1
Информатика- это и отрасль хозяйства страны, и фундаментальная наука, и прикладная дисциплина, занимающаяся изучением средств и методов сбора, хранения, передачи, обработки и использования разнообразной информации с применением компьютеров.
Информация - как изменение объема и структуры знания о некоторой предметной области (лица, предметы, факты, события, явления, процессы), воспринимающей системой независимо от формы и способа представления знания.
Данные. От информации данные отличаются конкретной формой представления. Данные могут рассматриваться как признаки или записанные наблюдения, которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся. В том случае, если появляется возможность использовать эти данные для уменьшения неопределенности о чем-либо, данные превращаются в информацию. Поэтому информацией являются используемые данные.
Экономическая информация - совокупность сведений, отражающих социально-экономические процессы и служащих для управления этими процессами и коллективами людей в производственной и непроизводственной сфере. Мы будем понимать информацию, характеризующую производственные отношения в обществе.
Информационная технология – процесс, использующий средства и методы сбора, хранения, обработки первичной информации для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления.
Цель информационной технологии – производство качественно новой информации для анализа её человеком и принятии на его основе решения.
Принятие решения – акт целенаправленного воздействия на объект управления, основанный на анализе ситуации, определении цели и разработке программы достижения этой цели.
Информационная система – объединение средств и методов сбора, хранения, обработки и использования информации в интересах достижения. Современная информационная система – информационная система, основанная на использовании компьютеров и средств телекоммуникаций.
Информационная система – это среда для реализации информационных технологий.
Понятие количества информации. В соответствии с положениями общей теории информации в качестве эталона меры для нее выбирается некоторый абстрактный объект, который может находиться в одном из двух состояний (например, включен/выключен, да/нет, 0/1 и т. п.), или, как еще говорят, бинарный объект. Говорят, что такой объект содержит информацию в 1 бит. Данный метод измерения информации во многом был предопределен возможностями ее хранения в различных технических устройствах. От бита как наименьшей меры количества информации происходят производные единицы:
1 байт = 8 бит,
1 килобайт (Кбайт) = 210 = 1024 байт,
1 мегабайт (Мбайт) = 220 байт,
1 гигабайт (Гбайт) = 230 байт,
1 терабайт (Тбайт) = 240 байт,
1 петабайт (Пбайт) = 250 байт…
Как можно заметить, приставки кило-, мега- и т. д. здесь употребляются в отличающемся от традиционного смысле, означая умножение на 1024 = 210, а не на тысячу.
2
Известны два основных типа систем счисления - это непозиционные и позиционные системы.
Примером непозиционной системы счислени может служить так называемая римская нумерация (римские цифры). В этой системе значение цифры не зависит от ее положения в записи числа. Примером позиционной системы счисления является хорошо известная нам десятичная система счисления. В позиционной системе счисления значение каждой цифры изменяется с изменением ее положения (позиции, разряда) в последовательности цифр, изображающих число. Последовательность цифр 777.7 представляет собой сокращенную запись выражения:
7*102+7*101+7*100+7*10-1
В десятичной системе счисления для записи любых чисел используются только десять различных знаков (цифр): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
Таким образом, в десятичной позиционной системе каждое число представляется в виде суммы различных целых степеней основания системы счисления - числа "десять". Последовательность целых степеней основания системы счисления имеет самостоятельное значение и часто называется таблицей весов. В десятичной системе счисления она имеет вид:
... 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 ...
Следует заметить, что восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления применяются для компактного (со сжатием соответственно в 3 и 4 раза) представления двоичных кодов на экране монитора, распечатках и т.д.
В качестве базовой системы счисления в компьютерах используется двоичная система. Остальные (восьмеричная и шестнадцатеричная) являются вспомогательными для облегчения восприятия “машинного языка” человеком.
В двоичной системе таблица весов имеет следующий вид:
Как видно, изображение чисел и другой информации с помощью двоичных чисел и кодов получается чрезвычайно громоздким и, следовательно, слишком неудобным для человека. Поэтому необходимы такие системы счисления, которые бы не требовали проведения громоздких вычислений при переводе из двоичной системы счисления и позволяли бы получать компактные изображения чисел. Такими системами счисления являются системы, основания которых равно целой степени двойки, например, восьмеричная и шестнадцатеричная.
3
В компьютерах могут быть представлены данные следующих типов:
Числовой (арифметический) в таких видах:
целый (integer), характеризуемый абсолютно точным представлением значения, но с относительно узким диапазоном представления, например, [-109…+109];
вещественный (real) режима с плавающей точкой, характеризуемый более широким диапазоном представления, например, [-1039…+1039], но отягощенный инструментальной ошибкой представления из-за отбрасывания младших разрядов числа, непомещающихся в разрядную сетку мантиссы числа – поля, где хранятся старшие разряды числа с максимальным сдвигов влево (как правило, помещаются только 7 десятичных цифр);
с двойной точностью (double) режима с плавающей точкой, характеризуемый существенно более широким диапазоном представления, например, [-10309…+10309], но требующий дополнительного объёма памяти, с представлением до 17 десятичных цифр (этот тип является единственным типом представления чисел в большинстве табличных процессоров и СУБД); Текстовый (строковый, символьный) с представлением в основном по правилу «1 символ – 1 байт» с использование нескольких кодировочных таблиц (ASCII – для англоязычных текстов, Windows-1251, KOI8-R, UTF-8 и пр. – для русскоязычных текстов). Логический (boolean), в котором представляются всего 2 числа-цифры: истинно (true) и ложно (false). «Дата/Время» с представлением значения в виде неправильной дроби, где целая часть – это номер дня , а дробная часть – время суток Графический в трёх основных видах:
растровый с представлением изображения в виде кодов цветов (или оттенков серого) отдельных точек (пикселей), применяемый в основном для хранения уже готовых изображений (форматы файлов: jpeg, gif, png, tiff, bmp );
векторный с представлением частей изображения в виде отрезков прямых, дуг окружностей, фрагментов прочих кривых, что позволяет плавно масштабировать изображение с сохранением исходного качества (форматы: );
3D-формат для представления псевдо трёхмерного изображения. Звуковой в двух разновидностях:
цифровой (MP3 - MPEG-1 Audio Layer 3);
MIDI, позволяющий единообразно кодировать в цифровой форме такие данные как нажатие клавиш, настройку громкости и других акустических параметров, выбор тембра, темпа, тональности и др. с точной привязкой во времени. Видео в различных форматах файлов (MPEG-2, MPEG-4, 3GPP, H.264, VC-1, AVI).
4
Известны следующие структуры данных – объединение в общем случае разнородных элементов, внешне представляемое как единое целое: Одномерный массив (вектор) – конечное упорядоченное множество данных основных типов (скаляров), причём, одного и того же типа. Отдельные данные в векторе называются элементами массива. Упорядочивание состоит в следовании элементов друг за другом, что позволяет пронумеровать их последовательностью целых чисел – индексами. Двумерный массив (матрица) – это вектор, каждый элемент которого в свою очередь является вектором. Примеры элементов матрицы: B[1,1], MTR[I,J], Y[N-1,M+2]. Многомерный массив - это вектор, каждый элемент которого является вектором, каждый элемент которого является вектором и т.д. Размерность массива – это количество его измерений, которое равно числу индексных выражений при ссылке на отдельные элементы массива. (Не путать с размером массива, который равен общему числу его элементов). Запись (англ. record), кортеж, строка в таблице – упорядоченное конечное множество элементов в общем случае различных типов. Элементы записи – поля, реквизиты, атрибуты, которым присваиваются уникальные имена. Пример записи:
Таблица – конечное множество записей, имеющих одну и ту же организацию. База данных - в общем случае набор из нескольких взаимосвязанных таблиц (применительно к базам данных реляционного типа; см. модуль «Системы управления базами данных»).
5
Логический (boolean) тип данных представлен всего 2 числами-цифрами: истинно (true) и ложно (false). В компьютере истинно кодируется «1», а ложно – «0» в младшем разряде машинного слова.
