1. Информатика. Определение, теоретическая основа, собственные разделы. Понятие информации.

Термин ИНФОРМАТИКА возник во Франции а 60-х годах для названия научной области занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью ЭВМ. Французский термин, обозначающий слово информатика, образован слиянием двух слов ИНФРМАЦИЯ (informatique) и АВТОМАТИКА (aútomatique). Наука ИНФОРМАТИКА появилась с развитием вычислительной техники. В настоящее время этот термин используется не только для отображения достижений вычислительной техники, но и связан с процессами передачи и обработки информации. В нашей стране в 1983 году на сессии годичного собрания Академии наук СССР было принято решение об организации нового отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации. Существует множество определений Информатики. В учебнике Макаровой предлагается следующее определение этого термина.

Информатика – это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения.

Задачи информатики:

• Исследование информационных процессов любой природы.

• Разработка информационной техники.

• Решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии.

• Существование области и предмета информатики немыслимо без её основного ресурса – информации.

Латинское слово informatio означает разъяснение, осведомление, изложение. Информация – это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии. Под объектом следует понимать предмет, процесс, явление материального или нематериального свойства. Информация является основным ресурсом такой науки, как информатика – области человеческой деятельности, связанной с процессами хранения и преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения. Основными задачами информатики являются: исследование информационных процессов любой природы; изучение вычислительной техники; решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологий. Классифицировать информацию можно по различным признакам.

По способу представления её можно разделить на текстовую и графическую.

Текстовая информация – сведения, отображаемые с помощью алфавитных, цифровых, специальных символов на физических носителях, таких как бумага, экран монитора.

Графическая информация представлена в виде диаграмм, графиков, схем, рисунков, карт.

Свойства информации:

• содержательность – это свойство, определяющее объём данных, который требуется преобразовать для получения необходимых сведений;

• достаточность или полнота – означает, что информации достаточно для принятия правильного решения;

• доступность – определяет форму представления информации удобную для восприятия пользователем;

• своевременность – означает поступление информации не позже заранее заданного срока, согласованного со временем решения поставленной задачи;

• точность – это степень близости получаемой информации к реальному состоянию объекта;

• достоверность – свойство отражать реально существующие объекты с необходимой точностью.

Процессы передачи, накопления и обработки информации в общении людей, живых организмов, технических устройствах и жизни общества – называются информационными процессами.

2. Представление информации в ПК. Единицы измерения информации.

Компьютер может обрабатывать информацию, представленную в числовой форме. Для хранения, передачи и обработки информации в вычислительной технике используются элементы, в которых информационный сигнал может кодироваться при помощи двух устойчивых, хорошо различимых состояний, а для формального описания используется двоичная система счисления. Двоичная система счисления, как и десятичная, является позиционной. Позиционной называется такая система счисления, в которой значения каждой цифры определяется позицией или местом в числе. Например, цифра 7 в десятичном числе 765 стоит в позиции сотен и означает семьсот. Каждая система счисления имеет алфавит, т.е. набор символов, используемых для отображения любых чисел. Для десятичной системы – это цифры от 0 до 9, для двоичной – 0 и 1, восьмеричной – цифры от 0 до 7, шестнадцатеричной цифры от 0 до 9 и символы латинского алфавита A,B,C,D,E,F. Основанием называют количество символов, используемых в данной системе счисления.

Информация передаётся от источника к приёмнику с помощью информационных сигналов: световых, звуковых, электрических и т.п. Сигнал, который принимает одно из двух различимых устойчивых состояний, несет информацию в 1 бит. Это наименьшая единица измерения информации, которая может описывать любое значение из ряда, состоящего из двух элементов. Для реального кодирования информации такая величина недостаточна, потому в системах биты считываются пакетами по несколько бит. Такая пакетная единица получила название байт, а величина пакета была принята восемь бит. Таким образом, каждые восемь бит несут информацию о сигнале, который может быть представлен 256 различными состояниями. В современных системах восьмибитная единица уже тоже мала, и используются двух-, четырех- и восьмибайтные способы описания. Тем не менее, восьмибитный байт остается единицей измерения объемов в цифровых системах. В настоящее время используются производные единицы измерения информации: Кбайт, Мбайт, Гбайт, Тбайт, 1 Пбайт. Коэффициент перевода между этими единицами 1024 (210). Они находятся в следующих соотношениях:

1 Кбайт = 1024 байт

1 Мбайт = 1024 Кбайт

1 Гбайт = 1024 Мбайт

1 Тбайт = 1024 Гбайт

1 Пбайт = 1024 Тбайт

1 Эбайт = 1024 Пбайт

В вычислительных машинах различают два типа чисел: целые и с плавающей запятой. Центральный процессор может работать только с целыми двоичными числами. Для работы с числами с плавающей запятой используется два числа: одно число представляет величину (аналог мантиссы при показательной форме записи числа), второе представляет показатель степени. В общем случае число N будет представляться в виде:

,

где M – целая часть числа, P – основание системы (в данном случае 2), r – показатель степени. С такими числами работает математический сопроцессор, который в современных системах находится на одном кристалле с центральным процессором.

