Лекция №1

Информатика как наука

Информатика – комплексная техническая наука, которая систематизирует приёмы создания, сохранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Предметы информатики как науки составляют:

• Аппаратное обеспечение вычислительных средств;

• Программное обеспечение вычислительных средств;

• Средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Средства взаимодействия в информатике принято называть интерфейсом.

Средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения называют программно-аппаратным интерфейсом, а средства взаимодействия человека с программными и аппаратными средствами – интерфейсом пользователя.

С

Математические методы, модели, алгоритмы (brain ware)

Программные средства (soft ware)

Технические средства (hard ware)

труктура информатики

Информатика

Фундаментальная наука

Прикладная дисциплина

Отрасль производства

Технические средства – компьютеры, связанные с ними периферийные устройства и линии связи, то есть те материальные ресурсы, с помощью которых происходит преобразование информации.

Программные средства (ПО) – операционные системы, интегрированные оболочки, системы программирования и проектирования программных продуктов, различные прикладные пакеты.

Математические методы модели, алгоритмы - базис, который положен в основу проектирования и изготовления любого программного или технического средства.

Отрасль производства – занимается практическим использованием ресурсов и исследованием информатики, как фундаментальной науки.

Фундаментальная наука – подразумевает собой разработку абстрактных методов, моделей и алгоритмов, а так же связных с ними математических теорий. Её направлением является исследование процессов преобразования информации и на основе этих исследований разработка соответствующих теорий, методов, моделей и алгоритмов, которые затем применяются на практике.

Практическая дисциплина – занимается подготовкой специалистов в области преобразования информации и методологией разработки конкретных информационных технологий и систем, так же изучает закономерности протекания информационных процессов в конкретных областях.

Основой знаний информатики как науки является систематизация приёмов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники.

Цель систематизации состоит в том. Чтобы выделять, внедрять и развивать передовые эффективные технологии автоматизации работы с данными, а так же обеспечивать новые технологии исследования.

Л

Информатика

екция №2

Теоретическая наука

Практическая наука

Практическая информатика – основными направлениями являются:

1. Архитектура вычислительных систем (приёмы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);

2. Интерфейсы вычислительных систем (приёмы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);

3. Программирование (приёмы, методы и средства разработки комплексных задач);

4. Преобразование данных (приёмы, методы и средства преобразования структур данных);

5. Защита информации (обобщение приёмов, разработка методов и средств защиты информации);

6. Автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);

7. Стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными методами, а так же между формами представления данных, относящихся к разным типам вычислительных систем).

Теоретическая информатика – основана на теории информации.

Теория информации – наука о проблемах сбора, преобразования, передачи, хранения, обработки и отображения информации.

Теория информации базируется на методах теории вероятности, математической статистики, линейной алгебры и других разделах математики.

В основном используется:

1. Для анализа процессов в различных информационных системах, то есть системах, основой функционирования которых является процесс преобразования информации;

2. В компьютерной технике для оценки быстродействия, точности и надёжности систем сжатия и защиты информации, согласования сигналов и каналов в компьютерных сетях передачи данных.

Родоначальником теории информации считается Клод Шеннон.

Его теория изначально понималась как строго математическая задача в статистике и давала инженерам средства передачи информации. В частности, путь к определению ёмкости информационного канала в терминах количества бит.

Информация – совокупность сведений и данных, которые воспринимаются из окружающей среды (определяется как входящая информация), выдаются в окружающую среду или сохраняются внутри определённой системы.

Определяясь на это определение, с информацией всегда связывают три понятия:

1. Источник информации – тот элемент окружающего мира, сведения о котором являются объектом преобразования;

2. Потребитель информации – элемент окружающего мира, который использует информацию;

3. Сигнал – материальный носитель, который фиксирует информацию для переноса её от источника к потребителю.

Свойства информации:

1. Объективность или субъективность;

2. Простота;

3. Достоверность;

4. Адекватность;

5. Доступность;

6. Актуальность;

Различают две формы представлении информации:

1. Непрерывная;

2. Дискретная.

Виды информационных процессов:

Сигнал называется дискретным, если его параметр в заданных пределах, может принимать отдельные фиксированные значения.

Сигнал называется непрерывным, если его параметр в заданных пределах может принимать любые промежуточные значения.

Различают непрерывность или дискретность по уровню и по времени.

