- •Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тульский государственный университет»
- •Конспект лекций
- •Информатика
- •Содержание
- •Системы счисления. Позиционные и непозиционные системы
- •2.1. Кодирование текста
- •2.2. Растровая и векторная графика
- •2.3. Представление цвета
- •2.4. Представление звука. Ацп. Цап
- •3.1. Принцип фон Неймана
- •3.2. Общая структурная схема процессора
- •3.3. Арифметико-логическое устройство (алу)
- •3.4. Адрес ячейки памяти
- •3.5. Регистры процессора
- •3.6. Как процессор складывает два числа
- •4.1. Эволюция средств вычислений
- •4.2. Эволюция эвм
- •4.3. Поколения эвм
- •5.1. Эволюция персональных эвм
- •5.2. Классификация эвм
- •6.1. Программное обеспечение
- •6.2. Функции ос
- •6.3. Трансляция программ
- •6.5. Декомпозиция
- •6.6. Объектно-ориентированное программирование
- •7.1. Понятие алгоритма. Свойства алгоритма
- •7.2. Способы записи алгоритма: псевдокод, блок-схема
- •7.3. Преобразование программы в машинные коды. Интерпретаторы и компиляторы
- •7.4. Оптимизация кода для повышения эффективности
- •7.5. Структура ide. Отладка программ
- •8.1. Описание структуры проекта
- •8.2. Описание структуры модуля
- •8.3. Описание элементов программ
- •8.4. Алфавит языка программирования
- •8.5. Идентификаторы, константы, выражения
- •9.1. Целая и вещественная арифметика
- •9.2. Приоритет операций
- •9.3. Встроенные функции. Построение сложных выражений
- •10.1. Встроенные типы данных. Целые типы. Представление знака числа. Арифметическое переполнение
- •10.1.1. Встроенные типы данных
- •10.1.2. Целые типы
- •10.1.3. Представление знака числа
- •10.1.4. Арифметическое переполнение
- •10.2. Вещественные типы. Сопроцессор
- •10.3. Текстовые типы
- •10.4. Логический тип
- •10.5. Оператор присваивания. Совместимость типов по присваиванию
- •11.1. Устройства вывода
- •11.2. Объекты, обеспечивающие вывод данных на экран
- •11.2.1. Перечень компонентов ввода и отображения текстовой информации
- •11.2.2. Отображение текста в надписях компонентов Label, StaticText и Panel
- •11.2.3. Окна редактирования Edit и MaskEdit
- •11.2.4. Многострочные окна редактирования Memo и RichEdit
- •11.2.5. Группа радиокнопок – компонент RadioGroup
- •Ввод и отображение целых чисел — компоненты UpDown и SpinEdit
- •11.2.6. Компоненты выбора из списков — ListBox, CheckBox, CheckListBox и ComboBox
- •11.2.7. Таблица строк — компонент StringGrid
- •11.2.8. Функция InputBox
- •11.2.9. Процедура ShowMessage
- •11.3. Вывод в текстовый файл
- •11.3.1. Объявление файла
- •Назначение файла
- •11.3.2. Вывод в файл
- •11.3.3. Открытие файла для вывода
- •11.3.4. Ошибки открытия файла
- •11.3.5. Закрытие файла
- •11.4. Устройства ввода. Ввод с клавиатуры. Реакция на действия пользователя
- •11.4.1. Устройства ввода
- •11.5. Ввод из файла
- •11.5.1. Открытие файла
- •11.5.2. Чтение данных из файла
- •11.5.3. Чтение чисел
- •11.5.4. Чтение строк
- •12.1. Ветвление
- •12.2. Логические (булевские) операции
- •12.3. Составной оператор
- •12.4. Оператор ветвления if
- •12.5. Оператор ветвления case
- •12.6. Исключительные ситуации
- •13.1. Функции цикла в программе. Циклы с пред- и постусловием
- •13.2. Оператор While. Вечные циклы
- •13.3. Вечные циклы
- •13.4. Оператор repeat. Процедуры inc и dec
- •13.5. Цикл с переменной for
- •13.6. Команды break и continue
- •13.7. Вложенные циклы
- •13.8. Примеры задач с циклами
- •14.1. Объявление массива
- •14.2. Операции с массивами