Как упоминалось ранее для целей программирования восьмибитной величины недостаточно, поэтому программные коды пишутся с использованием последовательностей фиксированного размера в несколько байт: 2, 4, 8. Соответствующие обработчики программ считывают биты по 16, 32 или 64, и каждая такая последовательность является единицей кода. Такие производные величины получили названия: слово (16 бит), двойное слово (32 бит), учетверенное слово (64 бита). В ПК (платформы IBM) принято 16-ти, 32-х и 64-разрядное программирование, а программы, написанные в таких размерностях, принято называть, соответственно, 16-, 32- и 64-разрядними (включая ОС).

Примером описания информации в формализованном виде (в виде двоичных последовательностей) является описание символов (т.е. букв, цифр и др.). Для представления символов в ПК был предложен следующий способ. Все символы пронумеровали, используя последовательные значения одного байта (т.е. от 00000000 до 11111111, или от 0 до 255 в десятичной системе) и сделали такое однозначное соответствие стандартом для всех систем, а само описание получило название таблицы ASCII-кодов (ASCII – американский стандартный код для обмена информацией). Первая часть таблицы (0-127) является неизменяемой для всех систем мира и содержит символы английского языка, символы цифр, знаки препинания и специальные символы (~, @, # и т.п.). Вторая часть (128-255) является переменной, подгружаемой. Она используется для национальных алфавитов, псевдографики и т.д. Для кириллицы русского языка существует несколько способов расположения символов по номерам. Эти способы получили название: кодовая страница. Наиболее распространенные: 1251 (Windows), 866 (DOS), KOI8-R (Unix-системы).

Существует несколько способов кодирования графической информации. Один из видов графической информации в цифровом виде называется растровой графикой. Растр – это метод кодирования графической информации. Растровые изображения представлены в виде точек. В этом случае кодируются координаты точек и их яркость. Если кодируется ч\б изображение с 256 градациями серого, то для кодирования яркости любой точки достаточно восьмиразрядного двоичного числа. Для кодирования цветных растровых изображений используются различные системы. Инструментами растровой графики являются следующие программы: Adobe Photoshop, GeoBuilder Mosaic, Fractal Design Painter и др.

Ещё один способ кодирования графической информации – это векторная графика. В векторной графике базовым элементом является линия, которая описывается математически как единый объект. Объём данных для отображения одного и того же объекта средствами векторной графики меньше, чем растровой. Элементарным объектом является линия. Для описания различных объектов используется точка, описываемая координатами (х,у); прямая линия, которой соответствует уравнение y=kx+b; отрезок прямой, задаваемый координатами двух точек; кривая второго порядка и кривая третьего порядка. К редакторам, работающим с векторной графикой относятся: CorelDraw, XaraX, CreatureHouse Expression, Adobe Illustrator, FreeHand и др. Она используется при работе с графическими объектами в Microsoft Word, для построения графиков и диаграмм в Microsoft Excel.

Фрактальная графика Основана на математических вычислениях. Изображение строится с помощью выражений. Фрактальная графика реализовывается с помощью языков программирования, имеющих набор операторов графики. Никаких объектов в памяти персонального компьютера не хранится.

Современные графические редакторы позволяют работать со следующими цветовыми моделями RGB, CMYK, HSB.

Система RGB. Она является самой популярной и распространённой. В этой системе применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие, три цвета: (Red, R) красный, (Green, G) зелёный, (Blue, B) синий. Такая система кодирования называется RGB. Если для кодирования яркости каждой точки использовать по 256 значений, то на кодирование каждой точки надо потратить 24 разряда. Таким образом, можно определить 16,5 млн. цветов. Такой режим называется полноцветным.

Система кодирования CMYK. Используется в полиграфии и программах векторной графики, а в последнее время и в растровых графических редакторах. В ней кроме красного, зелёного и синего имеются дополнительные цвета голубой (Cyan, C), пурпурный (Magenta, M) и жёлтый (Yellow, Y), а также чёрный (Black, K). Для кодирования одной точки используется 32 разряда.

Система кодирования HSB. В модель HSB предполагает три компонента: оттенок цвета (Hue), насыщенность (Saturation) и яркость (Brightness). Комбинируя эти три компонента, можно получить не меньшее количество произвольных цветов, чем в других цветовых моделях. Значение цвета выбирается как вектор, выходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует белому цвету, а точки по периметру - чистым цветам. Направление вектора определяет цветовой оттенок и задается в угловых градусах. Длина вектора определяет насыщенность цвета. Яркость цвета задается на отдельной оси, нулевая точка которой имеет черный цвет.

Индексированные палитры цветов - это наборы цветов, из которых можно выбрать необходимый цвет. Преимуществом ограниченных палитр является то, они что занимают гораздо меньше памяти, чем полные системы RGB и CMYK. Компьютер создаёт палитру цветов и присваивает каждому цвету номер от 1 до 256. Затем при сохранении цвета отдельного пикселя или объекта компьютер просто запоминает номер, который имел этот цвет в палитре. Для запоминания числа от 1 до 256 компьютеру необходимо всего 8 бит.

Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой синусоиду и может быть закодирован. В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, то есть являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства - аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество звукозаписи соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов.