1. Н епрерывный по уровню и по времени:

х

t

2. Д искретный по уровню и непрерывный по времени:

x

t

3. Н епрерывный по уровню и дискретный по времени:

х

t

4. Д искретный по уровню и по времени:

х

t

Количество информации – числовая характеристика сигнала, отображает ту степень неопределённости, которая исчезает после получения сообщения в виде данного сигнала, эту меру неопределённости в теории информации называют «энтропией».

Минимальная единица измерения количества информации – бит.

Байт – 8 бит.

Максимальная единица измерения не существует.

Связь между количеством информации и числом состояний системы.

I – количество информации в битах;

N – количество возможных состояний.

Лекция №3

Теоретическая информатика распадается на ряд самостоятельных дисциплин:

1. Математическая логика – разрабатывает методы, позволяющие использовать достижения логики для анализа процессов переработки информации с помощью компьютера;

2. Системный анализ – систематизирует реальные объекты и даёт способы их формального и формализованного их описания;

3. Принятие решений – эта теория изучает общие схемы, используемые пользователем при выборе нужного им решения из множества альтернативных возможностей.

Информационные процессы и технологии

К информационным процессам относятся сбор, обработка и переработка информации.

Сбор информации – деятельность субъекта, в ходе которой он получает сведения об интересующем его объекте. Сбор информации может проводиться человеком (пользовательский) или с помощью технических средств или систем (аппаратный сбор).

Обмен информацией – процесс, в ходе которого источник информации её передаёт, а получатель принимает. Если в передаваемых сообщениях обнаружены ошибки, то организуется повторение передачи этой информации. В результате обмена информацией между информацией между источником и получателем устанавливается своеобразный информационный баланс, при котором в идеальном случае, получатель будет располагать той же информацией, что и источник.

Обработка информации – упорядоченный процесс её преобразования, в соответствии с алгоритмом решения задачи.

Хранение информации – процесс поддержания исходной информации в виде, обеспечивающем выдачу данных по запросам конечным данных в установленные сроки. После решения задачи обработки информации конечным пользователям в требуемом виде. Выдача информации производится, как правило, производится с помощью внешних устройств вычислительных машин в виде текстов, таблиц, графики и т. п.

Информационная техника представляет собой материальную основу информационных технологий, с помощью которой осуществляется сбор, хранение, передача и обработка информации.

Технология – совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов, обрабатываемых объектов. Информационная технология – совокупность методов производственных процессов и программно технических средств, объединённых в технологическую цепочку, обеспечивающую информационные процессы с целью снижения трудоёмкости использования информационного ресурса, а так же повышения их надёжности и оперативности.

Информационные технологии характеризуются следующими свойствами:

1. Предметом или объектом обработки являются данные;

2. Целью процесса является информации для её анализа пользователем и принятия на его основе решения по возможности какого-либо действия;

3. Средствами осуществления процесса является программные, аппаратные и программно-аппаратные вычислительные комплексы;

4. Процессы обработки информации разделяются на операции, в соответствие с используемой предметной областью.

5. Выбор управления взаимодействиями на процессы должен осуществляться лицами, принимающими решения;

6. Критерии оптимизации процесса является своевременность доставки информации пользователю, её надёжность, достоверность и полнота.

Современная информационная технология – информационная технология с дружественным интерфейсом работы пользователя, использующая ПК и телекоммуникационные средства.

Принципы современной информационной технологии:

1. Интерактивный режим работы с ПК;

2. Интегрированность с другими программными продуктами;

3. Гибкость процесса изменения данных и постановок задач;

В качестве инструментария информационных технологий используются распространённые виды программных продуктов: текстовые редакторы, издательские системы, электронные таблицы и т.д.

Лекция №4

Информационные системы

Информационная система – взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации для достижения цели управления. В современных условиях основным техническим средством обработки информации является ПК. Большинство современных информационных систем преобразуют не информацию, а данные, поэтому их часто называют системами обработки данных. По степени механизации и процедур преобразования информации системы обработки данных делятся на: системы ручной обработки, механизированные, автоматизированные и системы автоматической обработки данных.

Важнейшими принципами построения эффективных информационных систем являются следующие:

1. Принцип интеграции. Заключается в том, что обрабатываемые данные, однажды введённые в систему, многократно используются для решения большого числа задач.

2. Принцип системности. Заключается в обработке данных в различных аспектах для получения информации, необходимой для принятия решений на всех уровнях управления.

3. Принцип комплексности. Заключается в механизации и автоматизации процедур преобразования данных на всех этапах функционирования информационной системы.

