Vse_bilety_i_otvety_po_informatike_It_is_found

10.Разновидности печатающих устройств, системы машинной графики – краткие характеристики и принципы

11.Разновидности внешних запоминающих устройств (ВЗУ) компьютера, их назначения и краткие

12.Накопители на жёстких магнитных дисках (НЖМД), основные функциональные элементы НЖМД,

14.Системы графического ввода/вывода (пассивные и интерактивные), назначение и краткие характеристики9

15.Разновидности компьютерных мониторов, их основные характеристики, области применения, виды

17.Параллельная обработка – различные варианты построения архитектуры компьютера (классификация

19.Современные тенденции в развитии суперкомпьютеров, кластерные системы, области применения,

20.Большие компьютеры (мейнфреймы), особенности архитектуры, динамика развития мейнфреймов фирмы

22.Архитектура микропроцессоров и направления её развития, характеристики современных

23.Особенности архитектуры ПК различных типов и их сравнительные х арактеристики (классификация шин

30.Глобальные вычислительные сети, топология, компоненты, структура канала связи, основные виды

31.Разновидности всемирных глобальных вычислительных сетей, принципы их организации, разновидности

33.Основные компоненты локальных вычислительных сетей, их функциональное назначение, их

35.Основные компоненты процедурно-ориентированных (императивных) языков программирования, их

36.Объект данных – определение, перечислите наиболее распространённые типы данных, включённые в

1. Определение информатики, составные части и краткая история развития

Информатикой называется наука о законах и методах изменения, передачи, обработки и хранения информации с использованием математических, технических и программных средств.

История: термин «информатика» был введен на рубеже 60-х–70-х годов практически одновременно во фр анцузской (Informatique) и немецкой (Informatik) научной литературе. Еще раньше в США стало использоваться в аналогичном смысле название Computer Science. У нас употребление термина «информатика» длительное время сдерживалось тем, что он использовался как название области знаний, связанной с архивным делом и документалистикой. Его утвердили лишь после перевода в 1976 г. книги Ф. Бауэра и Г. Гооза «Информатика» и образования в 1983 г. отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации АН СССР. Области знаний информатики:

1.Теоретическая информатика – математическая дисциплина, имеющая в своем составе разделы: математическую логику; вычислительную математику и вычислительную геометрию; системный анализ; исследование операций.

2.Кибернетика – наука об управлении.

3.Программирование – научное направление, которое своим появлением полностью обязано вычи слительным машинам (более всего употребляют слово «кодирование»).

4.Искусственный интеллект – самое молодое направление в информатике. Время появления – начало 1970-х годов.

Основная цель работы – стремление проникнуть в тайны творческой деятельности людей, их способности к овладению н авыками, знаниями и умениями. Примеры разделов ИИ: робототехника, экспертные системы.

5.Информационные системы – направление, истоки которого лежат в области документалистики и анализа научно - технической информации. Включает разделы: анализ и прогнозирование потоков разнообразной информации; исследование способов представления и хранения информации, создание специализированных языков для формального описания информации, разработку приемов сжатия, кодирования информ ации и т.п.; создание информационно-поисковых систем и т.п.

6.Вычислительная техника – самостоятельное направление исследований, в рамках которого решается немало задач, не имеющих прямого отношения к информатике и ее проблемам (микроэлектроника, технология и т.п.).

7.Информатика в обществе – широкое внедрение компьютеров во все сферы человеческой деятельности, которое коренным

образом изменяет среду обитания людей.

8. Информатика в природе – изучение информационных процессов, протекающих в биологических системах, и использование накопленных знаний при организации и управлении природными системами и создании технологических систем. Три самостоятельные науки: биокибернетика, изучающая информационно-управляющие процессы, протекающие в живых организмах (диагностика заболеваний и поиск путей их лечения); бионика (нейрокибернетика), исследующая, насколько принципы работы живых систем могут быть применены в искусственны х объектах; биогеоценология, решающая проблемы, относящиеся к системно-информационным моделям поддержания и сохранения равновесия природных систем и поиска таких

воздействий на них, которые стабилизируют разрушающее воздействие человеческой цивилизации на биомассу земли.

2. Классификация технических средств информатики и их краткая характеристика. Технические средства информатики

Структура современных систем обработки данных (СОД). На рис.2.1 представлена структура СОД в наиболее употребляемых терминах для их обозначения. Сосредоточенные (централизованные) системы — СОД, отдельные компоненты которых располагаются на расстояниях, не превышающих возможности подключения стандартных периферийных устройств и компьютеров. Базовый элемент – однопроцессорный компьютер с последовательной обработкой. К этой категории СОД относятся вычислительные комплексы: 1) многомашинные; 2) многопроцессорные. Первые - несколько близкорасположенных автономных компьютеров, имеющих высокоскоростные каналы связи, что обеспечивает повышение производительности и надежности комплекса. Вторые — единые компьютеры, имеющие большое количество процессоров, обеспечивающих распределенную между ними обработку данных, что может

значительно повысить производительность СОД.

Под вычислительными системами понимают СОД, решающие задачи конкретной области применения. Это узкоспециализированные системы. Под распределенными (децентрализованными) системами понимаются системы, отдельные компоненты которых располагаются на значительном удалении друг от друга. Св язь между ними осуществляется с помощью традиционных линий связи. Нижний уровень распределенных систем занимают системы телеобработки. Применяются для приема информации с удаленных объектов, ее обработки и управления этими объектами.

Вычислительные сети, объединяющие компоненты СОД, перечисленные выше, разделяют на две категории: глобальные, охватывающие большие регионы и использующие стандартные средства телекоммуникаций, и локальные, работающие на ограниченной территории и использующие выделенные, узкоспециализированные линии связи. Эти две категории сетей имеют средства взаимного доступа и по своим техническим характеристикам постепенно сближаются.