Метод таблично-волнового синтеза заключается в том, что образцы звуков для различных инструментов (сэмплы) хранятся в таблицах. Коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, длительность и другие характеристики. В качестве образцов используются реальные звуки.

3. Аппаратное обеспечение ПК

Персональный компьютер состоит из частей, которые принято делить на: hardware - аппаратное и software - программное обеспечение. Hardware – это сам ПК, в который входят: монитор, системный блок и все, что в нем находится, клавиатура, мышь и другие устройства. Software –это битовые последовательности, хранящиеся на каких-либо носителях (сами носители при этом являются аппаратным обеспечением, а программная часть – это то, что нельзя потрогать руками). При считывании по определенным правилам (т.е., обработке) эти биты описывают какую-то информацию.

Исторически, несколько компаний, примерно в одно время, решали задачу создания устройства, которое было бы многофункциональным (в зависимости от используемого программного обеспечения), самодостаточным (т.е., не требующим для работы подключения к какому-либо устройству, персональным), достаточно компактным и доступным по цене. Для создания использовались существующие электронные компоненты от различных производителей и различные способы их организации и управления. Вся совокупность такой организации и компонентов (архитектуры системы) получила название платформы. В мире существуют несколько платформ ПК, которые отличаются для пользователя по производительности, надежности, стоимости, используемому программному обеспечению. Наиболее распространёнными у нас в стране являются ПК платформы IBM (или IBM-совместимые). Популярность ПК данной платформы приобрели благодаря тому, что создатели архитектуры – компания IBM - опубликовали свои стандарты, и любой производитель электронных компонентов может выпускать аппаратное обеспечение для IBM-совместимых систем на основе этих известных стандартов. Наличие на рынке большого числа независимых производителей привело к снижению цен на комплектующие и росту продаж и, соответственно, популярности данной платформы.

Компьютер – это устройство для ввода, вывода, обработки и хранения информации. Основная часть устройств находится в системном блоке, другие подключаются к нему через специальные разъемы – порты.

В системном блоке находится материнская плата, представляющая собой лист стеклотекстолита, на котором располагаются микросхемы системного набора (chipset) и другие контроллеры устройств. Здесь же находятся разъемы внешних портов и разъемы для подключения центрального процессора, карт памяти, видеокарты и карт расширения.

Центральный процессор – это «мыслящая» часть ПК, которая отвечает за обработку информации. Центральный процессор (в системе есть и другие процессоры, например, математический сопроцессор, видеопроцессор) умеет сложить или сравнить два двоичных числа. На основе этих примитивов строятся более сложные операции (команды процессора), из которых – еще более сложные. В современном центральном процессоре описано несколько сот внутренних команд. Кроме вычислительных задач центральный процессор управляет работой других устройств системы, через систему специальных команд. Для синхронизации работы различных устройств на материнской плате располагается генератор тактовых импульсов, от которого, через умножители, затактовывается вся система – своеобразный «метроном». Центральный процессор, в большей степени, определяет производительность системы в целом. В качестве характеристики процессора указывается его тактовая частота, которая измеряется в Мгц.

В системном блоке расположены устройства памяти. Память подразделяется на внешнюю и внутреннюю.

К внутренней памяти относят ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) и кэш-память. ПЗУ хранит программу самотестирования системы при включении питания (POST) и стартовый код, которые исполняются без какого-либо запуска извне, при включении питания («стартер» системы) до загрузки операционной системы. ОЗУ представляет собой массив электронных ячеек, каждая из которых может хранить 0 или 1. В оперативную память помещаются все коды, предназначенные для исполнения или обработки, т.е. она исполняет роль буфера между центральным процессором и остальными устройствами. Содержимое её сохраняется за счет постоянного обновления зарядов и исчезает после выключения ПК. Для выполнения любой программы ее коды и данные должны быть загружены в ОЗУ. После выполнения программы все это выгружается, и ячейки становятся свободными для других программ. Часть программ загружаются при старте системы (ядро системы, драйверы некоторых устройств) и находятся там все время работы операционной системы. Такие программы называются резидентными.

Устройства внешней памяти – это дисковые устройства (даже если в устройстве нет диска, оно в системе выглядит как логический диск): винчестеры, дискеты, компакт-диски, специальные диски (магнитооптические и т.п.), диски DVD, флэш-память, стриммеры. Все они являются энергонезависимыми носителями, т.е. информация на них хранится в отсутствие питания. Винчестер или жёсткий диск (НЖМД) предназначен для долгосрочного хранения информации и является базовым носителем в системе. Он представляет собой неразъемное устройство, в котором находятся привод, магнитные головки чтения-записи и сами носители: один или несколько дисков с ферромагнитным покрытием. Для винчестера главным параметром является ёмкость (измеряется в Гб). Характеристики жёсткого диска: среднее время доступа по чтению и по записи, емкость, скорость вращения дисков, объём кэш-памяти. Дисковод флоппи-дисков (FDD) – это устройство, предназначенное для записи и чтения информации с гибких магнитных дисков (флоппи-диск, дискета). Эти диски позволяют записывать 1,44 Мб (или 720 кб) информации (формат 2,88 не прижился). Дискеты предназначены для переноса информации (файлов) между системами и являются съемными дисками, т.е. дискета и привод являются отдельными устройствами. В настоящее время такой вид носителей практически не используется. Третий вид носителей – лазерные диски – бывают форматов CD и DVD. Это различные форматы, их объединяет только принцип записи. Приводы для этих дисков бывают только для чтения и для чтения-записи (запись возможна только на специальных дисках). Существуют комбинированные приводы, работающие с обоими форматами. На таких дисках хранят большие объёмы информации, например, программы инсталляции программ (700 Мб – CD, 4,7 Гб – DVD). Стриммер – устройство последовательного доступа для резервного копирования информации. Записывает данные на магнитные ленты (наподобие магнитофона) в специальных картриджах (кассетах). Флэш-память – еще одно устройство для переноса данных между системами построено на микросхемах памяти с возможностью энергонезависимого хранения. В настоящее время информационный объём составляет до 16 Гб. Флэш-память бывает как съёмной, так и несъёмной.