Классификация информационных систем:

1. По функциональному назначению

   1. Производственные

   2. Коммерческие

   3. Финансовые

2. По объектам управления

   1. Информационные системы автоматизированного проектирования

   2. Управление технологическими процессами

   3. Управление предприятием

3. По характеру использования результирующей информации

   1. Информационно поисковые системы, предназначенные для сбора, хранения и выдачи информации по запросу пользователя

   2. Информационно советующие, то есть предлагающие пользователю определённые рекомендации для принятия решений

   3. Информационно управляющие, результатная информация которых непосредственно участвует в формировании управляющих воздействий

Структура информационных систем состоит из отдельных частей, называемых подсистемами или функциональными подсистемами или организационными подсистемами. Функциональные подсистемы реализуют и поддерживают модели, методы и алгоритмы получения управляющей информации. Состав функциональных подсистем зависит от предметной области использования информационной системы.

Организационные подсистемы направлены в первую очередь на обеспечение эффективной работы персонала. К ним относят:

1. Кадровое обеспечение, то есть состав специалистов, участвующих в создании и работе системы, штатное расписание и функциональные обязанности.

2. Эргономическое обеспечение, то есть совокупность методов и средств, используемых при разработке и функционировании информационной системы, создающих оптимальные условия для деятельности персонала для быстрейшего освоения системы.

3. Правовое обеспечение, то есть совокупность правовых норм, регламентирующих создание и функционирование информационной системы, порядок получения, преобразования и использования информации.

4. Организационное обеспечение, то есть комплекс решений, регламентирующих процессы создания и функционирования как системы в целом, так и её персонала.

Любая информационная система должна поддерживаться обеспечивающей подсистемой, которая включает в себя:

1. Информационное обеспечение, то есть методы и средства построения информационной базы системы.

2. Техническое обеспечение.

3. Программное обеспечение.

4. Математическое обеспечение, то есть совокупность математических методов, моделей и алгоритмов обработки информации, используемых в системе.

5. Лингвистическое обеспечение, то есть совокупность языковых средств.

Информатизация общества и автоматизация офиса

Информатизация общества - это организационный, социально-экономический и научно-технический прогресс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав граждан органов государственной власти, органов местного самоуправления организаций, общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов.

Цель информатизации – это улучшение качества жизни человека за счёт увеличения производительности и облегчения условий труда. Информатизация – это сложный социальный процесс, требующий ликвидации компьютерной неграмотности. Формирования культуры использования новых информационных технологий. В настоящее время, существует множество программных продуктов, помогающих достичь цели информатизации общества, а также обеспечить информационные технологии автоматизации офиса. К ним относятся текстовые процессоры, табличные процессоры, системы управления базами данных, электронная почта, электронный календарь, компьютерные конференции, видеотекст, а также специализированные программы управленческой деятельности (ведение документов, контроль исполнения приказов и т. п.).

Лекция №5

Общие принципы организации и работы компьютера

Структурно-функциональная схема компьютера

Компьютер – (англ. вычислитель) программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления. А так же выполнять различные задачи, манипулирование символами.

Существует два основных класса компьютера:

1. Аналоговые - обрабатывают непрерывно меняющиеся физические величины (электрическое напряжение, время и т.п.), которые являются аналогами вычислительных величин;

2. Цифровые – обрабатывают данные в виде двоичных кодов.

Основу компьютеров образует аппаратура, построенная с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств.

Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ, то есть заранее задаваемых чётко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций.

Любая программа представляет собой последовательность отдельных команд.

Команда – описание операции, которую должен выполнить компьютер.

Как правило, у команды есть свой код (условное обозначение), исходные данные (операнды), результат.

Результат команды вырабатывается по точно определённым для данной команды правилам.

Совокупность команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд этого компьютера.

Все компьютеры основаны структурно на общих логических принципах, позволяющих выделить в любом компьютере следующие главные устройства:

1. Память или запоминающее устройство, которое состоит перенумерованных ячеек;

2. Процессор, включающий в себя устройство управления и арифметико-логическое устройство;

3. Устройство ввода;

4. У стройство вывода.

Память

Процессор

Программа

Данные

Счетчик команд Регистр команд Регистр операторов Сумматор

УУ

АЛУ

Ввод

Вывод

- путь направления движения информации.

- путь направления передачи управляющих сигналов.

Функции памяти:

1. Приём информации от других устройств;

2. Запоминание информации;

3. Выдача информации по запросу в другие устройства компьютера.