- •14.2.1. Вывод массива
- •14.2.2. Ввод массива
- •14.2.3. Поиск минимального (максимального) элемента массива
- •14.2.4. Поиск в массиве заданного элемента
- •14.3. Ошибки при использовании массивов
- •15.1. Создание пользовательских функций. Передача аргументов
- •15.2. Глобальные и локальные переменные
- •15.3. Примеры написания пользовательских функций
- •15.4. Процедуры
- •15.5. Процедуры программиста
- •15.6. Передача параметров по ссылке и значению
- •15.7. Перегрузка процедур и функций
- •15.8. Упреждающее объявление процедур и функций (forward)
- •16.1. Основные понятия компьютерной графики
- •16.2. Получение сведений о режимах экрана. Эффекты прозрачности
- •16.3. Графические построения
- •16.4. Построение графиков функций
- •16.5. Использование компонента tChart
- •16.6. Обновление изображения
- •17.1. Анимация на основе операции xor
- •17.2. Буферизация фона
- •17.3. Работа с таймером
- •18.1. Виды диалога
- •18.2. Стандарты пользовательского интерфейса
- •18.2.3. Размеры окон
- •18.2.2. Размеры элементов управления
- •Надписи на элементах управления:
- •18.2.4. Схема расположения
- •19.1. Технология mmx
- •19.2. Мультимедийные аппаратные интерфейсы
- •20.1. Тест Тьюринга
- •20.2. Представление знаний и вывод на знаниях
- •20.3. Модели представления знаний
- •20.4. Вывод на знаниях
- •21.1. Основы телекоммуникаций и распределенной обработки информации
- •21.2. Каналы связи
- •21.2.1. Аналоговые и цифровые каналы
- •21.2.2. Коммутируемые и выделенные каналы
- •21.2.3. Двух- и четырехпроводные каналы
- •21.3. Семиуровневая модель osi
- •21.3.1. Физический уровень
- •21.3.2. Канальный уровень
- •21.3.3. Верхние уровни osi
- •21.4. Управление потоком
- •21.5. Технология "клиент-сервер"
- •22.1. Методы защиты информации
- •22.2. Основы криптографии
- •22.3. Симметричные криптосистемы
- •22.3.1.Моно- и многоалфавитные подстановки
- •22.3.2. Перестановки
- •22.3.3. Гамирование и блочные шифры
- •22.4. Алгоритмы цифровой подписи
- •22.5. Сжатие данных
- •22.5.1. Методы сжатия изображений
- •22.6. Понятие об экономических и правовых аспектах информационных технологий
5.1. Эволюция персональных эвм
История развития ПЭВМ неразрывно связана с успехами в области микроэлектроники. В 1971 году фирма Intel изготовила первый в мире 4-разрядный микропроцессор 4004. В 1972 году был выпущен микропроцессор 4040, в 1973 году – первый 8-разрядный микропроцессор 8008. В 1974 году фирма Intel выпустила усовершенствованный вариант 8080, который до начала 80-х годов стал фактическим стандартом для микрокомпьютерной индустрии.
Историю ПЭВМ принято отсчитывать от 1975 года, когда в США появилась первая коммерчески распространяемая микроЭВМ фирмы MITS с поэтическим названием "Альтаир-8800", построенная на основе микропроцессора 8080. Хотя возможности новой микроЭВМ были весьма ограничены и продавалась она как набор готовых плат и узлов, ее появление в компьютерном мире было встречено с большим энтузиазмом. В первые же месяцы было продано несколько тысяч комплектов. Пользователи "Альтаира" стали ее усовершенствовать, снабжая дополнительными устройствами. В том же 1975 году Билл Гейтс и Пол Аллен, ставшие впоследствии основателями крупнейшей фирмы по производству программных продуктов Microsoft, создали для "Альтаира" систему программирования на языке Бейсик, что позволило пользователям легко общаться с компьютером и разрабатывать для него программы. Все это также способствовало популярности первых персональных микроЭВМ.