3. Основные части компьютера и их краткие характеристики

Компьютер — это электронное устройство, которое состо ит из отдельных частей, размещается на столе и служит для следующих действий с информацией: 1) ввода—получения; 2) хранения—классификации; 3) обработки—редактирования; 4) вывода— отправления.

Главная часть — системный блок, который содержит основные компоненты компьютера. Главные из компонентов компьютера — процессор и оперативная память. Системный блок содержит: 1) большую системную плату; 2) жесткий диск; 3) дисковод для дискет; 4) дисковод для компактов; 5) блок питания, который соединен с электрической сетью и питает все компоненты системного блока.

Компьютерная периферия — все устройства, не входящие в состав системного блока. Периферия делится на два класса: устройства ввода и устройства вывода. Устройство ввода — устройство, позволяющее вводить данные в компьютер или управлять им. Устройства ввода: 1) клавиатура (также управляет компьютером ); 2) мышь (также управляет компьютером ); 3) сканер; 4) микрофон. Устройство вывода выводит информацию из компьютера, в том числе и для чтения человеком. Устройства вывода: 1) монитор; 2) принтер; 3) динамики.

Силовой кабель — это провод, посредством которого системный блок и периферия соединяются с питанием . Сигнальный кабель — это провод, по которому компьютерные устройства обмениваются информацией. Сигнальный кабел ь соединяет между собой: 1) либо периферию с системным блоком в пределах одного компьютера (периферия с периферией не соединяется); 2) либо компьютеры друг с другом. Сетевой кабель — это сигнальный кабель, соединяющий компьютер с другими компьютерами.

Системная, или основная, или материнская, плата — большая печатная плата, на которой размещены две главные компоненты компьютера: 1) процессор; 2) оперативная память. Процессор соединяется специальными проводниками — шинами — с гнездами (слотами, разъемами), к которым и подключаются все остальные компьютерные устройства. Периферийные устройства (кроме клавиатуры и мыши) подключаются сигнальными кабелями к своим картам, которые размещаются в гнездах. Жесткий диск и дисководы, размещенные в системном блоке, подсо единяются сразу к своим гнездам шлейфами — лентами из проводников.

Процессор, или ЦПУ (CPU) — это «мозг» компьютера, большая интегральная микросхема, полупроводниковый кристалл, или просто камень. Процессор выполняет арифметические операции с двоичными чис лами. Частота процессора — главный параметр процессора. Этот параметр является основной характеристикой быстродействия компьютера. Величина частоты примерно соответствует количеству арифметических операций, выполняемых процессором в секунду. Частота процес соров измеряется в герцах. Серия процессора — условный номер модели процессора. При переходе на следующую серию увеличивается скорость обмена данными между процессором и оперативной памятью.

Монитор, или дисплей — устройство вывода компьютером визуальных данных на экран для просмотра пользователем. Частота обновления экрана — это количество кадров в секунду, появляющихся на экране дисплея и обновляющих информацию на нем. Мышь (манипулятор «мышь») — устройство для управления компьютером и ввода данных. На экране монитора мыши соответствует указатель мыши, обычно имеющий вид стрелки, движение по экрану управляется движением мыши по коврику. Сканер — устройство ввода информации, ее сканирования, фотографирования, служащее для копирования картинок окружающей действительности в компьютер. Планшетный сканер размещается на столе. При сканировании на его стекло кладется лист бумаги или развернутая книга с изображением. Проекционный сканер снимает окружающие предметы как фотоаппарат или телекамера. Цифровые камера и видеокамера представляют собой разновидности проекционного сканера. Принтер — устройство вывода информации, которое печатает точками на твердом носителе — бумаге или пленке. Матричный принтер появился первым. Матричный принтер печатает стальными иголками, б ьющими по пишущей ленте, пропитанной типографской краской. При этом на бумаге появляются точки. Поэтому его более правильное название — игольчатый принтер. Затем появился лазерный принтер. Он засвечивает фотовал точечными участками. Затем на засвеченные то чки прилипает мелкий черный порошок. Получившийся рисунок переносится на бумагу или пленку и после нагрева вплавляется в твердый носитель. Струйный принтер печатает краской разных цветов, которая точечными капельками попадает на бумагу или другой твердый носитель, разбрызгиваясь через специальные микросопла.

4. Иерархия запоминающих устройств компьютера, причины многоуровневой организации памяти

Запоминающее устройство (ЗУ) — носитель информации, предназначенный для записи и хранения данных. В основе работы может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям. Структура памяти, в которой можно выделить несколько различных по характеристикам уровней, называется иерархической. При иерархической организации структуры памяти обычно каждый уровень (ступень) памяти с большим быстродействием имеет меньшую емкость ЗУ, использующиеся на самом высоком уровне иерархии имеют наименьшую информационную ёмкость и наибольшее быстродействие. Эту память называют набором регистров и относят к устройствам обработки, она позволяет выполнять некоторые логические и арифметические операции. На следующей ступени иерархии ЗУ ЭВМ находятся сверхоперативные ЗУ (СОЗУ) – устройства, имеющие быстродействие, соизмеримое с быстродействие м процессора, и служащие для хранения информации (чисел и команд), которая наиболее часто встречается в процессе решения задач. На третьей ступени находится большая быстрая память, называемая оперативной. Оперативные ЗУ (ОЗУ) имеют более значительную информационную ёмкость и работают с циклом, в несколько раз большим цикла процессора. Для увеличения

скорости обмена информацией между процессором и ОЗУ последние иногда разделяют на несколько модулей (блоков или секций) и обращаются к различным блокам непосредственно или через СОЗУ. На самом нижнем уровне находится медленная, но вместительная внешняя память. Во внешнем ЗУ (ВЗУ) обычно хранится вся вводимая в машину информация. ВЗУ являются наиболее экономичными для хранения больших массивов информации. Вывод: запоминающие устройства компьютера разделяют, как минимум, на два уровня: основную (главную, оперативную, физическую) и вторичную (внешнюю) память.