Функции процессора:

1. Обработка данных по заданной программе путём выполнения арифметических и логических операций;

2. Программное управление работой устройств компьютера;

В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами. Регистр выполняется функцию кратковременного числа или команды. Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триппером, которая способна хранить одну двоичную цифру. Регистр представляет собой совокупность трипперов, связанных друг с другом общей системой управления.

Сумматор – регистр АЛУ, участвующий в выполнения каждой операции.

Счётчик команд – регистр УУ, содержание которого соответствует адресу очередной выполняемой команды, а так же служит для автоматической выборки программы из последовательности ячеек памяти.

Регистр команд – регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для её выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кодов операций, а часть для хранения кодов адресов операндов.

Принципы построения компьютера

В основу построения большинства компьютеров положены общие принципы, сформулированные в 1945 году американским учёным Джоном фон Нейманом.

1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически, друг за другом в определённой последовательности. Выбор программы из памяти осуществляется с помощью счётчика команд.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти, поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти. Над командами можно выполнять такие же действия, что и над данными.

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка памяти. Это позволяет давать имена областям памяти так, чтобы к заполненным них значениям можно было обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имён.

Основными характеристиками ПК являются:

1. Производительность, быстродействие, тактовая частота;

2. Разрядность микропроцессора и кодовых имён интерфейса;

3. Типы системного и локального интерфейсов;

4. Ёмкость оперативной памяти;

5. Ёмкость винчестера;

6. Наличие, виды и ёмкость кэш-памяти;

7. Тип видеомониторов и видео адаптеров;

8. Наличие и тип накопителя на оптических дисках;

9. Наличие и типы мультимедийных аудио видео средств;

10. Имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы;

11. Аппаратная и программная совместимость с другими типами ПК;

12. Возможность работы в вычислительной сети;

13. Возможность работы в многозадачном режиме;

14. Надёжность;

15. Стоимость;

16. Габариты.

Лекция №6

Архитектура компьютера

Архитектура – принцип работы, логическая организация, структура, ресурсы, то есть средства вычислительной системы, которые могут быть выделены к процессу обработки данных на определённый момент времени.

Архитектура современных ПК основана на магистрально-модульном принципе.

Модульный принцип позволяет пользователю самому подобрать нужную ему конфигурацию компьютера и самому производить при необходимости его модернизацию также этот принцип носит название «принцип открытой архитектуры компьютера». Реализация этого принципа такова: на основной электронной плате размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации. Схемы, управляющие всеми другими устройствами компьютера, реализованы на отдельных платах, которые вставляются в стандартные разъёмы на системной плате. При таком подходе фирмы-разработчики компьютеров получили возможность разрабатывать различные дополнительные устройства, а пользователи отдельно модернизировать и расширять возможности ПК по своему усмотрению.

М

ЦП

Основная память

одульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией. Магистраль или системная шина это набор электрических линий, связывающих воедино по адресации памяти передачу данных и служебных сигналов, процессов, память. Обмен информации между отдельными устройствами компьютера производится по трём многоразрядным шинам. Соединяющим все модули. Это шина данных, шина адреса и шина управления.

Шины данных

Шина адреса

Шина управления

Периферийные устройства

Внешняя память

Устройства ввода

Устройства передачи

Устройства вывода

Подключение отдельных модулей компьютера на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами. Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и отреагировать на него. За реакцию устройства процессор не отвечает, это функция контроллера. Разрядность шины данных задаётся разрядностью процессора, то есть количеством разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Данные по шине данных могут передаваться как от процессора к какому-либо устройству, так и в обратную сторону, то есть шина данных является двунаправленной.

К основным режимам работы процессора с использованием шины данных можно отнести следующие:

• запись и чтение данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств;

• чтение данных с устройств ввода;

• пересылка данных на устройства вывода.

Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного устройства, а для ОЗУ, код адреса ячейки памяти. Код адреса передаётся по адресной шине, причём сигналы передаются только в одном направлении от процессора к устройствам. Шина адреса однонаправлена.

По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией и сигналы, синхронизирующие взаимодействия устройств, участвующих в обмене информацией. Внешние устройства подключаются к шинам посредством интерфейса. Под интерфейсом понимают совокупность различных характеристик какого-либо устройства ПК, определяющих организацию обмена информацией между ним и центральным процессором. В случае несовместимости интерфейсов, используются контроллеры. Это устройства, которые связывают периферийные устройства с центральным процессором, освобождая его от непосредственного управления функционированием данного оборудования.

