Роль ЭВМ в современном мире
Историческое развитие вычислительных машин
Поколения ЭВМ
Архитектура ЭВМ
Основные устройства компьютера
Разновидности персональных компьютеров
Состав системного блока ПК
Структура программного обеспечения компьютера
Системы программирования и прикладное ПО
Компьютерные вирусы
Вопросы и упражнения
Основные устройства компьютера
Презентация "Как устроен компьютер"
Презентация "Компьютер"
Презентация "Магистрально-модульный принцип построения ПК"
Презентация "Компьютерная память"
Презентация "Внешняя память"
Презентация "Логическая структура носителя информации"
Презентация "Устройства ввода информации"
Процессор
Процессор - центральный блок компьютера, где производится обработка информации. Он управляет работой всех устройств и производит все логические и арифметические операции.
Основным устройством процессора является арифметическое устройство (АЛУ - арифметико-логическое устройство). Именно оно выполняет все операции над данными. В состав процессора входит и устройство управления, которое управляет всеми устройствами и отслеживает последовательность выполнения команд.
В настоящее время процессор аппаратно реализуется в виде БИС (больших интегральных схем). Современные процессоры типа PENTIUM содержат в себе миллионы функциональных элементов. Процессор может обрабатывать числовую, текстовую, графическую, видео- и звуковую информацию.
Процессор работает в тесном контакте с микросхемой, которая называется генератором тактовой частоты (ГТЧ). ГТЧ вырабатывает периодические импульсы, синхронизирующие работу всех узлов компьютера. Это своеобразный метроном внутри компьютера. В ритме этого метронома работает процессор. Тактовая частота равна количеству тактов в секунду. Такт - это промежуток времени между началом подачи текущего импульса и началом подачи следующего. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Ясно, что если "метроном стучит" быстрее, то и процессор работает быстрее. Тактовая частота измеряется в мегагерцах - МГц. Частота в 1 МГц соответствует миллиону тактов в 1 секунду. Вот некоторые характерные тактовые частоты микропроцессоров: 130 МГц, 266 МГц, 1000 МГц, 2000 МГц, 3 ГГц и др.
Память компьютера
Вся вводимая информация попадает в запоминающее устройство или память машины, где она хранится до момента, когда понадобится.
Носитель информации – это физическая среда, в которой она фиксируется.
В роли носителя могут выступать бумага, фотопленка, клетки мозга, перфокарты, перфоленты, магнитные ленты и диски или ячейки памяти компьютера. Современная техника предлагает все новые и новые разновидности носителей информации. Для кодирования информации в них используются электрические, магнитные и оптические свойства материалов. Разрабатываются носители, в которых информация фиксируется даже на уровне отдельных молекул.
Память ЭВМ бывает внутренней и внешней. Внутренняя память включает в себя постоянную и оперативную.
Постоянная память (ПЗУ - постоянное запоминающее устройство). Особенностью ПЗУ является то, что из него в процессе работы можно только считывать информацию, а записывать нельзя. Характерной чертой ПЗУ является сохранение информации при отключенном питании компьютера. Записанная в ПЗУ информация заносится один раз (обычно в заводских условиях) и сохраняется постоянно (при включенном и выключенном компьютере) в течении всего периода эксплуатации ПК и не может быть изменена в процессе работы. ПЗУ - быстрая, энергонезависимая память. В ПЗУ хранится информация, присутствие которой постоянно необходимо в компьютере. Обычно это компоненты операционной системы (программы контроля оборудования, программа первоначальной загрузки ЭВМ и пр.)
В современных ПК есть быстрая память еще одного вида, имеющая специальное назначение. Это видеопамять. Видеопамять хранит код изображения, выводимого на дисплей.
Оперативная память (ОП) - это устройство компьютера, предназначенное для хранения данных (исходных, промежуточных и конечных) и программ (набора команд). Всё, что вы вводите в ЭВМ, запоминается в ОЗУ (оперативно-запоминающем устройстве). Английское название ОЗУ - Random Access Memory (RAM), что переводится как "память с произвольным доступом". Этим названием подчеркивается тот факт, что процессор может обращаться к ячейкам памяти в произвольном порядке, при этом время чтения/записи информации для всех ячеек одинаково (оно измеряется микросекундами).
В информацию, хранящуюся в ОЗУ, можно внести изменения. При выключении ПК вся информация в ОЗУ стирается. Эту память называют оперативной, т.к. она позволяет с очень большой скоростью записывать и передавать информацию. Однако объём ОП ограничен, поэтому существует необходимость подключить внешнюю память. Физически ОП изготавливается в виде БИС, имеющих различную информационную ёмкость.