Известны следующие основные логические операции, которые определяются с помощью таблиц истинности для случая двух входных значений (аргументов) логического типа Х1, Х2:
- логическое сложение, ИЛИ, OR, дизъюнкция, V:
- логическое умножение, И, AND, конъюнкция, &:
- исключающее ИЛИ, XOR, сложение по модулю 2:
000
011
101
110
- импликация, IMP:
001
011
100
111
- стрелка Пирса, , ИЛИ-НЕ:
- штрих Шеффера, |, И-НЕ:
- отрицание, инверсия, НЕ, NOT:
Особым выражением, результатом вычисления которого является логическое значение, является отношение – два выражения любого типа с одним из 6 знаков сравнения между ними (>, >=, <, <=, =, < >), например:
2 * 2 = 5 A + B <= C / 2 S/ (N-1) < > P * P
6
Алгоритм – это однозначное и детальное описание последовательности действий по преобразованию исходных данных в результат.
Корректно составленный алгоритм должен обладать следующими базовыми свойствами: дискретность – разбивка описанной последовательности действий на отдельные шаги, операторы вплоть до уровня операторов входного языка программирования или машинных команд; результативность (выполнимость) – обеспечение получения результата за фиксированное число шагов обработки информации; детерминированность (однозначность) – получение одного и того же результата при многократном использовании алгоритма с одними и теми же исходными данными; массовость – возможность использования алгоритма для решения сразу нескольких задач некоторого фиксированного класса.
Алгоритм может быть представлен в следующих формах:
Словесное описание.
Математические формулы.
Графическая схема алгоритмов (ГСА).
Таблица решений.
Программа в виде исходного модуля (на алгоритмическом языке) или загрузочного модуля (на языке машинных команд)
7
Основные символы ГСА:
Процесс
Символ отображает функцию обработки данных любого вида (выполнение определенной операции или группы операций, приводящее к изменению значения, формы или размещения информации или к определению, по которому из нескольких направлений потока следует двигаться).
Данные
Символ отображает данные, носитель данных не определен. Может использоваться для операций ввода с клавиатуры и вывода на экран монитора.
Подготовка
Символ отображает модификацию команды или группы команд с целью воздействия на некоторую последующую функцию (установка переключателя, модификация индексного регистра или инициализация программы). Чаще используется для организации циклических вычислений.
Решение
Символ отображает решение или функцию переключательного типа, имеющую один вход и ряд альтернативных выходов, один и только один из которых может быть активизирован после вычисления условий, определенных внутри этого символа. Соответствующие результаты вычисления могут быть записаны по соседству с линиями, отображающими эти пути. Это особый символ, имеющий один вход и два выхода (допускается вариант и с тремя выходами).
Линия
Символ отображает поток данных или управления. При необходимости или для повышения удобочитаемости могут быть добавлены стрелки-указатели. Рекомендуется использовать стрелки для пометки линий с направлениями только вверх и влево.
Терминатор
Символ отображает выход во внешнюю среду и вход из внешней среды (начало или конец схемы программы, внешнее использование и источник или пункт назначения данных). Используется в качестве символа «Пуск» и «Останов».
Соединитель
Символ отображает выход в часть схемы и вход из другой части этой схемы и используется для обрыва линии и продолжения ее в другом месте (листе). Соответствующие символы-соединители должны содержать одно и то же уникальное обозначение.
Комментарий
Символ используют для добавления описательных комментариев или пояснительных записей в целях объяснения или примечаний. Пунктирные линии в символе комментария связаны с соответствующим символом или могут обводить группу символов. Текст комментариев или примечаний должен быть помещен около ограничивающей фигуры.
В практике программирования используются следующие базовые алгоритмические структуры:
СЛЕДОВАНИЕ
(ЛИНЕЙНАЯ СТРУКТУРА)
РАЗВИЛКА (ВЕТВЛЕНИЕ)
в двух разновидностях:
а) «ЕСЛИ-ТО-ИНАЧЕ»
б) «ЕСЛИ-ТО»
ЦИКЛ
в двух разновидностях:
а) типа «ПОКА» с предусловием (WHILE)
б) типа «ДО» с постусловием (REPEAT)
ВЫБОР
(МНОЖЕСТВЕННОЕ ВЕТВЛЕНИЕ)
Следует особо отметить, что структуры СЛЕДОВАНИЕ, ВЕТВЛЕНИЕ И ЦИКЛ применяются в технологии структурного программирования (программирования без операторов безусловного перехода GOTO).
8
Основу любой системы программирования на алгоритмическом языке составляет транслятор, предназначенный для перевода текста программы со входного языка системы на язык системы команд компьютера (в машинный код). Трансляторы могут быть двух типов:
интерпретатор, переводящий в машинный код поочередно лишь один оператор входного языка с выполнением полученного машинного кода без запоминанием этого кода (программа хранится в компактном текстовом формате);
компилятор, переводящий в машинный код сразу весь текст программы на алгоритмическом языке с выявлением синтаксических и семантических ошибок (программа хранится в существенно более ёмком машинном коде).
Основное преимущество систем программирования интерпретаторного типа состоит в мобильности создаваемых программ, способных исполняться в прочих операционных средах и диалектах, но ,естественно, всё того же зыка программирования. Недостаток таких систем – увеличение времени исполнения программ за счёт чередования шагов трансляции и выполнения машинного кода, а также возможность исполнения программ только под управлением соответствующей системы программирования.
Преимуществом систем программирования компиляторного типа является более высокая скорость исполнения машинных программ, а также способность автономного исполнения (вне материнской среды программирования). Недостаток систем – более трудоёмкая процедура отладки программ.
9.
Полезно получить представление об этапах разработки программ в системах компиляторного типа: Ввод и редактирование текста программы на алгоритмическом языке – исходного модуля. Компиляция программы с получением машинного кода головного модуля программы (ещё без подсоединения необходимых подпрограмм) – объектного модуля. Компоновка (сборка, или редактирование связей) с подсоединением подпрограмм из библиотек объектных модулей и получением в результате загрузочного модуля.
Таким образом, типовой состав системы программирования компиляторного типа включает в себя: текстовый редактор, компилятор, компоновщик и дополнительно отладчик программ.
10.
Современные технологии в инструментальных системах программирования: Нисходящее проектирование (сверху-вниз) с поэтапной детализацией сложной процедуры обработки информации. Модульное программирование, предполагающее выделение из сложной программы относительно независимых фрагментов (например, из 50 операторов входного языка), возможно, с оформлением модуля в виде процедуры. Структурное программирование, основанное на использовании лишь трёх типов базовых алгоритмов: следование, ветвление и цикл. Объектно-ориентированное программирование (в отличие от «классического» процедурно-ориентированного), базирующее на принципах: инкапсуляции, полиморфизма, наследования и абстракции. Визуальное программирование, существенно упрощающее создание экранных форм для интерфейса пользователя программы. Событийное программирование, позволяющее обрабатывать события различного происхождения (внутренние и внешние события).
11
классы компьютеров:
I. Суперкомпьютер, вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам большинство существующих компьютеров.
В настоящее время суперкомпьютерами принято называть компьютеры с огромной вычислительной мощностью .
II. Мейнфре́йм (от англ. mainframe) — большая универсальная ЭВМ, высокопроизводительный компьютер со значительным объёмом оперативной и внешней памяти, предназначенный для организации централизованных хранилищ данных большой ёмкости и выполнения интенсивных вычислительных работ, обслуживая одновременно множество пользователей.
III. Миникомпью́тер — термин, распространённый в 1960—1980-х гг., относящийся к классу компьютеров, размеры которых варьировались от шкафа до небольшой комнаты. С конца 1980-х годов полностью вытеснены персональными компьютерами.
IV. Персональный компьютер, называвшийся «микрокомпьютер» в рамках старой классификации, в таких разновидностях:
Настольный (стационарный) ПК в вариантах исполнения:
Десктоп с горизонтальной ориентацией системного блока
Тауэр - «башня» (от англ. tower) с вертикальной ориентацией системного блока
Системный блок типа тауэр высокий и потому обычно располагается под столом. Из-за уменьшения размеров и массы комплектующих системные блоки типа тауэр тоже уменьшились и такие блоки называются минитауэр. В настоящее время почти все настольные ПК имеют компоновку минитауэр.