Основная память – упорядоченный массив однобайтовых ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес (но мер). Процессор извлекает команду из основной памяти, декодирует и выполняет ее. Для выполнения команды могут потребоваться обращения еще к нескольким ячейкам основной памяти. Обычно основная память изготавливается с применением полупроводниковых технологий и теряет свое содержимое при отключении питания. Вторичную память можно рассматривать как одномерное линейное адресное пространство, состоящее из последовательности байтов. В отличие от оперативной, она

энергонезависима, имеет большую емкость и используется в качестве расширения основной памяти.

Оказывается, при таком способе организации по мере снижения скорости доступа к уровню памяти снижается и частота обращений. Ключевую роль здесь играет свойство реальных программ, в течение ограниченного отрезка времени способных работать с небольшим набором адресов памяти. Это эмпирически наблюдаемое свойство известно как принцип

локальности или локализации обращений. Еще одна причина – стоимость/емкость/время доступа (смотри рисунок).

5. Оперативная память компьютера – назначение, основные характеристики, динамика развития

Предназначена для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно либо через кэш-память.

Основными характеристиками являются объем, время доступа и частота. Объем памяти определяется максимальным количеством информации, которая может быть помещена в эту память, и выражается в кб, Мб, Гб. Время доступа к памяти (секунды) представляет собой минимальное время, достаточное для размещения в памяти единицы информации. Частота – количество выполняемых операций в секунду.

Вся оперативная память, используемая в персональных компьютерах, является памятью со случайным доступом ( RAM). Это значит, что процессор может обращаться к любому байту памяти по номеру столбца и строки, не затрагивая остальные байты. Всего существует два основных вида RAM: динамическая (Dynamic RAM) и статическая (Static RAM). Различия заключается в том, что динамическая память нуждается в частом обновлении содержимого. Статическая память, получив один раз заряд, способна хранить информацию, пока есть питание. Но когда питание отключается , оба типа памяти все «забывают». Статическая память быстрее динамической, однако и стоит значительно дор оже.

Динамика развития. На первых ПК вся оперативная память была представлена одним блоком микросхем памяти. Причем память работала с той же частотой, что и процессор. С появлением 286 и 386 процессоров ситуация изменилась: память перестала успевать поставлять процессору данные. Процессор ждал несколько тактов, пока память передавала ему информацию. Первая память имела время доступа не менее 100 нс. Напряжение питания ОЗУ составляло 5 В.

Позже была разработана специальная быстрая память – FPM (fast page mode, постраничная адресация) Стандартное время доступа к такой памяти было 60-70 нс с частотой системной шины 66 МГц. FPM использовались до 1994 года.

В 1994 году появилась новая архитектура памяти: EDO. Она могла работать даже с частотой шины 75 МГц. Память этого типа использовалась в системных платах до Intel 430 FX, т.е. и в 486 компьютерах, и даже в Pentium'ах. Питание было 5 В или 3.3 В.

В 1997 году на смену EDO приходит SDRAM. Главной особенностью SDRAM стала синхронизация работы с процессором. До этого вся память работала асинхронно, теперь же процессор уже «знал», сколько тактов ему ждать, и он мог начать выполнять следующую операцию, не дожидаясь ответа RAM. Она поддерживает частоту шины 100 МГц. Питание осуществлялось от 3.3 В.

В 1999 Samsung выпускает DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM). Она стала обеспечивать удвоенную пропускную способность за счет работы на обеих границах тактового сигнала (подъем и спад). Питание такой памяти было 2.5 В. Первоначально она работала на частоте 100 МГц, а затем доросла аж до 266 МГц.

На смену DDR пришел DDR2. Основное отличие — вдвое большая частота работы шины, по которой данные передаются в буфер микросхемы памяти, при этом частота самой памяти осталась та же. Питание снизилось до 1,8 В.

На смену DDR2 пришел DDR3, который имеет пониженное на 40% потребление энергии, более высокую полосу пропускания (до 2400 МГц), а также сниженное тепловыделение.

6. Центральный процессор – назначение, структура, основные характеристики

Центральный процессор (ЦП) — исполнитель машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающий за выполнение операций, заданных программами.

Два направления применения ЦП:

1.Используются в комплексе схемных элементов в виде микрокомпьютера, т.е. системы, собранной на одной или нескольких платах и содержащей собственно ЦП, оперативную память и модули ввода-вывода.

2.ЦП, представляя собой семейство больших интегральных схем, встраиваемых как интегральное целое в создаваемую систему

по усмотрению инженеров-проэктировщиков.

По конструкции ЦП подразделяются на:

применительно к той прикладной области, где будет использоваться данный ЦП).

Центральный процессор содержит: 1. арифметико-логическое устройство; 2. шины данных и шины адресов; 3. регистры; 4. счетчики команд; 5. кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт); 6. математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.

2 основных типа архитектуры:

1.CISC (complex instruction set computing) – архитектура с полным набором машинных команд;

2.RISC (reduced instruction set computing) – архитектура с упрощённым набором команд, для мощных рабочих станций.

Основные характеристики ЦП:

1.тип архитектуры или серия (CISC, RISC, Intel x86);

2.система поддерживаемых команд (х86, IA-32, IA 64);

3.расширения системы команд (ММХ – все х86 процессоры, SSE – Pentium 3, SSE2 – Pentium 4, 3Dnow! – процессоры AMD);

4.конструктивное исполнение (Slot 1, Slot 2, Slot А – модульная конструкция с дискретными схемами; Socket 340, Socket 478, Socket A – интегрированная в кристалл кэш-память 2го уровня);

5.тактовая частота (МГц, ГГц);

6.частота системной шины.