Успех фирмы MITS, сегодня уже не существующей, заставил многие фирмы заняться производством ПЭВМ. К началу 80-х годов спрос на них возрос до сотен тысяч штук в год, они стали продаваться в полной комплектации, для них стали разрабатываться коммерчески распространяемые программы.
Следующая удачная модель ПЭВМ была создана в буквальном смысле "на коленке" в гараже двумя молодыми американцами С. Возняком и С. Джобсом в 1976 году. Она получила название Apple-I. В 1977 году была изготовлена более совершенная модель Apple-II, оснащенная микропроцессором фирмы Motorola. Это был первый прообраз современного мультимедийного компьютера, который предоставлял возможности программирования цветной графики и звука. Компьютеры Apple-II оказались очень популярными в конце 70-х годов – их было продано порядка трех миллионов штук. В результате домашняя мастерская двух молодых людей превратилась в известную фирму Apple Computer. Отечественный аналог Apple-II выпускался под наименованием "Агат". Другими популярными моделями ПЭВМ в это время были TRS-80 и Osborne.
Первые ПЭВМ оснащались 8-разрядными микропроцессорами и по своим возможностям были еще далеки от профессиональных ЭВМ. Однако распространение ПЭВМ в конце 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие и малые ЭВМ. Поэтому фирма IBM, ведущая компания по производству больших ЭВМ, решила попробовать свои силы и на рынке ПЭВМ. Разработки в этой области начались в 1980 году, причем решено было не конструировать новую ЭВМ "с нуля", а использовать блоки, изготовляемые другими фирмами. В качестве основного процессора был выбран новейший в то время 16-разрядный микропроцессор 8088 фирмы Intel, базовый объем оперативной памяти составлял 16 Кбайт с возможностью расширения до 64 Кбайт (впоследствии базовый объем памяти был увеличен до 64 Кбайт). В качестве внешних запоминающих устройств использовался односторонний 5-дюймовый гибкий магнитный диск (дискета) емкостью 160 Кбайт и кассетный магнитофон. Видеосистема была построена на 12-дюймовом монохромном мониторе, отображающем только текстовую информацию.
12 августа 1981 года новая ПЭВМ под названием IBM PC (Personal Computer) была официально представлена публике, а примерно через два года она заняла ведущее место на компьютерном рынке, вытеснив модели ПЭВМ с 8-разрядными микропроцессорами. Поставки IBM PC в Европу начались в январе 1983 года.
В марте 1983 года появилась новая модель ПЭВМ фирмы IBM – PC/XT (eXtended Technology). Этот компьютер уже был оснащен накопителем на жестких магнитных дисках (НМЖД) емкостью 10 Мбайт и цветной видеосистемой, работающей в текстовом и графическом режимах. В том же году фирма Apple выпустила новые модели ПЭВМ – Apple-IIe и Lisa.
В 1984 году IBM выпускает компьютер PC/AT (Advanced Technology), построенный на новом, более производительном микропроцессоре Intel-80286 (выпущен в 1982 году). С тех пор компьютеры PC/AT фактически стали стандартом абсолютного большинства ПЭВМ. Уже в 1982 году фирма Columbia Data Products выпустила первую IBM-совместимую ПЭВМ и тем самым прекратила монополию фирмы IBM на производство своих ПЭВМ. Сегодня IBM-совместимые ПЭВМ составляют более 90% всех производимых в мире персональных компьютеров. Сама фирма IBM в 1987 году прекратила производство компьютеров PC/XT/AT и начала выпускать другое семейство ПЭВМ – PS/2 (Personal System/2), отличающееся по архитектуре от IBM PC.