Баребон ( от англ. barebone) с уменьшенной высотой системного блока
Компьютеры данного типа используются для выполнения определенных задач (обычно в качестве мультимедийной станции). В продажу поступают в виде так называемых «скелетных» баз в составе корпуса, материнской платы и системы охлаждения. Баребоны имеют меньшую высоту корпуса и, как следствие, уменьшенный внутренний объём, а также усовершенствованную систему охлаждения, отличающуюся низкими показателями производимого шума.
Мобильные (переносные) ПК в вариантах исполнения:
Ноутбук— портативный персональный компьютер, в корпусе которого объединены типичные компоненты ПК, включая дисплей, клавиатуру и устройство указания (обычно сенсорная панель или тачпад), а также аккумуляторные батареи. Ноутбуки отличаются небольшими размерами и весом, время автономной работы ноутбуков изменяется в пределах от 1 до 6-8 часов. Планше́тный ПК . Это класс персональных компьютеров, оборудованных сенсорным экраном, но с отсутствием клавиатуры. Планшетный ПК позволяет работать при помощи стилуса (пера) или пальцев, без использования клавиатуры и мыши.
Субноутбук – ноутбук уменьшенного размера. Субноутбуками называют ноутбуки с диагональю экрана 11 — 13,3 дюйма. Такие ноутбуки отличаются малыми габаритами и весом, однако маленький размер экрана снижает удобство работы с таким устройством.
нетбук – миниатюрный сверхдешёвый ноутбук
Нетбук стоимостью 8 000 - 12 000 тыс. руб. с небольшой диагональю экрана (от 7 до 11 дюймов) без оптического дисковода, а вместо винчестера в некоторых моделях используются флэш-карты памяти.
Карманный ПК (КПК). КПК — это портативное вычислительное устройство, которое обладает широкими функциональными возможностями. Изначально КПК предназначались для использования в качестве электронных органайзеров.
Коммуникатор — карманный персональный компьютер, дополненный функциональностью мобильного телефона
Смартфо́н, (англ. smartphone — умный телефон) — мобильный телефон c расширенной функциональностью, сравнимой с карманным персональным компьютером (КПК).
На экзамене следует грамотно производить сравнение двух вариантов исполнения ПК: настольных и мобильных. Поэтому полезно изучить нижеприведённый материал.
Преимущества ноутбуков перед настольными ПК:
Малый вес и габариты, для работы не обязательно подключать внешние устройства, возможность автономной работы, возможность подключения к беспроводным сетям, мобильность. Но кроме достоинств, у ноутбуков есть и недостатки:
Высокая цена, низкая максимальная производительность, ограниченность модернизации, проблемы совместимости с различными операционными системами.
недостатки ноутбуков, являющиеся следствием мобильности портативных компьютеров:
Качество встроенных компонентов, повышенная вероятность поломки, сложность ремонта.
12
Ниже приведёна типовая компоновка основных устройств настольного персонального компьютера.
Состав устройств ПК: 1 — Монитор, 2 — Материнская плата, 3 — Центральный процессор, 4 — Оперативная память, 5 — Карты расширений, 6 — Блок питания, 7 — Оптический привод, 8 — Жесткий диск, 9 — Компьютерная мышь, 10 — Клавиатура
Ниже приведён перечень устройств офисного ПК:
Центральный процессор и чипсет. Внутренняя память:
схема BIOS;
основная (оперативная) память RAM;
КМОП-, или CMOS- память. Внешняя память:
накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД), винчестер, HDD:
стационарный (в системном блоке или в корпусе ноутбука);
мобильный, подключаемый к USB-порту;
привод оптических дисков типа CD, DVD, Blu-ray Disc в разновидностях:
ROM – «только для чтения»;
R – с однократной записью;
RW, RAM – перезаписываемые;
флэш-диск (англ. вариант – USB flash drive);
кардридер для обмена информацией с флэш-картами нескольких форматов;
накопитель на магнито-оптическом (МО) диске повышенной надежности хранения благодаря воздействию двух физических процессов при записи информации;
накопитель на гибком магнитном диске, дисковод флоппи-дисков, дискет, FDD (в настоящее время не устанавливается на выпускаемых ПК);
накопитель на магнитной ленте, стример. Устройства ввода:
клавиатура, keyboard (проводная или беспроводная);
координатное устройство, манипулятор типа мышь;:
мышь лазерная (проводная или беспроводная);
шаровой манипулятор трекбол;
координатная сенсорная панель тачпад (для ноутбуков);
графический планшет, дигитайзер со стилусом (пером);
устройство оптического ввода с бумаги, плёнок - сканер:
ручной;
страничный;
планшетный;
специализированный;
сенсорный экран, управляемый пальцем или стилусом (указочкой), типа:
резистивные;
проекционно-емкостные;
поверхностно-емкостные;
на поверхностно-акустических волнах (вандалостойкие);
сенсорно-сканирующие;
звуковая карта (в режиме «оцифровки» звука с микрофона и от др. источников) (англ., Sound Card - SD);
вэб-камера;
Устройства вывода:
видеосистема из двух частей:
видеоадаптер, или видеокарта;
монитор (устар., дисплей) в разновидностях на основе:
ЭЛТ (электронно-лучевой трубки, англ., Cathode Ray Tube - CRT);
жидкокристаллической (ЖК) панели (англ., LCD);
электролюминесценции (англ., Organic Light Emitted Diode - OLED);
принтер следующих основных типов:
матричный (точнее, игольчато-ударный);
струйный;
лазерный;
термографический;
плоттер, или графопостроитель:
планшетный;
рулонный;
звуковая карта (в режиме синтеза звука с выводом на акустические колонки);
динамик.
13
Центральный процессор— электронный блок либо микросхема— исполнитель машинных инструкций (кода программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором. Изначально термин центральное процессорное устройство описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложных компьютерных программ. Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в то время компьютерных процессоров, он естественным образом был перенесён на сами компьютеры. Главными характеристиками ЦПУ являются: тактовая частота, производительность, энергопотребление, нормы литографического процесса используемого при производстве (для микропроцессоров) и архитектура. Тенденция к стандартизации компьютерных комплектующих зародилась в эпоху бурного развития полупроводниковых элементов и миникомпьютеров, а с появлением интегральных схем она стала ещё более популярной. Создание микросхем позволило ещё больше увеличить сложность ЦП с одновременным уменьшением их физических размеров. Стандартизация и миниатюризация процессоров привели к глубокому проникновению основанных на них цифровых устройств в повседневную жизнь человека. Современные процессоры можно найти не только в таких высокотехнологичных устройствах, как компьютеры, но и в автомобилях, калькуляторах, мобильных телефонах и даже в детских игрушках. Чаще всего они представлены микроконтроллерами, где помимо вычислительного устройства на кристалле расположены дополнительные компоненты (память программ и данных, интерфейсы, порты ввода/вывода, таймеры и др.). Современные вычислительные возможности микроконтроллера сравнимы с процессорами персональных ЭВМ десятилетней давности, а чаще даже значительно превосходят их показатели.
Основными считаются следующие характеристики:
— тип архитектуры или серия (CISC, Intel х86, RISC);
— система поддерживаемых команд (х86, IA-32, IA 64);
— расширения системы команд (ММХ, SSE, SSE2, 3Dnow!);
— конструктивное исполнение (Slot I, Slot 2, Socket 340, Socket 478, Slot A, Socket A);
— тактовая частота (МГц, ГГц);
— частота системной шины.
14
Внутренняя электронная память в ПК присутствует в трёх видах:
Память для хранения Базовой системы ввода-вывода ( BIOS), изготавливаемая по технологии «только для чтения» (ROM) или в современных ПК – по технологии флэш-памяти, и содержащей: программу самотестирования ПК после его включения – POST (от англ. Power On Selfing Testing); программу управления памятью типа КМОП ( CMOS) – SETUP (см. ниже); программу поиска загрузчика (англ. BOOT) операционной системы и пр. Основная (оперативная) память, или запоминающее устройство с произвольным доступом (сокращённо ЗУПД, RAM), предназначенная для хранения всех данных и программ, исполняемых в текущий момент. Исполняется как память полупроводниковая динамическая (DRAM), в которой каждая ячейка представляет собой конденсатор на основе перехода КМОП-транзистора. Достоинства такой технологии — низкая стоимость, большой объём. Недостатки — необходимость периодического считывания и перезаписи каждой ячейки — т. н. «регенерации», и, как следствие, понижение быстродействия и большое энергопотребление.