7.Расслоение центрального процессора, разновидности периферийных процессоров,

мультизадачная и потоковая обработка

В рамках дальнейшего развития как большие компьютеры, так и самые первые микропроцессоры для персональных компьютеров (Intel 8086) использовали поточную (или многофункциональную) обработку, когда при выполнении очере дной команды часть функциональных элементов ЦП одновременно проводит подготовку к выполнению следующей (загрузку из ОП и ее дешифровку). Дальнейшее расслоение ЦП связано с появлением процессоров ввода-вывода, арифметических процессоров (сопроцессоров), графических, криптографических процессоров и т.п.

Условно периферийные устройства можно разделить на основные, без которых работа компьютера практически невозможна , и прочие, которые подключаются при необходимости.

К основным относятся устройства управления курсором и отчасти модемы (для терминалов и бездисковых станций). Практически к ПК можно подключить любые устройства, которые могут вырабатывать электрические сигналы и/или ими управляться. Периферийные устройства подключаются к компьютеру через внешние интерфейсы или с помощью специализированных адаптеров или контроллеров. Средством стыковки какого -либо устройства и какой-либо шины компьютера является адаптер и контроллер.

Периферийные устройства: связь с сотовым телефоном, аксессуары к ПК, колонки & наушники, игровые устройства, цифровая техника, CompactFlash.

Потоковая обработка - это обработка фото, видео звука и т.п. Обработка информации проходит в реальном времени, все операции проходят без задержек.

Расслоение центрального процессора: в нем находятся регистры – это основные действующие ячейки кэш памяти, обычно двухуровневая. Одна служит для выполнения быстрых операций по регистрам, она меньшего размера, но более быстродействующая, с ней связывается кэш память второго уровня, которая синхронизирует оперативную память , гораздо более медленную, с процессором.

8. Периферийные устройства компьютера – классификация, принципы действия, краткие характеристики

Периферийные устройства – это любые устройства, которые конструктивно отделены от центральной части персонального компьютера (центральная часть персонального компьютера – микропроцессор и оперативная память) и имеют собственное управление. ПУ по своему функциональному признаку делятся на 2 основные группы: ВЗУ (внешние запоминающие устройства)

– служат для долговременного хранения программ и данных ВЗУ - это НГМД, НЖМД, CD-ROM, стримеры. УВВ (устройства ввода-вывода) - служат для преобразования информации из внутреннего представления данных в компьютере (биты, байты) в форму, доступную для пользователя, и обратно. Под пользователем понимаются как люди, так и другие машины (например, какое-то оборудование, которым управляет компьютер). УВВ подразделяются на:

-устройства ввода: клавиатура, мышь, сканер, микрофон, видеокамера, цифровая фотокамера, джойстик, различные датчики.

-устройства вывода: дисплей, принтер, плоттер, акустические системы (колонки, наушники), исполнительные механизмы.

По степени важности для персонального компьютера периферийные устройства делятся на основные и дополнительные. Основные периферийные устройства: дисплей, клавиатура и как минимум один НМД (жесткий или гибкий). Дополнительные периферийные устройства могут поставляться отдельно по специальному заказу. Для подключения периферийных устройств к общей системной шине РС нужны согласующие устройства. Роль согласующих устройств играют адаптеры периферийных устройств (АПУ). ПВВ - порты ввода-вывода для подключения внешних периферийных устройств к компьютеру. Имена - последовательный порт СОМ1 и СОМ2 для подсоединения мыши, модема и т.д. и параллельный порт LPT1 для подсоединения

принтера.

9. Периферийные устройства (ПУ), назначение, разновидности, кодировки и представления информации в ПУ

Основное назначение ПУ – обеспечить поступление в ЭВМ из окружающей среды программ и данных для обработки, а также выдачу результатов работы ЭВМ в виде, пригодном для восприятия человека или для переда чи на другую ЭВМ, или в иной, необходимой форме.. ПУ ЭВМ включают в себя внешние запоминающие устройства, предназначенные для сохранения и дальнейшего использования информации, устройства ввода -вывода, предназначенные для обмена информацией между оперативной памятью машины и носителями информации, либо другими ЭВМ, либо оператором. Входными устройствами могут быть: клавиатура, дисковая система, мышь, модемы, микрофон; выходными – дисплей, принтер, дисковая система, модемы, звуковые системы, другие устройства. С большинством этих устройств обмен данными происходит в цифровом формате. Для работы с разнообразными датчиками и исполнительными устройствами используются аналого -цифровые и цифроаналоговые преобразователи для преобразования цифровых данных в аналоговые и наоборот. Различают последовательную и параллельную передачу данных, необходима синхронизация взаимодействующих устройств. Последовательные интерфейсы применяются для передачи данных на любые расстояния. Однако на короткие расстояния целесообразнее передавать данные байтами, а не битами,

для этого используют параллельные интерфейсы ввода-вывода.

10. Разновидности печатающих устройств, системы машинной графики – краткие характеристики и принципы действия

Печатающие устройства служат для вывода программ, данных и результатов обработки на бумажную ленту различной шир ины, а также на отдельные листы бумаги.

Устройства ударного действия сравнительно дешевы, позволяют изготавливать несколько копий, качество печати вполне удовлетворительное для традиционных применений компьютеров. К недостаткам этих устройств относят повышенный уровень шума и сравнительно невысокую надежность. На больших компьютерах наибольшее распространение в свое время получили высокоскоростные алфавитно - цифровые печатающие устройства (АЦПУ). Скорость печати этих устройств от 600 до 1800 строк в минуту, они относятся к построчно - печатающим устройствам параллельного действия. Знаконоситель в этих устройствах – литерный, обычно вращающийся с высокой скоростью

цилиндрический барабан (может быть шаровой или ленточный носитель литер). Устройство содержало ряд ударных механизмов, равных количеству знаков в строке (длине барабана), а также буферное запоминающее устройство, хранящее информацию об одной строке. На малых компьютерах применялись рычажно-литерные и знакосинтезирующие устройства последовательного действия, в которых печатающий узел последовательно, знак за знаком, пробегает строку. Эти устройства имели невысокую скорость печати, малые размеры и стоимость, так как, во-первых, использовалась кинематика телетайпа (пишущей машинки), а во -вторых, изображение знака создавалось игольчатой матрицей, содержащей 5х7 или 7х9 точек.