Продолжать развитие линии IBM PC/XT/AT стали другие изготовители вычислительной техники, используя 32-разрядные микропроцессоры семейств 80386, 80486, Pentium фирмы Intel, а также аналогичные микропроцессоры фирм AMD, Cyrix, UMC, IDT, VIA и других производителей. Удельный вес продукции Intel на рынке микропроцессоров в 2000 году составил более 75%, AMD – около 24%. Мировыми лидерами по производству готовых ПЭВМ в настоящее время являются фирмы Compaq, Dell, Hewlett-Packard, IBM, NEC, Gateway, Acer, Packard Bell, Toshiba.
Конкуренцию монополии IBM-совместимых компьютеров составляют ПЭВМ семейства Macintosh фирмы Apple Computer, которая развивает свою собственную линию архитектуры ПЭВМ. Первый компьютер Macintosh был выпущен в 1984 году и уже был оснащен 32-разрядным микропроцессором (раньше, чем IBM PC). Именно на компьютерах Macintosh впервые стали широко применяться графические средства общения с пользователем и манипулятор "мышь", ставшие неотъемлемым атрибутом всех современных ПЭВМ. Компьютеры фирмы Apple наиболее успешно применяются как учебные и бытовые ПЭВМ.
Оригинальными моделями ПЭВМ, несовместимыми с продукцией фирм IBM и Apple и выпускавшимися в 80-х годах, были компьютеры семейств PET и Amiga фирмы Commondore, Atari и ABAQ фирмы Atari, ZX Spectrum фирмы Sinclair Research, Apricot фирмы Kwest. Но эти машины в качестве профессиональных практически не использовались и были заметны только на рынках бытовых и учебных компьютеров.
Когда в конце сороковых годов ХХ века только появились первые ЭВМ, мало кому приходило в голову, что в конце тысячелетия это будет самый продаваемый товар. В этой связи будет интересно вспомнить широко известную фразу бывшего президента фирмы IBM Томаса Уотсона, который в 1948 году заявил: "Миру нужна разве что дюжина компьютеров". Серийное производство ЭВМ началось в начале 50-х годов, и их парк стал увеличиваться стремительными темпами. Если в 1952–1953 годах число ЭВМ исчислялось десятками, то в 1965 году во всем мире использовалось около 40 тысяч ЭВМ, в 1970 году – свыше 100 тысяч, в 1975 году – более 200 тысяч.
Только в 1996 году в мире было продано около 70 млн персональных компьютеров, в том числе в США – 26,5 млн, и с каждым годом объемы выпуска компьютеров неуклонно растут. Начиная с 1996 года, в России каждый год продается более 1 млн персональных компьютеров. По сравнению с США и странами Западной Европы эта величина не очень большая, но с учетом состояния отечественной экономики этот объем продаж является значительным. Темпы роста объема продаж компьютеров в России в середине 90-х годов составили 25%, а в мире в целом – 16%. К началу 1996 года в мире насчитывалось около 200 млн персональных компьютеров, примерно 80% из них – это IBM-совместимые машины. Общее количество персональных компьютеров в России в 2000 году оценивалось в 7 млн.
Причинами столь грандиозного успеха IBM-совместимых ПЭВМ стали следующие факторы:
-
невысокая стоимость;
-
высокая надежность;
-
высокая ремонтопригодность;
-
низкие эксплуатационные издержки;
-
возможность легкой модернизации компьютера в соответствии с требованиями по применению или с целью компенсации морального износа;
-
простота пользования;
-
высокие возможности по переработке информации;
-
компактная конструкция;
-
наличие развитой системы программного обеспечения, охватывающего практически все сферы человеческой деятельности.
Мощные ПЭВМ, объеденные в информационно-вычислительную сеть, способны обеспечить работу многих пользователей одновременно. В настоящее время стирается граница между ПЭВМ и АРМ: во-первых, технические характеристики ПЭВМ сопоставимы с техническими характеристиками АРМ и даже лучше; во-вторых, на базе ПЭВМ можно легко построить АРМ, снабдив ее специальным оборудованием и соответствующим программным обеспечением.