Для ускорения доступа к данным используется специальное устройство, называемое кэш-памятью. Кэш-память - это "сверхоперативная" память сравнительно небольшого объема (обычно до 520000 символов), построенная на иной элементной базе, чем оперативная память. В кэш-памяти хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. При обращении процессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к оперативной памяти, то среднее время доступа к памяти уменьшается.
Внешняя память как бы заменяет книги с описанными в них программами и алгоритмами. К устройствам внешней памяти или ВЗУ (внешним запоминающим устройствам) относятся:
• Накопители на гибких магнитных дисках
• Накопители на жестких магнитных дисках
• Дисководы для работы с лазерными компакт дисками
• Магнитооптические системы
• Стримеры
• Флеш-диски
Основное назначение внешней памяти - долговременное хранение большого количества информации. Для пользователя имеют существенное значение некоторые технико-экономические показатели внешних запоминающих устройств и носителей информации: информационная ёмкость, скорость обмена информацией, надёжность её хранения и стоимость.
Магнитные носители
Первые компьютеры использовали в качестве внешней памяти обычные магнитофоны. Сегодня магнитофоны используются лишь для резервного копирования содержимого жёстких магнитных дисков (МД), т.к. на дисках можно потерять информацию «благодаря» компьютерным «вирусам». Магнитофон со специальными возможностями, который записывает информацию с компьютера на специальную кассету с магнитной лентой (МЛ), называется стриммером. Кассета стриммера имеет очень большой объём и позволяет хранить информацию со всего жёсткого диска.
В основу записи, хранения и считывания информации на магнитные носители положен магнитный принцип: в процессе записи носитель перемещается относительно головки с сердечником из магнитомягкого материала, электрические импульсы создают в головке магнитное поле, которое последовательно намагничивает или не намагничивает элементы носителя.
При считывании информации намагниченные участки носителя вызывают в головке импульс тока, что позволяет качественно распознать информацию. Способ записи и считывания информации на МЛ и МД аналогичен работе обычного магнитофона.
Жёсткий диск - это пластинка из немагнитного материала, на поверхность которой нанесён магнитный слой. Среднее время его безотказной работы - сотни тысяч часов. Жёсткие магнитные диски состоят из нескольких дисков, размещённых на одной оси и вращающихся с большой угловой скоростью (несколько тысяч оборотов в секунду), заключённых в металлический корпус. Головки считывания/записи передвигаются сразу по всем поверхностям дисков.
Жесткий магнитный диск (ЖМД), или винчестер, предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, текстовых редакторов и т. д. Современные ЖМД имеют скорость вращения от 3600 до 7200 об/мин. Это может быть стеклянный диск (с металлической поверхностной пленкой, например кобальтовой), не чувствительный к температуре. Информационная емкость - до 48 млрд. символов.
Это интересно!
Сравнительно новое понятие: флеш-диск. Это устройство для долговременного хранения данных, с возможностью многократной перезаписи, реализованное на микросхемах памяти (т.е. также, как ОЗУ). Достоинства: малая мощность, надёжность в работе, малогабаритность, устойчивость к ударам, отсутствие механических и движущихся частей, объем памяти от 2 до 200 Мб и даже до 1,7 Гб. Недостаток - высокая цена устройства. Несмотря на дороговизну, похоже, что флеш-диски со временем вытеснят винчестеры.
Гибкие магнитные диски используются для обмена программами между компьютерами и при поставке программных продуктов. Гибкие МД (ГМД) предназначены для переноса документов и программ с одного компьютера на другой, хранения архивных копий и информации, не используемой постоянно на компьютере.
Гибкие диски помещаются в конверт из плотной бумаги или в пластмассовый корпус. В центре диска имеется отверстие для обеспечения вращения диска в дисководе. В защитном конверте имеется продолговатое отверстие, через которое производится запись/считывание информации. На боковой кромке дискет находится маленький вырез, позволяющий производить запись, но если вырез заклеить, запись становится невозможной (диск защищён). В некоторых дискетах защиту от записи обеспечивает предохранительная защелка в левом нижнем углу пластмассового корпуса.
Гибкий МД диаметром 5,25 дюйма использовались до середины 80-х годов 20 века и могли хранить до 1,5 млн. символов информации. Дискеты размером 5,25 дюйм не обеспечивали хорошей физической защиты носителю. В настоящее время ещё используются ГМД диаметром 3,5 дюйма, которые имеют емкость 1,8 млн. символов. Защита магнитного слоя является особенно актуальной, поэтому сам диск спрятан в прочный пластмассовый корпус, а зона контакта головок с его поверхностью закрыта от случайных прикосновений специальной шторкой, которая автоматически отодвигается только внутри дисковода.