Стандартным устройством вывода в системе является монитор. Мониторы различают: на электронно-лучевых трубках, на жидкокристаллических, плазменных экранах и др. Качество мониторов описывается следующими параметрами: размер экрана (измеряется в дюймах по диагонали), размер зерна (в сотых долях мм, например 0,24), максимальное разрешение (в точках, соотношение 4:3, например 1024 х 768), частота кадровой развёрстки при максимальном разрешении (скорость обновления изображения, например, 85 Гц), яркость – для ЖК-мониторов – измеряется в канделлах (например, 300 кд) и др. Кроме монитора, к устройствам вывода относят: принтеры, плоттеры. Принтерами называют устройства, предназначенные для создания бумажных (твердых) копий электронных документов. По способу создания изображений принтеры бывают: матричные, струйные, лазерные, фотопринтеры. Плоттеры по назначению не отличаются от принтеров, но используются в других областях, и имеют существенные отличия в организации (предназначены для печати на больших форматах карт, чертежей и т.п.).

К устройствам ввода информации относятся: клавиатура (стандартное устройство ввода), манипуляторы (мышь, трэкбол, джойстик), сенсорные устройства (экран, манипулятор, световое перо, дигитайзер), сканеры и камеры, устройства голосового ввода.

Манипуляторы – это устройства позволяющие управлять курсором.

Мышь – манипулятор, в корпусе которого располагаются кнопки для выполнения команд. Качество мыши определяется разрешающей способностью, измеряемой в dpi.

Трэкбол – устройство управления курсором в виде шарика на неподвижной подставке. Перемещение курсора осуществляется шариком.

Сенсорные устройства ввода. Сенсорный манипулятор – управление курсором осуществляется движением пальца по специальной поверхности. Устройство надёжно, характеризуется высокой разрешающей способностью. Сенсорный экран – это поверхность, покрытая специальным слоем, позволяющая выбирать действие или команду, дотрагиваясь до экрана пальцем. Используется для быстрого доступа к информации. Световое перо – предназначено для ввода информации в карманных микрокомпьютерах, а также в системах проектирования и дизайна. Тачпэд – заменитель мыши в мобильных системах.

Графический планшет или дигитайзер – устройство для ввода в ПК чертежей или рисунков с преобразованием их в цифровой вид. Используются архитекторами и дизайнерами.

Сканеры – устройства для преобразования изображения в цифровую форму для дальнейшей обработки компьютером.

Устройства голосового ввода – предназначены для облегчения набора текстов: текст вводится не с клавиатуры, а через микрофон. В современных компьютерах возможно программное создание такого устройства (при помощи звуковой карты, микрофона и специальной программы, например, ViaVoice от IBM).

4. Программное обеспечение ПК

Существует несколько классификаций ПО, в основу которых положены различные признаки. Программное обеспечение компьютера (ПО) можно классифицировать следующим образом: системное, прикладное, инструментальное.

Системное ПО предназначено для создания и обслуживания операционной среды, обеспечения работы частей ПК и вычислительной сети, диагностики и профилактики аппаратного и программного обеспечения. Системное программное обеспечение в свою очередь подразделяется на операционные системы, операционные оболочки и сервисное ПО. Операционные системы (ОС) – это программы, загружаемые первыми при включении ПК, осуществляющие диалог с пользователем и управляющие всеми ресурсами компьютера. Примеры ОС: MS DOS; Windows ХX, OS/2; Windows NT, Unix-системы. Операционные оболочки предназначены для облегчения общения пользователя с операционной системой и, возможно, создания среды исполнения программ, например: Norton Commander, Windows commander, DOS Navigator, Far, Windows 3x.

К сервисному ПО можно отнести:

• программы диагностики устройств ПК;

• программы диагностики ОС и другого программного обеспечения;

• антивирусные программы;

• обслуживания дисков (файловых систем);

• программы архивации данных (резервного копирования);

• программы обслуживания сети.

Сервисными являются программные пакеты (т.е. наборы программ): Norton Utilites, Checkit PRO Deluxe, SiSoft Sandra и множество других.