Принтеры безударного действия лишены многих недостатков ударных. Наибольшей популярностью в настоящее время пользуются лазерные (электрооптические) и струйные принтеры. Они о бладают очень высокой скоростью печати, очень высоким качеством и надежностью. Однако стоимость таких устройств и их обслуживание значительно дороже, поэтому целесообразно их коллективное использование в приложениях, требующих высокого качества печати.

Печатающие устройства применяются и для изготовления графических изображений (в том числе и цветных), предварительно созданных на экране графического дисплея. Правда, эти устройства принципиально отличаютс я от традиционных графопостроителей (плоттеров), поскольку пишущий узел по следовательно пробегает всю поверхность бумаги строчку за строчкой, оставляя след в местах копируемого изображения (бумага перемещается только в одном направлении). Скорость изготовления рисунка невысока. Можно выделить два вида таких устройств:

1. Устройства графического вывода. К ним относятся координатографы и графопостроители планшетного и рулонного типа. В этих устройствах пишущий узел двигается непосредственно по линии изображения под управлением последовательности команд и программного обеспечения графического вывода. Графопостроители ориентированы на изготовление чертежей различного формата, координатографы обладают несколько более высокой точностью и могут применяться для гра вировки и изготовления печатных плат (при этом пишущий узел заменяется резцом).

2. Устройства ввода графической информации. Это планшетные устройства (дигитайзеры), обеспечивающие считывание, т.е. распознавание графических элементов (точка, линия, элементарный фрагмент) и их кодирование – преобразование в цифровой код по установленным правилам. По степени участия человека в процессе считывания устройства ввода графической информации разделяют на автоматические и полуавтоматические.

11. Разновидности внешних запоминающих устройств (ВЗУ) компьютера, их назначения и краткие характеристики

Внешнее запоминающее устройство - (относительно) медленное запоминающее устройство большой емкости. Целостность содержимого ВЗУ не зависит от того, включен или выключен компьютер . Внешними запоминающими устройствами являются: накопители на жестких магнитных дисках; накопители на гибких магнитных дисках; накопители на компакт-дисках; накопители на магнито-оптических компакт-дисках; Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД, жёсткий диск, винчестер — устройство хранения информации,

основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров. В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевы е или керамические) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В НЖМД используется от одной до нескольких пластин на одной оси. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров, а отсутствие механическо го контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков. Один из главных недостатков НЖМД — это низкая надежность внешним механическим воздействиям (ввиду очень малого расстояния между считывающей головкой и поверхностью диска).

В магнитооптическом устройстве для чтения и записи данных применяется лазер. При записи лазер разогревает маленькую зону носителя, с ростом температуры коэрцитивная сила материала падает, благодаря чему можно намагнитить разогретую зону слабым магнитным полем. При чтении данных луч лазера переключается на меньшую мощность и поляризуется (эффект Керра). Поскольку плоскость поляризации поворачивается при отражении луча от намагниченной среды, второй поляризующий фильтр (называемый анализатором) может преобразовать изменение интенсивности светового луча, которое в свою очередь фиксируется фотодетектором. В этих устройствах считывающая (записывающая) головка удалена от поверхности диска. При этом на дискете (сменной) размером 5,25 дюйма (133 мм) достигается емкость 4,6 Гбайт при времени поиска информации 1 ,8 мс. Эти устройства высоконадежные, позволяют оперативно изменять данные на носителе (в отличие дискет), могут быть представлены и в виде магнитооптических библиотек с автоматической сменой большого количества дискет, общая емкость которых достигает очень больших величин.

НГМД (или флоппи-диски) — накопители на магнитной основе. Они обладают небольшой емкостью и довольно большим временем доступа. Однако их низкая стоимость и отсутствие жестких эксплуатационных требований при исполь зовании и хранении дискет обеспечивают этому виду дисковой памяти высокую популярность у пользователей . Этот вид носителей используется для хранения личных архивов пользователей, очень удобен для обмена как прикладными, так и системными программами небольшого объема. В настоящее время используются дискеты диаметром 89 мм, емкость диска 1,44 Мбайт.

Оптические диски относятся к устройствам хранения информации со сменными носителями (так же, как и магнитная лента, НГМД и т.д.).

12. Накопители на жёстких магнитных дисках (НЖМД), основные функциональные элементы НЖМД, разновидности и краткие характеристики НЖМД

НЖМД имеют металлическую основу, вращаются с высокой скоростью, их считывающие головки находятся на расстоя нии десятых долей микрометра от поверхности диска. Они обладают малым временем доступа, большой емкостью и высокой стоимостью. Поэтому такие диски обычно используются как системные, расширяющие возможности ОП для обеспечения работы операционной системы, ее хранения и загрузки, а также для использования в различных прикладных программах.

Любой современный НЖМД состоит из четырех основных частей: носителя; головки чтения-записи; позиционера; контроллера. Носитель – пакет дисковых пластин, вращающихся на одной оси, на смену дюралюминиевым пластинам (дискам) пришли диски из керамики и стекла. На поверхность диска наносится слой ферромагнетика (в современных дисках – оксид хрома), покрытый сверху тонким слоем алмазоподобного графита (для защиты от механиче ских повреждений). Адресация дисков осуществляется следующим образом – номер диска, цилиндр (набор концентрических дорожек, расположенных на одинаковом у далении от центра вращения), дорожка, сектор (кластер). В современных дисках применяется зонно -битовая запись, имеющая различное количество секторов на дорожках с различным удалением от центра.