Чтобы устройства, входящие в состав компьютера, могли взаимодействовать с центральным процессором в IBM-совместимых компьютерах предусмотрена система прерываний. Она позволяет компьютеру приостанавливать текущее действие и переключаться на другие в ответно поступающий запрос. Прерывания обеспечивают немедленную реакцию системы.

Наиболее распространены следующие архитектурные решения:

• классическая (архитектура Фон-Неймана). Одно АЛУ, через которое проходит поток данных, одно УУ, через которое проходит поток команд. Это однопроцессорный компьютер.

• Микропроцессорная архитектура. Структура такой машины имеет общую оперативную память и несколько процессоров. Наличие в ПК нескольких процессоров означает, что параллельно может организованно несколько потоков команд. Таким образом могут быть организованно много потоков данных и много потоков команд. Таким образом параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи.

УУ

АЛУ

УУ

УУ

АЛУ

АЛУ

…

ОЗУ

• Многомашинная вычислительная система. Несколько процессоров, входящих в вычислительную систему не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою, локальную. Каждый компьютер в этой системе имеет классическую архитектуру. Эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специфическую структуру. Они должны разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.

• А

  УУ

  рхитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить при решении задач, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных.

АЛУ

АЛУ

АЛУ

ОЗУ

В современных компьютерах часто присутствуют элементы различных типов архитектурных решений.

Структура компьютера – совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства, основные логические узлы ПК и простейшие схемы. Структура ПК графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание ПК на любом уровне детализации.

Центральный процессор – основной рабочий компонент ПК, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств ПК. Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров.

Лекция №7

Микропроцессор

Функции микропроцессора:

• Чтение и дешифрация команд из основной памяти;

• Чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;

• Приём и обработка запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;

• Обработка данных и их запись в основную память, и регистры адаптеров внешних устройств;

• Выработка управляющих сигналов для всех узлов и блоков компьютера.

Устройства, из которых состоит микропроцессора:

• Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией;

• Устройство управления (УУ) – координирует взаимодействие различных частей ПК и выполняет следующие основные функции:

  • Формирование и подача во все блоки ПК в нужные моменты времени определенных сигналов управления (управляющих импульсов) обусловленных спецификой выполнения различных операций;

  • Формирование адресов ячеек памяти, используемых выполняемой операцией и передача этих адресов в соответствующие блоки ПК;

  • Получение от генератора тактовых импульсов опорной последовательности импульсов.

• Микропроцессорная память (кэш-память) – предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы ПК. Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия ПК, так как основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.

• Интерфейсная система – предназначена для связи устройств ПК. Включает в себя следующее:

  • Внутренний интерфейс микропроцессора;

  • Буферные запоминающие регистры;

  • Схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной.

К микропроцессору и системной шине наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора. К ним относятся:

• Математический сопроцессор – используется для ускорения выполнения операций над двоичными числами с плавающей запятой, для вычисления тригонометрических функций. Он имеет свою систему команд, работает параллельно с основным микропроцессором, но под его управлением. Современные микропроцессоры включают математический сопроцессор в свою структуру.

• Контролер прямого доступа к памяти – освобождает микропроцессор от прямого управления различными накопителями.

• Сопроцессор ввода-вывода – за счёт параллельной работы с микропроцессором значительно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств.

• Контролер прерываний – обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдаёт сигнал прерывания в микропроцессор.

Важнейшими характеристиками микропроцессора являются:

• Тактовая частота (быстродействие) – количество выполняемых тактов процессора в секунду. Измеряется в ГГц и его долях;

• Объём кэш-памяти процессора бывает двух уровней. На сегодняшний день у двухядерных процессоров до 6 Мб у четырёхядерных до 12 Мб;

• Частота шины. Так как объём собственной памяти у процессора невелик, то большую часть информации он берёт из оперативной памяти ПК, общаясь с ней через шину. Пропускная способность шины и есть скорость передачи данных между процессором и оперативной памятью. Единица измерения байт в секунду. Современные шины позволяют пропускать около 8 Гб\с;

• Ядерность. Многоядерность подразумевает под собой наличие нескольких ядер в одном чипе. В настоящее время существуют 2-х, 3-х, 4-х и 6-ядерные процессоры. Чтобы ощутить достоинства технологии многопроцессорности необходимо использовать соответствующие приложения, написанные под требования и методологию многопроцессорности. Например, ОС MS Windows XP написана без учёта технологии многоядерности и, соответственно, её не поддерживает. Следующее поколение ОС уже учитывают это, и производительность процессоров с этими ОС выше.

