционированием компьютера. Процессор характеризуется фирмой изготовителем и тактовой частотой . Наиболее известными изготовителями являются Intel и AMD. Процессоры имеют собственные имена Athlon, Pentium 4, Celeron и т.д. Тактовая частота определяет быстродействие процессора и измеряется в Герцах (1\с). Так, Pentium 4 2,2 ГГц, имеет тактовую 2200000000 Гц (выполняет более 2-х миллиардов операций в секунду). Еще одна характеристика процессора – это наличие кэш-памяти (cache) – еще более быстрая, чем RAM память, в которой хранятся наиболее часто используемые CPU данные. Кэш является буфером между процессором и ОЗУ. Кэш полностью прозрачен, не обнаруживается программно. Кэш снижает общее количество тактов ожидания процессора при обращении к ОЗУ.

б) Сопроцессор (FPU - Floating Point Unit). Встроен в CPU. Выполняет арифметические операции с плавающей запятой.

в) Контроллеры - микросхемы, отвечающие за работу различных устройств компьютера (клавиатуры, HDD, FDD, мыши и т.д.). Сюда же отнесем и микросхему ПЗУ (Постоянное Запоминающее Устройство) в которой хранится ROM-BIOS.

г) Слоты (шины) - разъемы (ISA, PCI, SCSI, AGP и т.д.) под различные устройства (оперативная память, видеокарта и т.п.).

Шина - собственно, набор проводов (линий), соединяющий различные компоненты компьютера для подвода к ним питания и обмена данными. Существующие шины: ISA (частота – 8МГц, количество разрядов – 16, скорость передачи данных – 16Мб/с),

д) Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM - Random Access Memory (типы SIMM, DIMM (Dual Inline Memory Module), DRAM (Dynamic RAM), SDRAM (Synchronous DRAM), RDRAM)) - микросхемы, служащие для кратковременного запоминания промежуточных команд, значений вычислений, производимых CPU, а также других данных. Там же для повышения быстродействия хранятся исполняемые программы. ОЗУ - быстродействующая память со временем регенерации 7·10 -9 сек. Емкость до 1Гб. Питание 3.3В.

е) Видеокарта (видеоакселератор) - устройство, расширяющее возможности и ускоряющее работу с графикой. Видеокарта имеет свою видеопамять (16, 32, 64, 128Мб) для хранения графической информации и графический процессор (GPU – Graphic Processor Unit), берущий на себя вычисления при работе с 3D графикой и видео. GPU работает на частоте 350МГц и содержит 60млн. транзисторов. Поддерживается разрешение 2048х1536 60Гц при 32 битном цвете. Производительность: 286 млн. пикселей/сек. Может иметь выход на TV и видеовход. Поддерживаются эффекты: прозрачность и просвечивание, затенение (получение реалистичного освещения), блики, цветовое освещение (источники света разных цветов), смазывание, объемность, затуманивание, отражение, отражение в кривом зеркале, дрожание поверхностей, искажение изображения, вызываемое водой и теплым воздухом, трансформация искажений по шумовым алгоритмам, имитация туч на небе и др.

ж) Звуковая карта - устройство, расширяющее звуковые возможности компьютера. Звуки генерируются с помощью записанных в память (32Мб) образцов звуков разных тембров. Одновременно воспроизводится до 1024 звуков. Поддерживаются различные эффекты. Могут иметь линейный вход/выход, выход на наушники, микрофонный вход, разъем для джойстика, вход для автоответчика, аналоговый и цифровой вход CD аудио.

з) Сетевая карта - устройство, отвечающее за подключение компьютера к сети для возможности обмена информацией.

Кроме материнской платы в системном блоке находятся:

1.2. Накопитель на жестком магнитном диске (винчестер, HDD - Hard Disk Drive) - герметично запаянный корпус с вращающимися магнитными дисками и магнитными головками. Служит для долговременного хранения информации в виде файлов (программы, тексты, графика, фотография, музыка, видео). Емкость - 75 Гб, размер буфера 1-2Мб, скорость передачи данных 66.6Мб/сек. Максимальная скорость вращения шпинделя - 10 000, 15000 об./мин. HDD фирмы IBM имеет емкость 120Гб, скорость вращения шпинделя 7200 об/мин.