КМОП-память, получившая своё название по технологии построения электронных схем - «Комплементарная логика на транзисторах типа Металл-Оксид-Полупроводник (англ. CMOS - Complementary-symmetry/Metal-Oxide Semiconductor)». Отличительной особенностью схем КМОП по сравнению с другими технологиями является очень малое энергопотребление в статическом режиме (в большинстве случаев можно считать, что энергия потребляется только во время переключения состояний). Память – энергозависимая, в ПК получает электропитание от аккумуляторной батарейки на материнской плате. Управление КМОП-памятью осуществляется пользователем в диалоге с программой из BIOS – SETUP. Для запуска программы SETUP в большинстве случаев сразу после включения ПК следует нажать (возможно, несколько раз) клавишу Delete. КМОП-память хранит: некоторые параметры базовых устройств ПК (тип винчестера, наличие флоппи-дисковода и др.); пароль «по включению» пользователя ПК (в определённых случаях и администратора), запрашиваемый ещё до загрузки операционной системы; текущее время (даже тогда, когда ПК выключен); последовательность поиска системного диска (с ОС), что следует учитывать при использовании Live-дисков.
Внутренняя память любого вида имеет ячеечно-адресную организацию в отличие от внешней памяти, основанной на файловой организации.
15.
Внешняя память - это память, предназначенная для длительного хранения программ и данных. Целостность содержимого ВЗУ не зависит от того, включен или выключен компьютер
Дисковод (накопитель) - устройство записи/считывания информации. Накопители имеют собственное имя – буква латинского алфавита, за которой следует двоеточие. Для подключения к компьютеру одного или несколько дисководов и управления их работой нужен Дисковый контроллер
Носитель информации – материальный объект, способный хранить информацию. Информация записывается на носитель посредством изменения физических, химических и механических свойств запоминающей среды
По типу доступа к информации внешнюю память делят на два класса:
Устройства прямого (произвольного) доступа – время обращения к информации не зависит от места её расположения на носителе;
Устройство последовательного доступа – такая зависимость существует
В состав внешней памяти входят: 1) накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД); 2) накопители на гибких магнитных дисках (НГМД); 3) накопители на магнитооптических компакт дисках; 4) накопители на оптических дисках (CD-ROM); 5) накопители на магнитной ленте и др.
НГМД - накопители на гибких магнитных дисках
- Предназначены для хранения небольших объемов информации
- Следует оберегать от сильных магнитных полей и нагревания
- Это носители произвольного (прямого) доступа к информации
- Используются для переноса данных с одного компьютера на другой
- Для работы с информации носитель должен быть отформатирован, т.е. должна быть произведена магнитная разметка диска на дорожки и секторы
- Скорость обмена информации зависит от скорости вращения дисковода. Для обращения к диску, вставленному в дисковод, присваивается имя А:
- Объём ГМД сравнительно небольшой (3,5 дюйма - 1,44 Мбайт)
- Рекомендуется делать копии содержимого ГМД
НЖМД - накопители на жестких магнитных дисках
- Предназначены для хранения той информации, которая наиболее часто используется в работе - программ операционной системы, компиляторов, сервисных программ, прикладных программ пользователя, текстовых документов, файлов базы данных
- Следует оберегать от ударов при установке и резких перемещений в пространстве
- Это носители с произвольным доступом к информации
- Для хранения информации разбивается на дорожки и секторы
- Скорость обмена информации значительно выше ГД
- Объём ЖД измеряется от Мбайт до сотен Гбайт
Оптические (лазерные) CD и DVD диски
- Предназначены для хранения любого вида информации
- Информацию на CD записывается с помощью лазерного луча
- Следует оберегать от царапин и загрязнения поверхности
- Это носители прямого (произвольного) доступа к информации
- Объем (ёмкость) CD составляет сотни Мбайт; DVD -более 1Гбайта
- Более долговечны и надежны, чем магнитные диски
CD – Compact Disk. Изготовляют из органических материалов с напылением на поверхность тонкого алюминиевого слоя. Лазерный диск имеет одну дорожку в виде спирали. Информация записывается отдельными секторами мощным лазерным лучом, выжигающим на поверхности диска углубления, и представляет собой чередование впадин и выпуклостей. Срок хранения 50-100лет
DVD – Digital Video Disk. Имеет те же размеры, что и CD. Объем - Гбайт. Может быть односторонним или двухсторонним, а на каждой стороне может быть 1 или 2 рабочих слоя.
Накопители на магнитных лентах (НМЛ)
- Используют для резервного (относительно медленного) копирования и хранения больших объемов информации (архивы)
- Устройство для записи и считывания магнитных лент называется стример
- Это устройство последовательного доступа к информации
16
Физическая организация дисковой памяти
Составляющие физической организации дисковой памяти:
дорожки, треки (концентрические окружности для винчестера или спираль для оптических дисков);
цилиндры – совокупности дорожек на нескольких пластинах винчестера, одновременно находящихся под/над головками записи/чтения;
секторы – участки дорожки фиксированного объёма, например, в 512 байт;
кластер – блок смежных секторов как минимальная порция обмена информацией с диском.
Логическая организация дисковой памяти
Логическая организация дисковой памяти – это последовательность функциональных областей диска:
Boot-сектор, загрузочный (нулевой) загрузочный сектор, предназначенный для хранения загрузчика операционной системы;
FAT – таблица размещения файлов, содержащая цепочки определения последовательности кластеров (секторов) размещения фрагментов файлов на диске;
Root – корневая папка диска, создаваемая в результате форматирования диска (удалить её невозможно);
Основная рабочая область для хранения прочих папок и файлов.
17
Файл – это поименованная область дисковой памяти. Полное имя файла имеет следующую структуру:
Диск: \ Путь \ Имя_файла . Тип_файла,
где Диск: - A: и B: (для накопителей на гибких магнитных дисках),
C:, D:, … (для разделов-логических дисков винчестера)
и т.д. для приводов оптических дисков, USB-накопителей и пр.;
\ - первый слева символ « \ » или « / » - обозначение (имя) корневой папки диска;
Путь – последовательность имен папок с разделителем « \ » или « / »,
заканчивающаяся именем папки, где хранится файл;
Имя_файла – уникальная часть имени файла (до 255 символов);
Тип_файла – как правило, трёхсимвольное обозначение принадлежности
файла к среде, где был создан файл.
Пример полного имени файла:
D:\Петров\Документы\Таблицы\Расчет_дохода.xls
18
Принципы долговременного хранения информации
Важность: тщательный отбор для хранения только той информации, которая может пригодиться в будущем и которую невозможно восстановить. Избыточность: формирование нескольких копий архивной информации, по возможности, на различных типах носителей. Миграция: периодическое копирование архивов информации на новые типы носителей. Целостность: регулярная проверка целостности архивов информации. Качество: использование только высококачественных носителей, известных производителей (естественно, более дорогих).
19.
Устройства ввода — приборы для занесения (ввода) данных в компьютер во время его работы.
Разновидности устройств ввода
Основным, и обычно необходимым, устройством ввода текстовых символов и последовательностей (команд) в компьютер остаётся клавиатура.
Устройства ввода графической информации
Сканер, Видео- и Веб-камера, Цифровой фотоаппарат, Плата видеозахвата, Микрофон ,Цифровой диктофон, Устройства ввода текстовой информации ,Клавиатура ,Указательные (координатные) устройства, С относительным указанием позиции (перемещения), Мышь, Трекбол, Трекпоинт,Тачпад, Джойстик, Графический планшет и т.д.
20.
Устройства вывода — периферийные устройства, преобразующие результаты обработки цифровых машинных кодов в форму, удобную для восприятия человеком или пригодную для воздействия на исполнительные органы объекта управления.
Устройства для вывода визуальной информации:
Монитор (дисплей), Проектор, Принтер, Графопостроитель
Оптический привод с функцией маркировки дисков:
Светодиоды (на системном блоке или ноутбуке, например информирующие о чтении/записи диска), Устройства для вывода звуковой информации, Встроенный динамик, Колонки, Наушники
Устройства для вывода прочей информации:
Игровой джойстик (при столкновение с препятствием вибрирует)
Устройства ввода/вывода:
Магнитный барабан, Стример, Дисковод, Жёсткий диск, Различные порты, Различные сетевые интерфейсы.