Это интересно!
Любой магнитный диск первоначально к работе не готов. Для приведения его в рабочее состояние он должен быть отформатирован, т. е. должна быть создана структура диска. Информация на ГМД хранится на магнитных концентрических дорожках, разделенных на сектора, отмеченных магнитными метками, а у ЖМД есть еще и цилиндры - совокупность дорожек, расположенных друг над другом на всех рабочих поверхностях дисков. Все дорожки магнитных дисков на внешних цилиндрах больше, чем на внутренних. Следовательно, при одинаковом количестве секторов на каждой из них плотность записи на внутренних дорожках должна быть больше, чем на внешних. Количество секторов, емкость сектора, а, следовательно, и информационная емкость диска зависят от типа дисковода и режима форматирования, а также от качества самих дисков.
Недостатками магнитных носителей являются способность разрушения магнитного слоя при частом считывании информации и от воздействия магнитных полей и явление «жевания» ленты. Достоинство - возможность записывать информацию множество раз.
Оптические носители
Существуют накопители на оптических дисках (CD-ROM), где информация записывается лазером. Внешне они ничем не отличаются от звуковых компакт-дисков. Диски CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) обладают емкостью до 3 млрд. символов информации, высокой надежностью хранения информации, долговечностью (прогнозируемый срок его службы при качественном исполнении - до 30-50 лет).
Это интересно!
 Процесс изготовления с CD-ROM состоит из нескольких этапов. Сначала подготавливают информацию для мастер-диска (первого образца), изготавливают его и матрицу тиражирования. Закодированная информация наносится на мастер-диск лазерным лучом, который создает на его поверхности микроскопические впадины, разделяемые плоскими участками. Цифровая информация представляется чередованием впадин (не отражающих пятен) и отражающих свет островков. Копии негатива мастер-диска (матрицы) используются для прессования самих компакт-дисков. Тиражируемый компакт-диск состоит из отражающего и защитного слоев. В качестве отражающей поверхности обычно используется тонко запыленный алюминий. В отличие от магнитных дисков, дорожки которых представляют собой концентрические окружности, CD-ROM имеет всего одну физическую дорожку в форме спирали, идущей от наружного края диска к внутреннему (как на грампластинке).
CD-ROM накопители используют оптический принцип чтения информации. Лазерный луч падает на поверхность вращающегося CD-ROM диска и луч отражается в нём с интенсивностью, соответствующей значениям 0 и 1. Лазерный луч попадает на отражающий свет островок, отклоняется на фотодетектор, интерпретирующий его как двоичную единицу. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается - фотодетектор фиксирует двоичный ноль.
Для загрузки компакт-диска в дисковод используется либо одна из разновидностей выдвижной панели, либо специальная прозрачная кассета. Выпускают устройства, которые позволяют самостоятельно записывать специальные компакт-диски. В отличие от обычных, данные диски имеют отражающий слой из золота. Это, так называемые, перезаписываемые CD-R. Подобные диски обычно служат как мастер-диски для дальнейшего тиражирования или создания архивов.
Резерв повышения емкости - повышение плотности записи путем уменьшения длины волны лазера. Так появились компакт-диски, способные хранить почти 5 млрд. символов информации на одной стороне и 10 млрд. символов - на двух сторонах. Планируется также создание двухслойной схемы записи, т.е. когда на одной стороне носителя будут две разнесенные по глубине поверхности с записанными данными. В этом случае информационная емкость компакт диска возрастает до 9 млрд. символов на одной стороне.
Недостатком CD-ROM диска является занесение информации на носитель только один раз. Достоинство CD-ROM диска - бесконечное считывание информации без потерь.
Похоже, ставшие привычными компакт-диски CD-ROM вскоре отойдут в прошлое. Уже широко используются компакт-диски с возможностью перезаписи (CD-RW, CD-ReWritablie). CD-RW диски сняли принципиальное ограничение CD-ROM, связанное с возможностью лишь с однократной записи информации. Запись на CD-R диске возможна только один раз и производится пользователем с помощью компактного и недорогого записывающего дисковода.
Появились цифровые лазерные DVD-диски. Основное их отличие - это более высокая плотность записи. Так, преобладающим на компьютерном рынке является диск диаметром 120 мм и ёмкостью до 5 миллиардов символов. Считается, что ёмкость DVD-дисков может достигать 15 миллиардов символов.
Различают DVD-ROM и DVD-RAM диски. DVD-ROM только для чтения. DVD-RAM для чтения и записи. Для чтения DVD-дисков требуется специальный дисковод, который читает и CD-ROM тоже.