1.3. Накопитель на гибком магнитном диске (дисковод, флоппи, FDD - Floppy Disk Drive) - устройство, служащее для записи/считывания информации с дискет, которые можно переносить с компьютера на компьютер. Емкость дискеты: 1.22Мб (размер 5.25"" (1""=2.54см)), 1.44Мб (размер 3.5""). 1.44Мб эквивалентно 620 страницам текста.

1.4. CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) - устройство, служащее только для считывания информации с CD. Двоичная информация с поверхности CD считывается лучом лазера. Емкость CD - 640Мб=74мин. музыки=150000стр. текста. Скорость вращения шпинделя 8560 об/мин., размер буфера 128Кб, максимальная скорость передачи данных 33.3Мб/сек. Скачки и срывы при воспроизведении видео являются причинами не заполнения или переполнения буфера, служащего для промежуточного хранения передаваемых данных. Имеются регулятор громкости и выход на наушники (для прослушивания музыкальных CD).

1.5. CD-R (Compact Disc Recorder) - устройство, служащее для считывания и однократной записи информации на CD. Запись основана на изменении отражающих свойств вещества подложки CD под действием луча лазера.

1.6. DVD-ROM диски (цифровые видео диски) имеют гораздо большую информационную емкость (до 17 Гбайт), т.к. информация может быть записана на двух сторонах, в два слоя на одной стороне, а сами дорожки имеют меньшую толщину.

Первое поколение DVD-ROM накопителей обеспечивало скорость считывания информации примерно 1,3 Мбайт/с. В настоящее время 5-скоростные DVD-ROM достигают скорости считывания до 6,8 Мбайт/с.

Существуют DVD-R диски (R - recordable, записываемый), которые имеют золотистый цвет. Специальные DVD-R дисководы обладают достаточно мощным лазером, который в процессе записи информации меняют отражающую способность участков поверхности записываемого диска. Информация на таких дисках может быть записана только один раз.

1.7. Существуют также CD-RW и DVD-RW диски (RW - Rewritable, перезаписываемый), которые имеют «платиновый» оттенок. Специальные CD-RW и DVD-RW дисководы в процессе записи информации также меняют отражающую способность отдельных участков поверхности дисков, однако информация на таких дисках может быть записана многократно. Перед перезаписью записанную информацию «стирают» путем нагревания участков поверхности диска с помощью лазера.

Состав ЭВМ кроме системного блока входят следующие устройства ввода-вывода информации.

2. Монитор (дисплей) - устройство вывода графической информации. Есть цифровые и жидкокристаллические. Размеры по диагонали - 14"", 15"", 17"", 19"", 21"", 24"". Размер пикселя - 0.2-0.3мм. Частота смены кадров - 77Гц при разрешении 1920x1200 пиксель, 85Гц при 1280x1024, 160Гц при 800x600. Количество цветов определяется количеством разрядов на один пиксель и может быть 256 (2 8 , где 8 - количество разрядов), 65536 (2 16 , режим High Color), 16 777 216 (2 24 , режим True Color, может быть и 2 32). Есть электронно-лучевые и LCD мониторы. Мониторы используют RGB систему образования цвета, т.е. цвет получается смешением 3-х основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue).

3. Клавиатура (keyboard) - устройство ввода команд и символьной информации (108 клавиш). Подключается к последовательному интерфейсу (COM порт).

4. Манипулятор типа мышь (mouse) - устройство ввода команд. Стандартом является 3-х кнопочная мышь с колесом прокрутки (scrolling).

5. Печатающее устройство (принтер) - устройство для вывода информации на бумагу, пленку или другую поверхность. Подключается к параллельному интерфейсу (LPT порт). USB (Universal Serial Bus) – универсальная последовательная шина заменившая устаревшие COM и LPT порты.

а) Матричный . Изображение формируется иголками, пробивающими красящую ленту.

б) Струйный . Изображение формируется выбрасываемыми из сопел (до 256) микрокаплями краски. Скорость движения капель до 40м/с.

в) Лазерный . Изображение на бумагу переносится со специального барабана, наэлектризованного лазером, к которому притягиваются частички краски (тонера).

6. Сканер - устройство для ввода изображений в компьютер. Есть ручной, планшетный, барабанный.

7. Модем (МОдулятор-ДЕМодулятор) - устройство, позволяющее обмениваться информацией между компьютерами через аналоговые или цифровые каналы. Модемы отличаются друг от друга максимальной скоростью передачи данных (2400, 9600, 14400, 19200, 28800, 33600, 56000 бит в секунду), поддерживаемыми протоколами связи. Бывают модемы внутренние и внешние.