В соответствии с точным определением, в качестве «сердца» компьютера ([а вместо сердца пламенный мотор] в знач. брюшной мозг, сплетенье нервов, нравственное- духовное чувство (душа) - см. Устройства ввода-вывода) рассматривается центральный процессор и ОЗУ. Все операции, не являющиеся внутренними по отношению к этому комплексу, рассматриваются как операции ввода/вывода.
21.
Видеосистема ПК состоит из монитора (дисплея) и его адаптера. Видеоадаптер управляет монитором и представляет собой специальную плату расширения, вставляемую в разъем на системной плате.
Видеоадаптер может работать в текстовом или графическом режиме. В текстовом режиме изображение состоит только из алфавитно-цифровых символов, при этом для работы адаптера достаточно малого объема оперативной памяти, а вывод изображения осуществляется очень быстро. В графическом режиме изображение состоит из точек - пикселов. Количество точек, составляющих изображение на экране, по горизонтали и вертикали определяет разрешающую способность. Другой важной характеристикой видеосистемы является число воспроизводимых цветов. Видеоадаптер, как правило, поддерживает несколько видеорежимов, которые требуют различного объема оперативной памяти (видеопамяти) для хранения изображения. Чем больше разрешающая способность и число цветов, тем больше требуется видеопамяти.
Распространено несколько типов видеоадаптеров, различающихся своими функциональными характеристиками: CGA (Color Graphics Adapter), EGA (Enchanced Graphics Adapter); VGA (Video Graphics Array); SVGA (Super VGA).
CGA разработан фирмой IBM в 1981 г. Имел максимальное разрешение 640x200. В режиме 320x200 воспроизводил 4-цветные изображения.
EGA (Enchanced Graphics Adapter) разработан фирмой IBM в 1984 г. Его максимальное разрешение 640х350. При наличии не менее 128 Кбайт видеопамяти воспроизводятся 16 цветов одновременно, поддерживаются режимы работы CGA.
VGA (Video Graphics Array) - разработка фирмы IBM 1987 г. Видеоадаптер совместим сверху вниз с CGA и EGA. Кроме того, имеет собственные видеорежимы - 16 цветов при разрешении 640х480 и 256 цветов при разрешении 320х200. Поставляется с 256 Кбайт встроенной видеопамяти.
SVGA (Super VGA) - стандарт de-facto адаптеров современных ПК, описывающий платы высокого разрешения - 800х600, 1024х768 и 1280х1024, при одновременном отображении не менее 16 цветов и 256 цветов в режиме 640х480. Используется видеопамять - 512 Кбайт и больше. Как правило, поддерживается стандарт VGA.
Видеомониторы классифицируются по их совместимости с определенными типами адаптеров (CGA, EGA, VGA, SVGA) и по выходному устройству, используемому для отображения информации (электронно-лучевая трубка, жидкокристаллический дисплей). Жидкокристаллические (ЖК) дисплеи используются в основном в ПК класса Laptop и Notebook. При малых габаритах, весе и потребляемой мощности такие дисплеи имеют слабую контрастность изображения, нуждаются в подсветке, имеют узкий угол обзора, инерционность изображения и высокую цену. Различают ЖК-дисплеи с пассивной и активной матрицей. В активных матрицах управление каждым пикселом осуществляется индивидуально при помощи собственной транзисторной схемы, что, увеличивая цену и потребляемую мощность, позволяет примерно в 10 раз повысить скорость вывода информации и уменьшить инерционность изображения. Активные ЖК-дисплеи стоят примерно в 3 раза дороже дисплея с пассивной матрицей.
Для снижения вредных излучений электронно-лучевой трубки дисплея используются специальные покрытия, наносимые на трубку при ее изготовлении, или защитные фильтры, устанавливаемые пользователем. При использовании плохого фильтра приходится увеличивать контрастность изображения, что порой приводит к усилению вредных излучений. Некачественный фильтр может только ухудшить ситуацию.
22
Компьютерный принтер — устройство печати цифровой информации на твёрдый носитель, обычно на бумагу. Процесс печати называется «вывод на печать», а получившийся документ — «распечатка», или «твёрдая копия». Принтеры различают:
по принципу работы - лазерные, струйные, сублимационные и матричные (иногда из класса лазерных принтеров выделяют в отдельный вид - светодиодные LED‑принтеры); по цвету печати - чёрно-белые (монохромные) и цветные (монохромные принтеры имеют свою собственную нишу – делового применения и вряд ли в обозримом будущем будут полностью вытеснены цветными); по формату используемой бумаги – с узкой (для формата А4: 210х297 мм) и широкой «кареткой» (для формата А3).
Лазерные принтеры
Технология — прародитель современной лазерной печати появилась в 1938 году — Честер Карлсон изобрёл способ печати, названный электрография, а затем переименованный в ксерографию. Принцип технологии заключался в следующем. По поверхности фотобарабана коротроном (скоротроном) заряда, либо валом заряда равномерно распределяется статический заряд, после этого светодиодным лазером (либо светодиодной линейкой) на фотобарабане снимается заряд, — тем самым на поверхность барабана помещается скрытое изображение. Далее на фотобарабан наносится тонер. Тонер притягивается к разряженным участкам поверхности фотобарабана, сохранившей скрытое изображение. После этого фотобарабан прокатывается по бумаге, и тонер переносится на бумагу коротроном переноса, либо валом переноса. После этого бумага проходит через блок термозакрепления для фиксации тонера, а фотобарабан очищается от остатков тонера и разряжается в узле очистки.
Принцип действия
По поверхности фотобарабана равномерно распределяется статический заряд, после этого светодиодным лазером ( либо светодиодной линейкой) на фотобарабане снимается заряд. Тем самым на поверхность барабана помещается скрытое изображение. Далее на фотобарабан наносится тонер (расходный материал- порошок). Тонер притягивается к разряженным участкам поверхности фотобарабан а, сохранившей скрытое изображение. После этого, фотобарабан прокатывается по бумаге, и тонер переносится на бумагу. После этого, бумага проходит через блок термозакрепления для фиксации тонера, а фотобарабан очищается от остатков тонера и разряжается в узле очистки.
Преимущества лазерных принтеров
По сравнению со струйными принтерами, лазерные имеют немало преимуществ.
Лазерные принтеры экономичнее, чем струйные, просто вследствие того, что картриджей с тонером хватает не на одну тысячу страниц, а вот чернильные картриджи заканчиваются быстрее, и их приходится чаще заправлять или менять.
Цветные лазерные принтеры обеспечивают высокую скорость печати, дают качественные цветные и чёрно-белые отпечатки, а также привлекательную стоимость распечатки страницы с учётом расходных материалов.
Недостатки лазерных принтеров
Окись углерода входит в состав химических соединений тонера и выделяется на этапе закрепления изображения. При большой концентрации в воздухе помещения может вызывать головную боль, слабость, сонливость и учащение пульса.
Наличие в конструкции элементов с высоким энергопотреблением (главный двигатель, печка) приводит к тому, что пиковая потребляемая мощность лазерного принтера достаточно высока, что делает невозможным подключение его к бытовым источникам бесперебойного питания средней и малой мощности.
Некоторые из моделей цветных принтеров при печати наносят на оттиск скрытое изображение, указывающее на дату и время печати, а также серийный номер устройства, что сделано с целью пресечь печать цветных копий денежных знаков и других документов и ценных бумаг.
Струйные принтеры
Принцип действия:
Изображение на бумаге формируется из отдельных точек с помощью матрицы микросопел, печатающих жидкими красителями( чрнилами). Печатающая головка может быть встроена в картриджи с красителями, а может яв-ся деталью принтера. Сменные же картриджи содержат только краситель( Epson, Canon).