Благодаря аэродинамическому эффекту головка чтения-записи «летит» над поверхностью диска под воздействием потока предварительно очищенного воздуха. У первых винчестерских дисков рас стояние между поверхностью диска и головкой равнялось 0,5 мкм, у современных дисков оно достигает 0,07 – 0,05 мкм (что естественно повышает плотность записи и емкость дисков). На смену ферритовым головкам пришли композитные, магниторезистивные, тонкоп леночные.

Позиционер – устройство, наводящее головку на нужную дорожку. Существует два варианта привода – поворотный и линейный, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки. Схожесть в том, что в обоих случаях привод осуществляется с помощью соленоидов.

Контроллер обеспечивает согласованное управление всеми элементами диска и передачу данных между компьютером и дисками.

Накопители на жестких магнитных дисках в зависимости от вида компьютера различаются:

по типу интерфейса — для персональных компьютеров, для серверов, для мейнфреймов и т.д.; по типу размера накопителей – 3,5 дюйма для настольных систем, 2,5 дюйма для ноутбуков и других переносных систем; по скорости вращения шпинделя: 15000, 10000, 7200, 5400 и 4200 об/мин.

Один из главных недостатков НЖМД, являющегося на сегодняшний день основным систе мным ВЗУ, это низкая надежность к внешним механическим воздействиям (ввиду очень малого расстояния между считывающей головкой и поверхностью диска).

Характеристики НЖМД:

Интерфейс — совокупность линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил (протокола) обмена (IDE, SATA, USB, FireWire).

Ёмкость — количество данных, которые могут храниться накопителем. Производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются величины, кратные 1000. Так, например, ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 ГБ», составляет

186,2 ГиБ.

Физический размер (форм-фактор). Почти все современные накопители для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма — под размер стандартных креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках.

Время произвольного доступа — время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Диапазон этого параметра невелик — от 2,5 до 16 мс.

Скорость вращения шпинделя — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят

накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

Сопротивляемость ударам — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

Скорость передачи данных при последовательном доступе: внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с; внешняя зона диска: от

60,0 до 111,4 Мб/с.

Объём буфера — буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В дисках 2009 года он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.

13. Оптические и магнитооптические ВЗУ, динамика их развития, разновидности и краткие характеристики

Запоминающие устройства – устройства, которые служат для ввода/вывода и хранения информации в компьютере и переноса ее между ними. Внешние запоминающие устройства обеспечивают как оперативную работу с оперативной памятью ЭВМ, так и длительное хранение информации.

Магнитооптический диск – носитель информации, сочетающий свойства оптических и магнитных накопителей. Магнитооптический диск взаимодействует с операционной системой как жесткий диск, поэтому он может быть отформатирован в стандартную файловую систему. Магнитооптический диск изготавливается с использованием ферромагнетиков.

Первые магнитооптические диски (середина 80x) были размером с 5,25" дискету, потом появились диски размером 3,5". Емкость таких дисков составляет не менее 640 мегабайт. Из них могут создаваться магнитооптические библиотеки с автоматической сменой дисков (время на смену дисков составляет несколько секунд), емкость которых измеряется сотнями гигабайт.

Запись на магнитооптический диск осуществляется по следующей технологии: излучение лазера разогревает участок дорожки выше температуры точки Кюри, после чего электромагнитный импульс изменяет намагниченность, создавая отпечатки, эквивалентные питам на оптических дисках. Считывание осуществляется тем же самым лазером, но на меньшей мощности, недостаточной для разогрева диска: поляризованный лазерный луч проходит сквозь материал диска, отражается от подложки, проходит сквозь оптическую систему и попадает на датчик. При этом в зависимости от намагниченности изменяется плоско сть поляризации луча лазера (эффект Керра), что и определяется датчиком.

Преимущества: слабая подверженность механическим повреждениям; слабая подверженность магнитным полям; гарантированное качество записи.

Недостатки: относительно низкая скорость записи; высокое энергопотребление; высокая цена как самих дисков, так и накопителей; малая распространённость.

Оптический диск (optical disc) — собирательное название для носителей информации, выполненных в виде дисков, чтение с которых ведётся с помощью оптического излучения. Диск обычно плоский, его основа сделана из поликарбоната, на который нанесён специальный слой, который и служит для хранения информации.

Принцип работы оптического диска: для считывания информации используется обычно луч лазера, который н аправляется на специальный слой и отражается от него. При отражении луч модулируется мельчайшими выемками на специальном слое, на основании декодирования этих изменений устройством чтения восстанавливается записанная на диск информация.

Первое поколение (Laserdisc (LD),CD700mb Магнитооптические диски), второе (DVD 4 Гб, UMD, MD), третье (Blu-ray Disc 16 Гб, HD DVD), четвертое (Голографический многоцелевой диск (Holographic Versatile Disk 200Gb)). Скорости чтения (1

поколение - 1.17 -65.62 Mbit/s), (2 поколение - 10.55 - 210.94 Mbit/s), (3 поколение - 36 - 432 Mbit/s).

14. Системы графического ввода/вывода (пассивные и интерактивные), назначение и краткие характеристики

Системы графического ввода:

Дигитайзер – это устройство для ввода графических данных, таких как чертежи, схемы, планы и т.п. Он состоит из планшета, соединенного с ним визира или специального карандаша. Перемещая карандаш по планшету, пользователь рисует изображение, которое выводится на экран.