• Разрядность. Количество одновременно обрабатываемых процессором битов информации, то есть скорость работы с информацией. Современные процессоры организованы на 64-х разрядной платформе, но заявлена к продаже 128-разрядная.

Основные блоки ПК

Современный ПК состоит из нескольких основных конструктивных компонентов:

• Системный блок;

• Монитор;

• Клавиатура;

• Манипуляторы;

В системном блоке размещаются:

• Системная или материнская плата;

• Блок питания;

• Накопитель на жёстком магнитном диске(винчестер);

• Платы расширения;

• Накопитель CD, DVD-ROM;

Корпус системного блока имеет горизонтальную или вертикальную компоновку;

Системная или материнская плата является в системном блоке основной и содержит компоненты, определяющие архитектуру ПК: …

Лекция №8

Устройства памяти

• Внутренняя;

В состав внутренней памяти входят: оперативная память, кэш-память и специальная память.

Оперативная память(ОЗУ, RAM-Random Access Memory) – это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, выполняемых этими программами. Используется только для временного хранения данных и программ, после выключения вся информация, хранящаяся в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой, это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес. Объём ОЗУ составляет 1-2 Гб. Для несложных административных задач бывает достаточно и этого, но сложные задачи компьютерного дизайна могут потребовать от 4 до 16 Гб. Обычно ОЗУ выполняется из интегральных микросхем памяти(SDRAM-синхронное динамическое ОЗУ). Каждый информационный вид в SDRAM запоминается в виде электрического заряда крохотного конденсатора, образованного в структуре полупроводникового кристалла. Из-за утечки токов такие конденсаторы быстро разряжаются и их периодически, примерно каждые 2 мс подзаряжают специальные устройства. Этот процесс называется регенерацией памяти. Микросхемы SDRAM имеют ёмкость 256 Мбит и более. Они устанавливаются в корпуса и собираются в модули памяти. Большинство современных компьютеров комплектуются модулями типа DIMM (Dual-In-Line-MemoryModule) – это модуль памяти с двухрядным расположением микросхем. Эти модули памяти характеризуются такими параметрами, как: объём(512 Мб), число микросхем, паспортная частота от 660 МГц и время доступа к данным 6 или 2 нс.

Кэш-память – кэш или сверхоперативная память это очень быстрое запоминающее устройство небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью. Для компенсации разности скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью. Кэш-памятью управляет специальное устройство – контролер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие команды и данные вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как «попадания», так и «промахи». В случае попадания, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация отсутствует в кэш-памяти, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа «попаданий» и «промахов» определяет эффективность кэширования.

Специальная память

К устройствам специальной памяти относятся: постоянная память, перепрограммируемая постоянная память и память CMOS RAM, постоянная память или постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM – Read Only Memory) это энергонезависимая память, используемая для хранения данных, которые никогда не потребуют изменений. Содержание памяти специальным образом зашивается в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. В состав постоянной памяти входит перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) – энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись данных с электронных носителей. Прежде всего, в ПЗУ записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления монитором, клавиатурой. Различными перифиррийными устройствами, внешней памятью, программы запуска и остановки ПК, а так же тестирования устройств. Важнейшей микросхемой постоянной памяти является модуль BIOS (Basic Input Output System) – это совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания ПК и загрузки ОС в ОЗУ. Разновидностью ПЗУ является CMOS RAM – это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования ПК, а так же о режимах его работы. Для хранения графической информации, в случае отсутствия видеокарты, используется видеопамять (VRAM) – это разновидность ОЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Оно организовано так, что его содержимое доступно сразу процессору и монитору, соответственно изображение на мониторе меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

• Внешняя;

  • Карты памяти;

Флэш-память - это особый вид памяти, подходящий мобильным устройствам, благодаря своим параметрам. Она не требует дополнительной энергии для хранения данных, перезаписываема (10 000 - 1 000 000 раз), не сдержит механически движущихся частей, может хранить информацию длительное время (20-100 лет), компактна (10-40*10-40*3 мм). Флэш-память может быть вмонтирована в мобильное устройство, а может быть переносной и использоваться в нескольких устройствах. Выделяют следующие основные типы карт флэш-памяти: Compact Flash (CP) бывает 2 типов CP1 и CP2 эта карта обладает высокой скоростью передачи информации и следующим размером 42*36*4 мм; IBM microdrive – объём до 1Гб, недостатком является то, что работает не во всех устройствах; Smart Media – очень дешёвая и ультратонкая флэш-карта, недостаток – низкая степень защищённости информации от случайного стирания; Multy Media Card основное достоинство – миниатюрность и энергопотребления, но прри этом достаточно низкая скорость чтения и записи информации.