Сублимационные принтеры
Термосублимация (возгонка) — это быстрый нагрев красителя, когда минуется жидкая фаза. Из твёрдого красителя сразу образуется пар. Чем меньше порция, тем больше фотографическая широта (динамический диапазон) цветопередачи. Пигмент каждого из основных цветов, а их может быть три или четыре, находится на отдельной (или на общей многослойной) тонкой лавсановой ленте (термосублимационные принтеры фирмы Mitsubishi Electric). Печать окончательного цвета происходит в несколько проходов: каждая лента последовательно протягивается под плотно прижатой термоголовки, состоящей из множества термоэлементов. Эти последние, нагреваясь, возгоняют краситель. Точки, благодаря малому расстоянию между головкой и носителем, стабильно позиционируются и получаются весьма малого размера.
К серьёзным проблемам сублимационной печати можно отнести чувствительность применяемых чернил к ультрафиолету. Если изображение не покрыть специальным слоем, блокирующим ультрафиолет, то краски вскоре выцветут. При применении твёрдых красителей и дополнительного ламинирующего слоя с ультрафиолетовым фильтром для предохранения изображения, получаемые отпечатки не коробятся и хорошо переносят влажность, солнечный свет и даже агрессивные среды, но возрастает цена фотографий. За полноцветность сублимационной технологии приходится платить большим временем печати каждой фотографии (печать одного снимка 10×15 см принтером Sony DPP-SV77 занимает около 90 секунд). Фирмы-производители пишут о фотографической широте цвета в 24 бит, что больше желаемое, чем действительное. Реально, фотографическая широта цвета не более 18 бит. Стоимость печатающих механизмов фотопринтера Canon Selphy CP-510 всего 59€.
Наиболее известными производителями термосублимационных принтеров являются Canon и Sony.
Матричные принтеры
Матричный принтер — компьютерный принтер, создающий изображение на бумаге из отдельных маленьких точек ударным способом.
Матричные принтеры — старейшие из доныне применяемых принтеров. Их механизм был изобретён в 1964 году корпорацией Seiko Epson.
Принцип действия
Изображение формируется на бумаге печатающей головкой, которая состоит из набора иголок, приводимых в действие электромагнитами. Головка передвигается поперек листа по направляющим (обычно при помощи ременной передачи), при этом иголки в заданной последовательности наносят удары по бумаге через красящую ленту, обычно упакованную в картридж, тем самым формируя точечное изображение. Выпускаются принтеры с 9, 18, 24, 36 иголками в головке.
Преимущества и недостатки
Необратимая деформация бумаги для предотвращения подделки документов, недорогая массовая печать на многослойных бланках или под копирку, высокий ресурс принтера и его головки, надежность, простота и дешевость обслуживания, низкая стоимость печати, низкое качество печати, шумная работа.
Картридж принтера и его заправка
Расходный материал-краситель (чернила, тонер), используемый в принтере, обычно хранится в картриджах. Производители принтеров рекомендуют заправлять их принтеры чернилами/тонером их же производства. Однако, технически предотвратить использование чернил/тонера от сторонних производителей сложно (как и сделать автомобиль, работающий только на бензине от производителя автомобиля). Покупка так называемых фирменных картриджей обходится дороже, чем перезаправка картриджей чернилами или тонером от сторонних производителей. Существует целая отрасль производителей чернил, которые поставляют их производителям принтеров по OEM-соглашениям, а также напрямую пользователям под своей торговой маркой, например, inktec, ink-mate.
Картриджи допускают неоднократную их заправку, при соблюдении определённых требований (требуются либо совместимые чернила, либо промывка картриджа и головки, для струйных принтеров).
Кроме картриджной системы заправки, для струйных принтеров существует и система подачи чернил из внешнего сосуда (т. н. СНЧП).
23
Открытость архитектуры персонального компьютера – это возможность подключения к ПК дополнительных внешних устройств c использованием стандартных приёмов, аппаратных и программных средств.
Существуют два способа подключения внешних (периферийных) устройств в виде:
печатных плат (карт) расширения, вставляемых в стандартизированные разъёмы на материнской плате ПК (устройства типа internal, сокр., int);
автономных приборов, имеющих самостоятельное конструктивное исполнение, автономное питание и т.д., подключаемые к ПК посредством разъёмов на корпусе компьютера (устройства типа external, сокр., ext).
Примеры устройств типа int: звуковая карта, модем внутреннего типа.
Примеры устройств типа ext: сканер, принтер, модем внешнего типа.
Для подключения устройств типа int используются следующие разъёмы – слоты (англ., slot) расширения на материнской плате в системном блоке (настольного ПК):
PCI (англ., Peripheral component interconnect, дословно — взаимосвязь периферийных компонентов):
PCI Express, или PCIe, или PCI-E для подключения быстродействующих внешних устройств, например, видеокарты:
ISA (от англ. Industry Standard Architecture – стандартная промышленная архитектура) — 8- или 16-разрядная шина (разъём) ввода/вывода IBM PC-совместимых компьютеров типа AT. Служит для подключения плат расширения стандарта ISA. Конструктивно выполняется в виде 62-х или 98-контактного разъёма на материнской плате. В корпусах ПК форм-фактора ATX, выпускаемых с 1997 года, этот интерфейс часто отсутствует, а с начала века не интегрируется вовсе.
Для подключения устройств типа ext используются следующие внешние разъёмы на корпусе ПК – порты ввода-вывода:
Порт USB 2.0
USB-порт (англ., Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина), предназначенный для подключения периферийных устройств. Шина USB представляет собой последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. Сигналы USB 2.0 передаются по двум проводам четырёхпроводного кабеля (два провода для передачи данных, провод электропитания и провод заземления). Спецификация шины выпущена в апреле 2000 года. В ней регламентировано три режима работы:
Спецификация шины регламентировала два типа разъёмов: A — на стороне контроллера или концентратора USB и B — на стороне периферийного устройства. Впоследствии были разработаны миниатюрные разъёмы для применения USB в переносных и мобильных устройствах, получившие название Mini-USB. Новая версия миниатюрных разъёмов, называемых Micro-USB, была представлена USB Implementers Forum 4 января 2007 года. Размеры разъёмов: USB Тип A — 4x12 мм, USB Тип B — 7x8 мм, USB mini A и USB mini B — 2x7 мм. В отличие от многих других стандартных типов разъёмов, для USB характерны долговечность и механическая прочность.
Порт USB 3.0
USB 3.0 находится на финальных стадиях разработки. Созданием USB 3.0 занимаются компании: Intel, Microsoft, Hewlett-Packard, Texas Instruments, NEC и NXP Semiconductors. В спецификации USB 3.0 разъёмы и кабели обновлённого стандарта будут физически и функционально совместимы с USB 2.0. Кабель USB 2.0 содержит в себе четыре линии — пару для приёма/передачи данных, одну — для питания и ещё одну — для заземления. В дополнение к ним USB 3.0 добавляет пять новых линий (в результате чего кабель стал гораздо толще), однако новые контакты расположены параллельно по отношению к старым на другом контактном ряду. Теперь можно будет с лёгкостью определить принадлежность кабеля к той или иной версии стандарта, просто взглянув на его разъём. Спецификация USB 3.0 повышает максимальную скорость передачи информации до 4,8 Гбит/с — что на порядок больше 480 Мбит/с, которые может обеспечить USB 2.0. USB 3.0 может похвастаться не только более высокой скоростью передачи информации, но и увеличенной силой тока с 500 мА до 900 мА. Отныне пользователь сможет не только подпитывать от одного хаба гораздо большее количество устройств, но и само аппаратное обеспечение, ранее поставлявшееся с отдельными блоками питания, избавится от них.
Порт IEEE 1394 (FireWire)
IEEE 1394 (FireWire –«горящие» провода, i-Link) — последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами. Различная скорость передачи данных — 100, 200 и 400 Мбит/с в стандарте IEEE 1394/1394a, дополнительно 800 и 1600 Мбит/с в стандарте IEEE 1394b и 3200 Мбит/с в спецификации S3200. Шина IEEE 1394 может использоваться для подключения аудио и видео мультимедийных устройств, принтеров, сканеров, жёстких дисков, массивов дисков RAID, а также для создания компьютерной сети.