Сканер – это устройство ввода графических изображений в компьютер. В сканер закладывается лист бумаги с изображением. Устройство считывает его и пересылает компьютеру в цифровом виде. Во время сканирования листа с изображением плавно перемещается мощная лампа и линейка с множеством расположенных на ней в ря д светочувствительных элементов. Каждый элемент вырабатывает сигнал, пропорциональный яркости отраженного света от участка бумаги, расположенного напротив него. Яркость отраженного луча меняется из-за того, что светлые места сканируемого изображения отража ют гораздо лучше, чем темные, покрытые краской. В цветных сканерах расположено три группы светочувствительных элементов, обрабатывающих соответственно красные, зеленые и синие цвета. Таким образом, каждая точка изображения кодируется как сочетание сигналов , вырабатываемых светочувствительными элементами красной, зеленой и синей групп. Закодированный таким образом сигнал передается на контроллер сканера в системный блок. Различают сканеры ручные, протягивающие и планшетные. В ручных сканерах пользователь сам ведет сканер по поверхности изображения или текста. Протягивающее устройство таких сканеров последовательно перемещает все участки сканируемого листа над неподвижной светочувствительной матрицей. Планшетные сканеры состоят из пластикового корпуса, закрываемого крышкой. Верхняя поверхность корпуса выполняется из оптически прозрачного материала, на который кладется сканируемое изображение. После этого изображение закрывается крышкой и производится сканирование. В процессе сканирования под стеклом перемещаетс я лампа со светочувствительной матрицей.

Главные характеристики сканеров – это скорость считывания, которая выражается количеством сканируемых станиц в минуту (pages per minute – ppm), и разрешающая способность, выражаемая числом точек получаемого изображе ния на дюйм оригинала

(dots per inch – dpi).

Системы графического вывода:

Монитор (дисплей) является основным устройством вывода графической информации. Любое изображение на экране монитора образуется из светящихся разными цветами точек (пикселей). Пиксель – это самый мелкий элемент, который может быть отображен на экране. Мониторы подразделяются на ЭЛТ (Catode Ray Tube – CRT) и ЖК ( Liquid Crystal Display – LCD).

В ЭЛТ мониторах изображение формируется с помощью зерен люминофора – вещества, которое светится под воздействием электронного луча. Различают три типа люминофоров в соответствии с цветами их свечения: красный, зеленый и синий. Цвет каждой точки экрана определяется смешением свечения трех разноцветных точек (триады), отвечающих за данный пиксель. Яркость соответствующего цвета меняется в зависимости от мощности электронного пучка. Под действием ускоряющего напряжения электроны разгоняются и достигают поверхности экрана, покрытой люминофором, который начинает светиться. Управление пучком электронов осуществляется отклоняющей и фокусирующей системой, которые состоят из набора катушек и пластин, воздействующих на электронный пучок с помощью магнитного и электрического полей. В соответствии с сигналами развертки, подаваемыми на электронную пушку, электронный луч пробегает по каждой строчке экрана, последовательно высвечивая соответствующие точки люминофора. Дойдя до последней точки, луч возвращается к началу экрана. Таким образом, в течение определенного периода времени изображение перерисовывается. Частоту смены изображений определяет частота горизонтальной синхронизации. Это один из наиболее важных параметров монитора, определяющих степень его вредного воздействия на глаза.

Жидкокристаллические мониторы имеют меньшие размеры, потребляют меньше электроэнер гии, обеспечивают более четкое статическое изображение. Принцип отображения на жидкокристаллических мониторах основан на поляризации света. Источником излучения здесь служат лампы подсветки, расположенные по краям жидкокристаллической матрицы. Свет от источника света однородным потоком проходит через слой жидких кристаллов. В зависимости от того, в каком состоянии находится кристалл, проходящий луч света либо поляризуется, либо не поляризуется. Далее свет проходит через специальное покрытие, которое пропускает свет только определенной поляризации. Там же происходит окраска лучей в нужную цветовую палитру.

Принтеры:

Матричные принтеры схожи по принципу действия с печатной машинкой. Печатающая головка формирует изображение из множества точек, ударяя иголками по красящей ленте. Красящая лента перемещается через печатающую головку с помощью микроэлектродвигателя. Соответствующие точки в месте удара иголок отпечатываются на бумаге, расположенной под красящей лентой. Бумага перемещается в продольном направлении после формирования каждой строчки изображения.

Струйный принтер относится к безударным принтерам. Изображение в нем формируется с помощью чернил, которые распыляются через капилляры печатающей головки.

Лазерный принтер также относится к безударным принтерам. Он формирует изображение постранично. Первоначально изображение создается на фотобарабане, который предварительно электризуется статическим электричеством. Луч лазера в соответствии с изображением снимает статический заряд на белых участках рисунка. Затем на барабан наносится специальное красящее вещество – тонер, который прилипает к фотобарабану на участках с неснятым статическим зарядом. Затем тонер переносится на бумагу и нагревается. Частицы тонера плавятся и прилипают к бумаге.

К основным характеристикам принтеров относятся: ширина каретки, которая обычно соответствую бумажному формату А3 или А4; скорость печати, измеряемая количеством листов, печатаемых в минуту; качество печати, определяемое разрешающей способностью принтера – количеством точек на дюйм линейного изображения. Чем разрешение выше, тем лучше качество печати; расход материалов: лазерным принтером – порошка, струйным принтером – чернил, матричным принтером – красящих лент.

Плоттер (графопостроитель) – это устройство для отображения векторных изображений на бумаге, кальке, пленке и других подобных материалах. Плоттеры снабжаются сменными пишущими узлами, которые могут перемещаться вдоль бумаги в продольном и поперечном направлениях. В пишущий узел могут вставляться цветные перья или ножи для резки бумаги. Графопостроители могут быть миниатюрными, а могут быть настолько большими, что на них можно вычертить кузов автомобиля или деталь самолета в натуральную величину.