• Флэш-накопители

• Внешние жёсткие диски

• Оптические носители информации

Лекция №9

SD(Secure Digital) - её размер немного больше предыдущего вида, но скорость чтения и ёмкость значительно выше, соответственно и стоимость её дороже.

Micro SD – основное отличие от SD – это крохотный размер, остальные параметры такие же.

Внешние жёсткие диски

Критерии:

1. Форм-фактор. Внешний жёсткий диск – это обычный винчестер, установленный в специальный защищённый корпус. Большинство современных внешних дисков выполнены в форм-факторах 2,5 и 3,5 дюйма. Наличие внешнего жёсткого диска является оптимальным решением проблемы хранения информации. Так же его можно использовать не только как хранилище данных, если установить на него операционную систему, то при сбое компьютера появляется возможность загрузки с внешнего винчестера. Модели 2,5дюйма весят 140-180 грамм, энергопотребление у них очень низкое, источником питания служит порт USB. Модели форм-фактора 3,5 дюйма весят от 1,5 килограмм и практически всегда нуждаются в питании от электросети.

2. Объём является важнейшей характеристикой внешнего HD.

3. Скорость работы – это вторая по важности характеристика внешнего HD. Она определяется несколькими параметрами: скорость вращения шпинделя, скорость доступа к данным, и отвечающий за скорость передачи данных интерфейс. Если скорость передачи данных недостаточна, необходимо использовать интерфейс USB 3.0. от количества оборотов шпинделя в минуту зависит быстрота нахождения нужной информации. Внешние HD форм-фактора 2,5 дюйма имеют скорость вращения 5 400 об./мин, винчестеры 3,5 дюйма имеют стандартную скорость 7 200 об./мин. Самый распространённый интерфейс передачи данных с внешнего HD USB 2.0 обеспечивает скорость до 480 Мбит/с, интерфейс 3.0 – до 5 Гбит/с. При выборе внешнего HD с определённым интерфейсом передачи данных необходимо учитывать, что аналогичные интерфейсы должен поддерживать и компьютер.

4. Совместимость. Необходимо учитывать совместимость с интересующими операционными системами. Она зависит от файловой системы жёсткого диска. Файловая система винчестера влияет на ряд параметров, включая и максимально допустимый размер файлов.

Для повышения комфорта и безопасности некоторые модели внешних жёстких дисков оснащены дополнительным программным обеспечением. Основные функции таких программ это защита данных, резервное копирование информации на диске и энергосбережение.

Если по техническим параметрам пользователю подходит несколько дисков, то дополнительным критерием выбора может стать дизайн устройства. Так как диск всё время на виду, имеет смысл подбирать стильные решения, которые подчёркивают индивидуальность пользователя.

Оптические носители

Штамповка и прожиг

При промышленном производстве дисков с мультимедийными записями, запись данных на носитель осуществляется путём штамповки. Этот процесс напоминает изготовление грампластинок: информация на дисках сохраняется в виде крошечных углублений. Компьютерные и бытовые DVD рекордеры выполняют эту задачу иначе – они используют лазерный луч. При сохранении данных лазерный луч нагревает состоящий из красителя рабочий слой оптического носителя, что вызывает химическую реакцию. В месте нагрева лазером образуются тёмные непрозрачные пятна, отсюда и происходит «прожиг». Эта технология применяется для оптических носителей с однократной записью. Для перезаписываемых оптических носителей при записи тёмных точек не образуется. Рабочий слой этих накопителей представляет собой не краситель, а специальный сплав, при нагреве лазером он переходит из кристаллического состояния в аморфное. Подвергнутые воздействию лазера участки имеют просто более тёмный цвет.

Структура оптического носителя

• Подложка – это основа диска, которая изготавливается из поликарбоната (прозрачный бесцветный устойчивый к внешним воздействиям полимерный материал).

• Рабочий слой. У однократно записываемых это органический краситель; у перезаписываемых это специальный сплав. Рабочий слой с двух сторон окружён изолирующим веществом.