LPT-порт
LPT (англ., Line Printer Terminal), или IEEE 1284, Centronics - порт принтера, параллельный порт и международный стандарт параллельного интерфейса для подключения периферийных устройств персонального компьютера. В основном использовался для подключения к компьютеру принтера, сканера и некоторых других внешних устройств (часто использовался для подключения внешних устройств хранения данных). Длина соединительного кабеля не должна превышать 3 метров. Конструкция кабеля: витые пары в общем экране, либо витые пары в индивидуальных экранах. Изредка используются ленточные кабели. В настоящее время вытеснен портом USB.
COM-порт
COM-порт (от англ. COMmunication port), или последовательный порт — двунаправленный последовательный интерфейс, предназначенный для обмена байтовой информацией. Последовательным данный порт называется потому, что информация через него передаётся по одному биту, бит за битом (в отличие от параллельного порта). Наиболее часто для последовательного порта персональных компьютеров используется стандарт RS-232C. Ранее последовательный порт использовался для подключения терминала, позже для сканера, модема или мыши. Сейчас он используется для соединения с источниками бесперебойного питания. Хотя некоторые другие интерфейсы компьютера — такие как Ethernet, FireWire и USB — также используют последовательный способ обмена, название «последовательный порт» закрепилось за портом, имеющим стандарт RS-232C, и предназначенным изначально для обмена информацией с модемом.
С помощью COM-порта можно соединить два компьютера, используя так называемый «нуль-модемный кабель».
Разъёмы для подключения мониторов:
VGA-разъём
VGA (англ., Video Graphic Array), или DB-15F — 15-контактный субминиатюрный разъём для подключения аналоговых мониторов, изначально был предназначен для подключения мониторов на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ), в которых сигнал передаётся построчно, при этом изменение напряжения означает изменение яркости. Для устройств на ЭЛТ это было нужно для изменения интенсивности луча электронов.
DVI-разъём
DVI (англ., Digital Visual Interface - цифровой видеоинтерфейс) — стандарт на интерфейс и соответствующий разъём, предназначенный для передачи видеоизображения на цифровые устройства отображения, такие как жидкокристаллические мониторы и проекторы. Разработан консорциумом Digital Display Working Group. Предыдущие стандарты видеоразъёмов, например, VGA — аналоговые и изначально были предназначены для мониторов на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ). Максимальная длина кабеля не указана в спецификации DVI, потому что она зависит от количества передаваемой информации. Кабель длиной 4,5 метра можно использовать для передачи изображения с разрешением до 1920x1200 точек. По кабелю длиной 15 метров можно передать в нормальном качестве изображение с разрешением 1280x1024 точек. Для усиления сигнала при передаче по кабелю большой длины применяются специальные устройства. Виды DVI:
DVI-A — только аналоговая передача.
DVI-I — аналоговая и цифровая передача.
DVI-D — только цифровая передача.
HDMI-разъём
HDMI (англ., High-Definition Multimedia Interface — мультимедийный интерфейс высокой чёткости) позволяет передавать цифровые видеоданные высокого разрешения и многоканальные цифровые аудиосигналы с защитой от копирования (HDCP - High Bandwidth Digital Copy Protection). Разъём HDMI обеспечивает цифровое DVI-соединение нескольких устройств с помощью соответствующих кабелей. Основное различие между HDMI и DVI состоит в том, что разъём HDMI меньше по размеру, интерфейс оснащён технологией защиты от копирования HDCP, а также поддерживает передачу многоканальных цифровых аудиосигналов. Является современной заменой аналоговых стандартов подключения, таких как SCART или RCA. HDMI имеет пропускную способность в пределах от 4,9 до 10,2 Гбит/с. Длина кабеля — для бытовых условий до 5 метров, также возможно увеличение длины до 15-35 метров и более с применением как внешних усилителей-повторителей, так и вмонтированных сразу в кабель. Некоторые производители устанавливают ферритовые кольца в начале и в конце кабеля для защиты от помех.
Компьютерный принтер (англ., printer — «печатник») — устройство печати цифровой информации на твёрдый носитель, обычно на бумагу. Процесс печати называется «вывод на печать», а получившийся документ — «распечатка», или «твёрдая копия». Принтеры различают:
по принципу работы - лазерные, струйные, сублимационные и матричные (иногда из класса лазерных принтеров выделяют в отдельный вид - светодиодные LED‑принтеры); по цвету печати - чёрно-белые (монохромные) и цветные (монохромные принтеры имеют свою собственную нишу – делового применения и вряд ли в обозримом будущем будут полностью вытеснены цветными); по формату используемой бумаги – с узкой (для формата А4: 210х297 мм) и широкой «кареткой» (для формата А3).
24
Виды компьютерных сетей: Персональные сети – PAN как правило, используются для создания рабочего места пользователя с применением беспроводной технологии связи. Локальные сети – LAN имеющие замкнутую инфраструктуру. Термин "LAN" может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают такую оценку - около шести миль (10 км) в радиусе. Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью. Региональные сети - MAN – городские сети между учреждениями в пределах одного или нескольких городов, связывающие много локальных вычислительных сетей. Глобальные сети - WAN покрывающие большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN – Internet. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей. Корпоративные сети – сети крупных предприятий, имеющих отдалённые филиалы и т.п. Также могут представлять собой объединение нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах.
Ниже будет рассмотрена только та часть сетевого (коммуникационного) оборудования, которое установлено непосредственно в/на корпусе ПК.
В общем случае сетевое оборудование ПК представляет собой сетевой адаптер, называемый в определённых случаях «сетевая карта» («сетевая плата») или «модем».
Существует два способа сетевой связи компьютеров по каналам связи: проводным (кабельным) и беспроводным.
25
Технологии и сетевое оборудование проводной связи
Низкоскоростная связь по телефонным (коммутируемым) каналам посредством модема (модем – сокр. от модулятор-демодулятор) со скоростью обмена не выше 60Kbps (англ., Kbit per second – Kбит в секунду). Скоростная связь по телефонным каналам по технологии ADSL, ADSL2, ADSL2+ (англ., Asymmetric Digital Subscriber Line — асимметричная цифровая абонентская линия) — модемной технологии, превращающей стандартные телефонные аналоговые линии в линии высокоскоростного доступа со скоростью обмена до 5-24 Mbps. При этом оборудование Интернет-провайдера устанавливается в точке перед входом в АТС, создавая таким образом эффект выделенной линии (без коммутации). Связь по коаксиальному кабелю (устаревшая технология «толстого Ethernet»), отличающего от обычного телевизионного кабеля значением волнового сопротивления – 50 Ом (а не 75 Ом, как у ТВ-кабеля). На основе «коаксиала» строились недорогие офисные и домашние сети с низкой пропускной способностью 10 Mbps. Для подключения кабеля использовался разъём типа BNC (см. рис. выше).
Связь по витой паре— виду кабеля связи, представляющего собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой.
Кабель витой пары в зависимости от наличия защиты — электрически заземлённой медной оплетки или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар бывает в следующих разновидностях:
незащищенная витая пара (UTP — Unshielded twisted pair) — отсутствует защитный экран вокруг отдельной пары;
фольгированная витая пара (FTP — Foiled twisted pair) — также известна как F/UTP, присутствует один общий внешний экран в виде фольги;
защищенная витая пара (STP — Shielded twisted pair) — присутствует защита в виде экрана для каждой пары и общий внешний экран в виде сетки;
фольгированная экранированная витая пара (S/FTP — Screened Foiled twisted pair) — внешний экран из медной оплетки и каждая пара в фольгированной оплетке;
незащищенная экранированная витая пара (SF/UTP — Screened Foiled Unshielded twisted pair) — двойной внешний экран из медной оплетки и фольги, каждая витая пара без защиты.
Каждая отдельно взятая витая пара, входящая в состав кабеля, предназначенного для передачи данных, должна иметь волновое сопротивление 100±25 Ом, в противном случае форма электрического сигнала будет искажена и передача данных станет невозможной. Причиной проблем с передачей данных может быть не только некачественный кабель, но также наличие «скруток» в кабеле и использование розеток более низкой категории, чем кабель.
Оптоволоконная связь. Оптоволокно — это стеклянная или пластиковая нить, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения. Источником света может быть лазер или светодиод. Оптоволокна используются в оптоволоконной связи, которая позволяет передавать цифровую информацию на большие расстояния и с более высокой скоростью передачи данных (около 100 терабит в секунду в одном оптоволокне), чем в электронных средствах связи.