Прикладные программы служат инструментом для решения функциональных задач специалистов в различных областях деятельности. К ним относятся текстовые редакторы (Блокнот) и процессоры (MS Word различных версий; WordPrefect, AmiPro, другие текстовые процессоры из офисных пакетов, например: Sun Microsystems, Lotus), табличные процессоры (Excel, Lotus 1-2-3, Quatro Pro), издательские системы (Adobe Page Maker, Quark Express), профессиональные графические пакеты (Adobe PhotoShop, Adobe Illustrator, Corel Draw), средства презентационной графики (Power Point, Autodesk Animator Pro, Autodesk 3Dstudio), системы управления базами данных (Visual FoxPro Standart, Access, dBASE), программы автоматизированного проектирования в различных областях (AutoCAD), пакеты для редактирования видео (Adobe Premier, 3D Max), пакеты редактирования звука (Sound Forge) и т.д.

Инструментальные программные пакеты – предназначены для разработки нового ПО. Программными продуктами для разработки новых программ являются: Visual C++, Visual Basic, Delphi и т.п.

Системное ПО – является основным ПО, неотъемлемой частью компьютера. Без него невозможно взаимодействовать ни с одним устройством ЭВМ. Именно системное ПО руководит слаженной работой всех элементов компьютерной системы, как на аппаратном уровне, так и на программном.

Системное программное обеспечение.

Программы	Пояснение	Примеры
Операционные системы	Комплекс программ, распределяющих ресурсы компьютерной системы и организующих работу других программ	MS-DOS Windows Unix
Файловые менеджеры	Программы, обеспечивающие более комфортное общение пользователя с командами ОС	Windows Commander Total Commander FAR
Программы диагностики	Проверяют работу основных устройств компьютера
Антивирусные программы	Программы обнаружения компьютерных вирусов и их уничтожения	DrWeb Nod32 Антивирус Касперского
Программы обслуживания дисков	Программы проверки целостности логической и физической структуры дисков, дефрагментация
Архиваторы	Программы упаковки файлов и группы файлов для уменьшения занимаемого ими места на диске	WinRar WinZip

Прикладное ПО – предназначено для выполнения конкретных задач пользователя. Это те программы, которые превращают компьютер в пишущую машинку для набора текстов, в калькулятор для выполнения вычислений, в рабочее место художника, дизайнера, в средство общения с другими людьми на расстоянии или инженера-конструктора, и многое-многое другое.

 

Прикладное программное обеспечение

Программы	Пояснение	Примеры
Текстовые процессоры	Программы для создания, редактирования и оформления текстовых документов	Microsoft Word
Табличные процессоры	Программы, позволяющие выполнять операции над данными, представленными в табличной форме	Microsoft Excel 1С: Бухгалтерия
СУБД	Средства ввода, поиска, размещения и выдачи больших массивов данных	Microsoft Access
Компьютерная графика и анимация	Средства создания неподвижных и движущихся изображений	Paint Adobe Photoshop CorelDraw
Средства создания презентации	Программы создания и показа наборов слайдов	Microsoft PowerPoint
Средства коммуникаций	Программы для работы в компьютерной сети	Internet Explorer Outlook Express The Bat!
Системы автоматизированного проектирования (САПР)	Средства проектирования электронных схем, машин, механизмов	AutoCad КОМПАС
Обучающие программы	Помогают процессу обучения	Клавиатурные тренажеры Тесты
Игры	Программы для организации досуга и обучения	Стратегии Лабиринты Логика

Инструментарий программирования – это средства, предназначенные для создания ПО, т.е. того же системного и прикладного ПО. Его составляют разнообразные языки и среды программирования.

Инструментарий программирования

Программы	Пояснение	Примеры
Трансляторы	Переводчики программ языков программирования и машинные коды
Отладчики	Средства поиска и исправления ошибок
Интегрированные среды разработки приложений	Объектно-ориентированные языки программирования	Visual Basic Delphi
Языки программирования	Средства создания программ для компьютера	Basic Pascal

5. Магистрально-модульный принцип построения ПК

Информация, представленная в цифровой форме и обрабатываемая на компьютере, называется данными. Последовательность команд, которую выполняет компьютер в процессе обработки данных, называется программой.

Обработка данных на компьютере: 1. Пользователь запускает программу, хранящуюся в долговременной памяти, она загружается в оперативную и начинает выполняться. 2. Выполнение: процессор считывает команды и выполняет их. Необходимые данные загружаются в оперативную память из долговременной памяти или вводятся с помощью устройств ввода. 3. Выходные (полученные) данные записываются процессором в оперативную или долговременную память, а также предоставляются пользователю с помощью устройств вывода информации.

Для обеспечения информационного обмена между различными устройствами должна быть предусмотрена какая-то магистраль для перемещения потоков информации.

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

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

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении — от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса.

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

Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Каждая отдельная функция компьютера реализуется одним или несколькими модулями – конструктивно и функционально законченных электронных блоков в стандартном исполнении. Организация структуры компьютера на модульной основе аналогична строительству блочного дома. Основными модулями компьютера являются память и процессор. Процессор – это устройство управляющее работой всех блоков компьютера. Действия процессора определяются командами программы, хранящейся в памяти.

Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Магистрально-модульный принцип имеет ряд достоинств:

1. для работы с внешними устройствами используются те же команды процессора, что и дл работы с памятью.