• Отражающий слой необходим для отражения луча лазера. Для него используют алюминий серебро иди золото.

• Защитный слой. Им снабжены только CD и BlueRay диски. Он представляет собой твёрдое лаковое покрытие.

• Этикетка. Сверху на диск наносится слой лака, так называемая «этикетка». Этот слой способен впитывать влагу, благодаря этому, чернила, которые оказываются на поверхности носителя, быстро высыхают.

Лекция №10

Форматы оптических носителей:

• CD-R записываемые CD, способные вместить до 700 Мб информации. Существуют также диски ёмкостью 800 Мб, однако они поддерживаются не всеми рекордерами и бытовыми плеерами. На восьми сантиметровые мини CD можно записать до 210 Мб данных.

• CD-RW перезаписываемые носители, обладающие теми же параметрами, что и CD-R.

• DVD-R или DVD+К это записываемые DVD? Вмещающие 4.7 Гб информации. Мини DVD 1.4 Гб

• DVD-R DL или DVD+К DL, Double Layer. Приставка DL соответствует двухслойному носителю. Ёмкость 8.5 Гб. Мини диски - 2.6 Гб.

• DVD-RW или DVD+RW. Это однослойные носители с возможностью перезаписи. Параметры аналогичны DVD-R.

• DVD-RAM. Носители, обладающие такой же ёмкостью, как и однослойные или двухслойные DVD. С ними работают не все DVD плееры. Запись данных на этом носителе осуществляется не на спиралевидную дорожку, а секторами на кольцевые дорожки, как и на пластины HD.

• BD/R. Этот тип носителя имеет один рабочий слой, вмещающий 25 Гб данных. BD/R 50 Гб.

• BD/RE. Перезаписываемые Blue Ray, Рассчитанные на тысячи циклов записи. На них можно разместить столько же данных, сколько и на неперезаписываемых.

Совместимость рекордеров и носителей.

Не каждый рекордер способен осуществлять запись на диски всех без исключения форматов. Существуют определённые ограничения:

• CD рекордеры не могут работать с DVD и Blue Ray дисками.

• DVD рекордеры не поддерживают формат Blue Ray.

• Blue Ray рекордеры поддерживают любой формат носителя.

Запись информации на диск.

У всех оптических носителей, за исключением DVD-RAM, имеется спиралевидная дорожка, которая идёт от центра диска к внешнему краю. На эту дорожку лазерным лучом записывается информация. При прожиге луч лазера образует на отражающем слое крошечные пятна, называемые «питами» (англ. яма). Области, которые не подверглись воздействию лазера, называются «лэнды» (англ. поверхность). В переводе на язык двоичной системы хранения данных, пит это 0, а ленд 1. При воспроизведении диска информация считывается с помощью лазера благодаря различной отражающей способности. Привод распознаёт тёмные и светлые участки диска, и таким образом с носителя считывается последовательность 0 и 1, из которых состоят все без исключения физические файлы. С развитием технологий происходило постепенное уменьшение длинны волны лазерного луча, используемого в рекордерах, что позволило значительно повысить точность фокусировки. Дорожка стала уже, питы меньше, а на равную по площади область диска стал помещаться больший объём данных. Чем короче длинна волны, тем меньше расстояние между рабочим слоем и лазером.

Устройство аудио и видео адаптеров.

Аудио адаптер содержит в себе два преобразователя информации это аналого-цифровой, он преобразовывает непрерывные звуковые сигналы в цифровой и двоичный код и записывает на носитель; цифро-аналоговый – выполняет обратное преобразование сохранённого в цифровом виде звука в аналоговый сигнал, который затем воспроизводится с помощью акустической системы. Профессиональные звуковые платы или карты позволяют выполнять сложную обработку звука, обеспечивающую стерео звучание, имеют собственное ПЗУ, с хранящимися в них различными тебрами и звучаниями различных музыкальных инструментов. Применяются в играх, обучающих программах, голосовой почте, озвучивании различных процессов.

Видео адаптер – это электронная плата, которая обрабатывает видео данные и управляет работой монитора. Наиболее распространённый на сегодняшний день видео адаптер это SVGA. Фрейн грабберы позволяют обрабатывать на экране видео сигнал с тем, чтобы захватить нужный кадр и впоследствии сохранить его. TV tuner превращает ПК в телевизор, позволяет выбирать нужную телевизионную программу и отображать её на экране в режиме окна.

Лекция №11