Преимуществом оптоволоконной связи является:
наивысшая скорость передачи данных (около 100 терабит в секунду в одном оптоволокне);
полная нечувствительность кабеля к внешним электрическим помехам;
полное отсутствие перекрёстных и взаимных помех;
относительно небольшие (по сравнению с объёмом передаваемой информации) размеры и вес;
хорошая гибкость кабеля и простота монтажа;
значительно более высокая информационная безопасность;
неустаривающая линия связи, способная к модернизации за счёт обновления только оконечного оборудования;
высокая пожаробезопасность из-за отсутствия электрического напряжения и безопасных (в смысле возгорания) материалов изготовления кабелей.
Недостатками оптоволоконной связи считаются:
сложная технология изготовления и, соответственно, относительно высокая стоимость кабеля;
сложность сращивания отдельных отрезков кабеля;
недостаточная механическая прочность.
В настоящее время намечается переход корпоративных каналов проводной связи с витой пары (категории «6а») на полностью оптические решения внутри зданий – по принципу FTTD (Fiber To The Desk – оптика до рабочего стола).
Связь по обычным проводам электропитания – PLC (PowerLine Communications), или HomePlug, отличающихся высоким уровнем помех, что существенно снижает скоростные показатели. Существующие стандарты такой связи обеспечивают пропускную способность 5-14 Мбит/с. Безопасность связи обеспечивается применением надежных алгоритмов шифрования. Положительным свойством технологии является большой радиус охвата региона связи.
26
Технологии и сетевое оборудование беспроводной связи
Bluetooth.
Технология Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как карманные и обычные персональные компьютеры, мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи. Технология позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе до 10-100 метров друг от друга (дальность очень сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях. Спецификация Bluetooth была разработана группой Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), которая была основана в 1998 году. В неё вошли компании Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia. Затем множество других компаний, включая Microsoft, Lenovo и Motorola, вступили в неё как ассоциированные члены. Впоследствии Bluetooth SIG и IEEE достигли соглашения, на основе которого спецификация Bluetooth стала частью стандарта IEEE 802.15.1 (дата опубликования — 14 июня 2002 года). Радиосвязь Bluetooth осуществляется в ISM-диапазоне (англ., Industry, Science and Medicine), который используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях (свободный от лицензирования диапазон 2,4-2,48 ГГц). Bluetooth версии 2.0 (2004 год) обеспечивает скорость передачи до 2,1 Мбит/с.
IrDA-технология предполагает использование приёмника и передатчика инфракрасных сигналов (в народе — инфракрасный порт или, короче, инфракрасник). Его отличительной особенностью является малый радиус действия. Недостаток технологии – требование прямой видимости между приёмником и передатчиком. В наше время область применения IrDA заметно снизилась, во многом благодаря беспроводному стандарту Bluetooth.
Wi-Fi (англ., Wireless Fidelity — «беспроводная точность») — технология и стандарт на сетевое оборудование типа Wireless LAN. Разработан консорциумом Wi-Fi Alliance на базе стандартов IEEE 802.11. «Wi-Fi» — торговая марка «Wi-Fi Alliance». Технологию назвали Wireless-Fidelity по аналогии с Hi-Fi. Установка Wireless LAN рекомендовалась там, где развёртывание кабельной системы было невозможно или экономически нецелесообразно. В нынешнее время во многих организациях используется Wi-Fi, так как при определенных условиях скорость работы сети уже превышает 100 Мбит/сек. Пользователи могут перемещаться между точками доступа по территории покрытия сети Wi-Fi. Мобильные устройства (КПК, смартфоны и ноутбуки), оснащённые клиентскими приёмо-передающими устройствами, могут подключаться к локальной сети и получать доступ в Интернет через точки доступа или хотспоты. Для предотвращения несанкционированного доступа к Wi-Fi сети используется шифрование.
Преимущества Wi-Fi:
Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, может уменьшить стоимость развёртывания и расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.
Обеспечивается мобильность пользователя, не привязывая его проводами к определённому местоположению.
Wi-Fi-устройства широко распространены на рынке. А устройства разных производителей могут взаимодействовать на базовом уровне сервисов.
Wi-Fi — это набор глобальных стандартов. В отличие от сотовых телефонов, Wi-Fi оборудование может работать в разных странах по всему миру.
Принятие стандарта IEEE 802.11n обеспечивает увеличение скорости обмена до 300 Мбит/с.
Недостатки Wi-Fi:
Высокое по сравнению с другими стандартами потребление энергии.
Wi-Fi имеют ограниченный радиус действия.
Уменьшение производительности сети во время дождя.
Перегрузка оборудования при передаче небольших пакетов данных из-за присоединения большого количества служебной информации.
Малая пригодность для работы приложений использующих медиа-потоки в реальном времени.
WiMAX (по-русски читается вайма́ксэкс) — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который так же называют Wireless MAN. Название «WiMAX» было создано WiMAX Forum — организацией, которая была основана в июне 2001 года c целью продвижения и развития WiMAX. Форум описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL».
GPRS (англ., General Packet Radio Service — пакетная радиосвязь общего пользования) — надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS позволяет пользователю сети сотовой связи производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет. GPRS предполагает тарификацию как по объёму переданной/полученной информации, так и по времени, проведённому в режиме онлайн. Технология обеспечивает достаточно высокую скорость передачи данных, теоретический максимум которой составляет 14,4 Мбит/c.
Технология спутниковой связи, требующая использования специального оборудования: PCI-карты тюнера (в нашей стране широко распространены изделия с маркой SkyStar), спутниковая антенна-тарелка диаметром 90-120 см с принимающей головкой и прочее оборудование. При этом связь от пользователя осуществляется по обычному модему в режиме Dial-Up. Скорость приёма информации по спутниковому каналу невысокая - 250-500 Кбит/с. Преимущество технологии – возможность использования в регионах, отдалённых от городов. Недостатки – значительные затраты на оборудование и существенные временные задержки в прохождении сигнала от спутника, не позволяющие реализовывать интерактивные сеансы.
27
Классификация программ
1. Основные понятия
Программы - это упорядоченные последовательности команд.
Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии.
Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами существует взаимосвязь - многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, т.е. существуют межпрограммные интерфейсы.
На практике межпрограммный интерфейс обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней – базового, служебного, системного и прикладного.
Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое деление удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и технического обслуживания.
Каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но зато позволяет установить системное программное обеспечение.
28
2. Базовый уровень программного обеспечения
Самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Базовые программные средства, как правило, непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ - Read Only Memory, ROM). Программы и данные записываются (“прошиваются”) в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.
В тех случаях, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ - Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM). В этом случае изменение содержания ППЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технологи называется флеш-технологией), так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами.
29
Совокупность программного обеспечения системного уровня образует операционную систему (ОС) компьютера. Если компьютер оснащен программным обеспечением системного уровня, то он уже подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и, самое главное, к взаимодействию с пользователем. Т.е. наличие ОС - непременное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой.
В ОС выделяют ядро как минимальную обязательную часть операционной системы и соответственно, имеются драйверы и интерфейсы уровня ядра. В состав ОС могут входить системная база данных – системный реестр, динамически подключаемые библиотеки подпрограмм, файловый менеджер и некоторые прикладные программы, например, текстовые редакторы.
Существует особый класс ОС – функционирующих непосредственно c внешнего носителя, т.е. без установки на компьютер, традиционно называемые «Live…» (LiveCD, LiveDVD, LiveFlashDrive). Такие диски кроме ОС содержат, как правило, и прикладные программы, что позволяют обладателю диска выполнять:
1. Использование любимого набора программ на чужом компьютере без ущерба для хозяина (на жесткий диск ничего не устанавливается).
2. Спасение и лечение файлов на завирусованной машине.
3. Обеспечение максимальной защиты ОС (на диски типа ROM ничего нельзя записать).
4. Если системный администратор отсутствует, можно очистить файл паролей и создать новые учётные записи без переустановки системы.
Единственное условие для использования Live-дисков – обеспечить поиск загрузочного диска первоначально на соответствующем приводе/порте, для чего необходимо войти в диалог с программой SETUP из BIOS, прервав процедуру начальной загрузки ОС (чаще, нажав клавишу DELETE).
30