15.Разновидности компьютерных мониторов, их основные характеристики, области применения, виды устройств, ввод информации, используемые в устройствах

вывода на базе мониторов

Монитор (дисплей) компьютера – это устройство, предназначенное для вывода на экран текстовой и графической информации. Электронно-лучевые мониторы. Существующие сегодня мониторы отличаются устройством, размером диагонали экрана, частотой обновления картинки, стандартами защиты и многим другим. Первые электронно -лучевые мониторы были векторными. В мониторах этого типа электронный пучок создает линии на экране, пе ремещаясь непосредственно от одного набора координат к другому. Из-за этого нет необходимости разбивать экран на пиксели. Позднее появились мониторы с растровым сканированием. В них электронный пучок сканирует экран слева направо и сверху вниз, пробегая ка ждый раз всю поверхность экрана. Следующим шагом в развитии электронно -лучевых мониторов стало цветное изображение, для получения которого необходимо было использовать не один, а три электронных пучка. Каждый из них высвечивал определенные точки на поверхности дисплея. Одной из основных характеристик такого монитора является частота обновления экрана. Для электроннолучевых мониторов достаточной частотой обновления экрана считается 85 Гц. Эта величина показывает, сколько раз в секунду будет обновляться картинка на экране. Разрешение показывает, сколько точек располагается по вертикали и сколько по горизонтали.

Еще один тип мониторов – жидкокристаллические (LCD). Первые жидкокристаллические материалы были открыты более 100 лет назад австрийским ученым Ф. Ренитцером. Со временем было обнаружено большое число материалов, которые можно использовать в качестве жидкокристаллических модуляторов, однако практическое использование технологии началось сравнительно недавно. Технология LCD-дисплеев основана на уникальных свойствах жидких кристаллов.

Газоразрядные или плазменные панели (PDP). Принцип действия плазменной панели основан на свечении специальных люминофоров (фосфоресцирующие вещества) при воздействии на них ультрафиолетового излучения. В свою очередь это излучение возникает при электрическом разряде в среде сильно разреженного газа. При таком разряде между электродами с управляющим напряжением образуется проводящий «шнур», состоящий из ионизированных молекул газа (плазмы) (аналогичный принцип работы реализован в лампах дневного света – газ в колбе (стеклянной трубе) начинает светиться при пропускании напряжения через него). Поэтому газоразрядные панели, работающие на этом принципе, и получили название «газоразрядных» или «плазменных» панелей.

Плазменные панели создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными поверхностями инертным газом. Все пространство разделяется на множество пикселей (элементов изображения), каждый из которых состоит из трех подпикселей, соответствующих одному из трех цветов (красный, зеленый и синий).

Дисплей (монитор) – необходимое устройство вывода информации. Дисплей может работать в 2-х режимах: текстовый и графический.

Текстовый режим – для вывода символов. Экран разбивается на 80 вертикальных полосок, каждая из них, как правило, разбита на 25 частей по горизонтали (иногда – 43 или 45). Каждый полученный прямоугольник называется знакоместом. В нем размещается 1 символ. Знакоместо состоит из пикселей. Часть пикселей используется для изображения символа (передний план), а остальные образуют фон. Для изображения символа в текстовом режиме используется 16 цветов, а для изображения фона – 8 цветов. Текущую позицию (знакоместо, в котором появится следующий введенный с клавиатуры символ) указывает мигающая метка – курсор. После вывода символа в этом знакоместе курсор см ещается на одну позицию (знакоместо) вправо.

Графический режим – каждый пиксель экрана используется отдельно. Обычно курсор не выводится. Но в некоторых задачах возможен вывод на экран графического курсора (он отличается по виду от текстового курсора).

Дисплей подключается к ПК через устройство сопряжения – видеоадаптер. Видеоадаптер имеет собственную память для хранения изображения, выводимого на экран. Объем этой памяти определяет количество цветов в цветовой палит ре и разрешающую способность экрана. Наиболее известны видеоадаптеры CGA, EGA, VGA, SVGA.

16. Определение архитектуры компьютера, понятие интерфейса и его разновидности

Архитектура ЭВМ – это общее описание структуры и функций ЭВМ, ее ресурсов.

Интерфейс – совокупность унифицированных, аппаратурных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных элементов в автоматизированных систем ах сбора и обработки информации при условиях, предписанных стандартом и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости Виды интерфейса: системный (внутрисистемный), периферийное оборудование, программируемый прибор, магистрально-модульный, микропроцессорные системы, локальные вычислительные системы.

17. Параллельная обработка – различные варианты построения архитектуры компьютера (классификация Флинна)

По-видимому, самой ранней и наиболее известной является классификация архитектур вычислительных систем, предложенная в 1966 году М. Флинном. Классификация базируется на понятии потока, под которым понимается последовательность элементов, команд или данных, обрабатываемая процессором. На основе числа потоков команд и потоков данных Флинн выделяет четыре класса архитектур: ОКОД (SISD), МКОД (MISD), ОКМД (SIMD), МКМД (MIMD).

ОКОД (SISD) (single instruction stream / single data stream) – одиночный поток команд и одиночный поток данных. К этому классу относятся, прежде всего, классические последовательные машины, или, иначе, машины фон-неймановского типа, например, PDP11 или VAX 11/780. В таких машинах есть только один поток команд, все команды обрабатываются последовательно друг за другом и каждая команда инициирует одну операцию с одним потоком данных. Не имеет значения тот факт, что для увеличения скорости обработки команд и скорости выполнения арифметических операций может применяться конвейерная обработка – как машина CDC 6600 со скалярными функциональными устройствами, так и CDC 7600 с конвейерными попадают в этот класс.

ОКМД (SIMD) (single instruction stream / multiple data stream) – одиночный поток команд и множественный поток данных. В архитектурах подобного рода сохраняется один поток команд, включающий, в отличие от предыдущего класса, векторные команды. Это позволяет выполнять одну арифметическую операцию сразу над многими данными – элементами вектора. Способ выполнения векторных операций не оговаривается, поэтому обработка элементов вектора может производится либо процессорной матрицей, как в ILLIAC IV, либо с помощью конвейера, как, наприм ер, в машине CRAY-1.