2. подключение к магистрали дополнительных устройств не требует изменений в уже существующих устройствах, процессоре, памяти.

3. меняя состав модулей можно изменять мощность и назначение компьютера в процессе его эксплуатации.

Принцип открытой архитектуры – правила построения компьютера, в соответствии с которыми каждый новый блок должен быть совместим со старым и легко устанавливаться в том же месте в компьютере.

В компьютере столь же легко можно заменить старые блоки на новые, где бы они ни располагались, в результате чего работа компьютера не только не нарушается, но и становится более производительной. Этот принцип позволяет не выбрасывать, а модернизировать ранее купленный компьютер, легко заменяя в нем устаревшие блоки на более совершенные и удобные, а так же приобретать и устанавливать новые блоки. Причем во всех разъемы для их подключения являются стандартными и не требуют никаких изменений в самой конструкции компьютера.

6. Процессор, назначение, основные параметры

Центральный процессор – это «мыслящая» часть ПК, которая отвечает за обработку информации. Центральный процессор (в системе есть и другие процессоры, например, математический сопроцессор, видеопроцессор) умеет сложить или сравнить два двоичных числа. На основе этих примитивов строятся более сложные операции (команды процессора), из которых – еще более сложные. В современном центральном процессоре описано несколько сот внутренних команд. Кроме вычислительных задач центральный процессор управляет работой других устройств системы, через систему специальных команд. Для синхронизации работы различных устройств на материнской плате располагается генератор тактовых импульсов, от которого, через умножители, затактовывается вся система – своеобразный «метроном». Центральный процессор, в большей степени, определяет производительность системы в целом.

1. В качестве характеристики процессора указывается его тактовая частота, которая измеряется в Мгц. Тактом называют интервал времени менаду началом подачи двух последовательных импульсов электрического тока, синхронизирующих работу, различных устройств компьютера. Специальные импульсы для отсчета времени для всех электронных устройств вырабатывает тактовый генератор частоты, расположенный на СИСТЕМНОЙ плате Его главный элемент представляет собой кристалл кварца, обладающий стабильностью резонансной частоты. Тактовая частота определяется как количество тактов в секунду и измеряется в мегагерцах (1МГц = 1 млн тактов/с). Тактовая частота влияет на скорость работы, быстродействие МП. Переход к микропроцессору с большей тактовой частотой означает повышение скорое обработки информации. Говоря о быстродействии процессор имеют в виду количество операций, выполняемых им в секунду

Один из способов повышения быстродействия МП -- использование кэш-памяти. Это позволяет избежать циклов ожидания в работе МП, пока информация из соответствующих схем памяти установится на системной шине данных компьютера. Таким образом кэш-память функционально предназначена для согласования скорости-работы сравнительно медленных устройств с относительно быстрым МП. Благодаря преимуществам в архитектуре процессоры с меньшей тактовой частотой могут иметь большее быстродействие.

Для определения производительности МП в настоящее время рассматривают четыре аспекта – целочисленные вычисления, вычисления с плавающей запятой, графика, видео, сравнивая их с производительностью процессора i486 SX-25 МГц, чьи показатели в 1992 г. были приняты за 100. Подчеркнем, что речь идет о производительности лишь самих процессоров, а не всей компьютерной системы в целом, которая зависит, помимо центрального процессора, от множества других факторов.

Для улучшения показателей при выполнении операций с плавающей запятой, на которые даже самые мощные универсальные микропроцессоры тратят достаточно много времени, создано и пользуется специальное устройство – математический сопроцессор. Это интегральная схема, работающая во взаимодействии центральным МП. Она предназначена только для выполнения математических операций. В них нет нужды, если работа на компьютере выполняется с базами данных или с обычными текстовыми редакторами, но если работают с электронными таблицами, с трехмерной графикой, издательскими пакетами, пакетами САПР, специальными программами по математическому моделированию, то отсутствие математического сопроцессора нежелательно. Поэтому все МП фирмы, начиная с i486, имеют встроенные сопроцессоры, что заметно повышает их производительность.

2. Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность , является разрядность. В общем случае производительность процессора тем выше, чем больше его разрядность. В настоящее время используются 18,16-, 32- и 64-разрядные процессоры, причем практически все современные программы рассчитаны на 32- и 64-разрядные процессоры.

Часто уточняют разрядность процессора и пишут, например, 16/20, что означает, что процессор имеет 16-разрядную шину данных и 20-разрядную шину адреса. Разрядность адресной шины определяет адресное пространство процессора, т.е. максимальный объем оперативной памяти, который может быть установлен в компьютере.

3. Интерфейс с системной шиной. Разрядность внутренней шины данных ПМ может не совпадать с количеством внешних выводов для линии данных. Например, МП с 32-разрядной внутренней шиной данных может иметь только 16 внешних линий данных. Это означает, что разрядность интерфейса с внешней шиной данных равна 16. Аналогичная ситуация может наблюдаться с другой частью системной шины -- адресной шиной. Как уже отмечалось выполнение процессором команды предусматривает наряду с арифметическими действиями и логическими операциями передачу управления и перемещение данных из одного места памяти в другое. Поэтому важна не только разрядность внутренних шин процессора, но и его интерфейс с системной шиной.

4. Адресное пространство (адресация памяти). Одна из функций процессора состоит в перемещении данных, в организации их обмена с внешними устройствами и оперативной памятью. При этом процессор формирует код устройства а, а для ОЗУ – адрес ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине. Объем физически адресуемой микропроцессором оперативной памяти называется его адресным пространством. Он определяется разрядностью внешней шины адреса. Действительно, пусть разрядность адресной шины, тогда количество различных двоичных чисел, которые можно по ней передать, равно 2^N. Известно, что число, передаваемое по адресной шине при обращении процессора к оперативной памяти, есть адрес ячейки ОЗУ (ее порядковый номер). Значит, 2^N -- это количество ячеек оперативной памяти которым, используя адресную шину, может обратиться (адресоваться) процессор, то есть 2^N -- объем адресного пространства процессора. Следовательно, при 16-, 20-, 24- или 32-разрядной шине адреса создается адресное пространство соответственно 2¹⁶ = 64Кбайта, 2²⁰= 1 Мбайт, 2²⁴ = 16 Мбайт, 2³² = 4 Гбайта. Поэтому разрядность процессора часто уточняют, записывая, например для i80386 -- 32/32, что означает: МП имеет 32-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса, то есть одновременно обрабатывает 32 бита информации, а объем адресного пространства микропроцессора составляет 2³² = 4 Гбайта.

Производительность процессора является интегральной характеристикой , которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а так же особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.). Производительность процессора нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования, т.е. определения скорости выполнения процессором определенных операций в какой-либо программной среде.

7. Оперативная память (назначение, принцип работы)

ОЗУ представляет собой массив электронных ячеек, каждая из которых может хранить 0 или 1. В оперативную память помещаются все коды, предназначенные для исполнения или обработки, т.е. она исполняет роль буфера между центральным процессором и остальными устройствами. Содержимое её сохраняется за счет постоянного обновления зарядов и исчезает после выключения ПК. Для выполнения любой программы ее коды и данные должны быть загружены в ОЗУ. После выполнения программы все это выгружается, и ячейки становятся свободными для других программ. Часть программ загружаются при старте системы (ядро системы, драйверы некоторых устройств) и находятся там все время работы операционной системы. Такие программы называются резидентными.

Операти́вная па́мять (англ. Random Access Memory, память с произвольным доступом; комп. жарг. Память) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции. Обязательным условием является адресуемость (каждое машинное слово имеет индивидуальный адрес) памяти. Передача данных в оперативную память процессором производится непосредственно, либо через сверхбыструю память. Содержащиеся в оперативной памяти данные доступны только тогда, когда компьютер включен. При выключении компьютера содержимое стирается из оперативной памяти, поэтому перед выключением компьютера все данные нужно сохранить. Так же от объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер.

Оперативное запоминающее устройство, ОЗУ — техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти.

ОЗУ большинства современных компьютеров представляет собой модули динамической памяти, содержащие полупроводниковые БИС ЗУ, организованные по принципу устройств с произвольным доступом. Память динамического типа дешевле, чем статического, и её плотность выше, что позволяет на том же пространстве кремниевой подложки размещать больше ячеек памяти, но при этом её быстродействие ниже. Статическая, наоборот, более быстрая память, но она и дороже. В связи с этим массовую оперативную память строят на модулях динамической памяти, а память статического типа используется для построения кеш-памяти внутри микропроцессора.

Память динамического типа (англ. DRAM (Dynamic Random Access Memory))

Экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита или трита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два). Такой вид памяти решает, во-первых, проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевле нескольких транзисторов) и во-вторых, компактности (там, где в SRAM размещается один триггер, то есть один бит, можно уместить восемь конденсаторов и транзисторов). Есть и свои минусы. Во-первых, память на основе конденсаторов работает медленнее, поскольку если в SRAM изменение напряжения на входе триггера сразу же приводит к изменению его состояния, то для того чтобы установить в единицу один разряд (один бит) памяти на основе конденсатора, этот конденсатор нужно зарядить, а для того чтобы разряд установить в ноль, соответственно, разрядить. А это гораздо более длительные операции (в 10 и более раз), чем переключение триггера, даже если конденсатор имеет весьма небольшие размеры. Второй существенный минус — конденсаторы склонны к «стеканию» заряда; проще говоря, со временем конденсаторы разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их ёмкость. За то, что разряды в ней хранятся не статически, а «стекают» динамически во времени, память на конденсаторах получила своё название динамическая память. В связи с этим обстоятельством, дабы не потерять содержимое памяти, заряд конденсаторов для восстановления необходимо «регенерировать» через определённый интервал времени. Регенерация выполняется центральным микропроцессором или контроллером памяти, за определённое количество тактов считывания при адресации по строкам. Так как для регенерации памяти периодически приостанавливаются все операции с памятью, это значительно снижает производительность данного вида ОЗУ.

Память статического типа (англ. SRAM (Static Random Access Memory))

ОЗУ, которое не надо регенерировать (и обычно схемотехнически собранное на триггерах), называется статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью. Достоинство этого вида памяти — скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях, а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера, обходится дороже, даже если они вытравляются миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть вытравлены линии связи. Используется для организации сверхбыстрого ОЗУ, критичного к скорости работы.

8. Внешние устройства ввода-вывода (Монитор, клавиатура, мышь)

Стандартным устройством вывода в системе является монитор. Мониторы различают: на электронно-лучевых трубках, на жидкокристаллических, плазменных экранах и др. Качество мониторов описывается следующими параметрами: размер экрана (измеряется в дюймах по диагонали), размер зерна (в сотых долях мм, например 0,24), максимальное разрешение (в точках, соотношение 4:3, например 1024 х 768), частота кадровой развёрстки при максимальном разрешении (скорость обновления изображения, например, 85 Гц), яркость – для ЖК-мониторов – измеряется в канделлах (например, 300 кд) и др.

К устройствам ввода информации относятся: клавиатура (стандартное устройство ввода), манипуляторы (мышь, трэкбол, джойстик), сенсорные устройства (экран, манипулятор, световое перо, дигитайзер), сканеры и камеры, устройства голосового ввода.

Стандартная компьютерная клавиатура, также называемая клавиатурой PC/AT или AT-клавиатурой (поскольку она начала поставляться вместе с компьютерами серии IBM PC/AT), имеет 101 или 102 клавиши. Клавиатуры, которые поставлялись вместе с предыдущими сериями — IBM PC и IBM PC/XT, — имели 86 клавиш.[источник не указан 882 дня] Расположение клавиш на AT-клавиатуре подчиняется единой общепринятой схеме, спроектированной в расчёте на английский алфавит.

Манипуляторы – это устройства позволяющие управлять курсором.

Мышь – манипулятор, в корпусе которого располагаются кнопки для выполнения команд. Качество мыши определяется разрешающей способностью, измеряемой в dpi.

Трэкбол – устройство управления курсором в виде шарика на неподвижной подставке. Перемещение курсора осуществляется шариком.

Сенсорные устройства ввода. Сенсорный манипулятор – управление курсором осуществляется движением пальца по специальной поверхности. Устройство надёжно, характеризуется высокой разрешающей способностью. Сенсорный экран – это поверхность, покрытая специальным слоем, позволяющая выбирать действие или команду, дотрагиваясь до экрана пальцем. Используется для быстрого доступа к информации. Световое перо – предназначено для ввода информации в карманных микрокомпьютерах, а также в системах проектирования и дизайна. Тачпэд – заменитель мыши в мобильных системах.

Графический планшет или дигитайзер – устройство для ввода в ПК чертежей или рисунков с преобразованием их в цифровой вид. Используются архитекторами и дизайнерами.

Сканеры – устройства для преобразования изображения в цифровую форму для дальнейшей обработки компьютером.

Устройства голосового ввода – предназначены для облегчения набора текстов: текст вводится не с клавиатуры, а через микрофон. В современных компьютерах возможно программное создание такого устройства (при помощи звуковой карты, микрофона и специальной программы, например, ViaVoice от IBM).

9. Магнитные диски (определение, основные характеристики)

Устройства внешней памяти – это дисковые устройства (даже если в устройстве нет диска, оно в системе выглядит как логический диск): винчестеры, дискеты, компакт-диски, специальные диски (магнитооптические и т.п.), диски DVD, флэш-память, стриммеры. Все они являются энергонезависимыми носителями, т.е. информация на них хранится в отсутствие питания. Винчестер или жёсткий диск (НЖМД) предназначен для долгосрочного хранения информации и является базовым носителем в системе. Он представляет собой неразъемное устройство, в котором находятся привод, магнитные головки чтения-записи и сами носители: один или несколько дисков с ферромагнитным покрытием. Для винчестера главным параметром является ёмкость (измеряется в Гб). Характеристики жёсткого диска: среднее время доступа по чтению и по записи, емкость, скорость вращения дисков, объём кэш-памяти. Дисковод флоппи-дисков (FDD) – это устройство, предназначенное для записи и чтения информации с гибких магнитных дисков (флоппи-диск, дискета). Эти диски позволяют записывать 1,44 Мб (или 720 кб) информации (формат 2,88 не прижился). Дискеты предназначены для переноса информации (файлов) между системами и являются съемными дисками, т.е. дискета и привод являются отдельными устройствами. В настоящее время такой вид носителей практически не используется. Третий вид носителей – лазерные диски – бывают форматов CD и DVD. Это различные форматы, их объединяет только принцип записи. Приводы для этих дисков бывают только для чтения и для чтения-записи (запись возможна только на специальных дисках). Существуют комбинированные приводы, работающие с обоими форматами. На таких дисках хранят большие объёмы информации, например, программы инсталляции программ (700 Мб – CD, 4,7 Гб – DVD). Стриммер – устройство последовательного доступа для резервного копирования информации. Записывает данные на магнитные ленты (наподобие магнитофона) в специальных картриджах (кассетах). Флэш-память – еще одно устройство для переноса данных между системами построено на микросхемах памяти с возможностью энергонезависимого хранения. В настоящее время информационный объём составляет до 16 Гб. Флэш-память бывает как съёмной, так и несъёмной.