Магнитооптические носители
Одно из достижений XX столетья - магнитооптические диски. В них используются достоинства магнитных и оптических носителей: многократность записи и многократность считывания. Магнитооптические диски могут оказаться одним из самых жизнеспособных устройств, предназначенных для хранения данных.  Дело в том, что CD-ROM удобны для хранения информации, а в работе с ней они оказываются медленнее, чем жесткие магнитные диски. Поэтому обычно с компакт-дисков информацию переписывают на МД, с которым и работают. Такая система не годится, если работа связана с базами данных, которые ввиду большой информационной емкости как раз выгоднее размещать на CD-ROM. Кроме того, компакт-диски, используемые в настоящий момент на практике, не являются перезаписываемыми. Магнитооптические диски лишены этих недостатков. Здесь объединены достижения магнитной и оптической технологий. На них можно записывать информацию и быстро считывать ее. Они сохраняют все преимущества ГМД (переносимость, возможность отдельного хранения, увеличение памяти компьютера) при огромной информационной емкости.
В магнитооптических системах магнитная запись производится на поверхность компакт-диска, предварительно сильно разогретую лазерным лучём. Первые магнитооптические диски внешне напоминали дискету 3,5 дюйм. Затем были созданы диски размером 5,25 дюйм, которые также помещались в пластиковый корпус. После этого появились магнитооптические диски без корпуса, т.е. точно такие же, как обычные лазерные аудио-диски и об этих достижениях было сказано выше.
Устройства ввода-вывода информации
Устройства ввода-вывода информации организуют диалог пользователя с ЭВМ.
Чтобы ЭВМ выполняла полезные функции по обработке информации, её нужно прежде всего ввести. Клавиатура - самое известное и распространённое устройство ввода информации в компьютер. На физическом уровне оно представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным способом определённую электрическую цепь. К устройствам ввода информации в ЭВМ относится и графический манипулятор - «мышка». Он позволяет управлять состоянием объектов, выведенных на экран: меню, световых кнопок и др. Разновидностью графического манипулятора «мышь» является «трекбол», здесь движение манипулятора осуществляется с помощью большого шарика внутри. Он не требует коврика, не занимает много места на столе, шарик вращают рукой.
Существует большое количество других конструкций мыши, например:
1. Беспроводная мышь - сигналы от мыши передаются с помощью радиопередатчика.
2. Оптическаямышь – использует специальный коврик и луч света вместо шарика.
3. Ножная мышь.
 Джойстик (используется в игровых приставках) вводит координатно-числовую информацию, необходимую для реализации игр, с помощью пальцев рук;
графический планшет (дигитайзер) обеспечивает ввод данных (координат точек и кривых) с большой точностью; устройство «световое перо», которое захватывает и перемещает точку или курсор на экране дисплея, тоже позволяет вводить информацию в компьютер; сканер - устройство ввода, сканирующее по строкам любой рисунок и передающее информацию о нём в персональный компьютер (используется в издательствах, в хорошо оснащённых фотолабораториях).
Принцип работы сканера заключается в следующем: сканируемое изображение освещается белым светом. Отражённый свет через уменьшающую линзу попадает на фоточувствительный полупроводниковый элемент. Каждая строка сканирования соответствует определённым значениям напряжения на нём, затем значения напряжения преобразуются в цифровую форму. Сканеры бывают ручные, планшетные и барабанные. Ручные практически не выпускаются. Наивысшее качество обеспечивают барабанные сканеры. Различают черно-белые и цветные сканеры. Сканер вводит изображение как множество точек, указав для каждой координаты и номер цвета. По этим данным вводится в память копии изображения. Если вводить текст с помощью сканера, то необходимы специальные программы.
На заре развития вычислительной техники использовались устройства ввода-вывода информации с перфокарт и перфолент. Люди старой закалки хорошо помнят рулоны перфолент и колоды перфокарт, которые в течение нескольких секунд изрубались в лапшу неисправным считывателем. Они обладали серьёзными недостатками: бумага быстро рвалась, и трудно было исправит ошибки.
Печатающие устройства, напоминающие обычные печатающие машинки, ранее также использовались для ввода-вывода информации. Но из-за сильного шума при работе этих устройств пользователи отказались от них.
Дисплей является устройством ввода-вывода текстовой и графической информации, так как в своём составе имеет монитор и клавиатуру. Находят применение три типа монитора: на жидких кристаллах с плоским экраном, газоплазменные мониторы и мониторы с электронно-лучевой трубкой. Мониторы бывают цветными и монохромными.
Принтеры выводят на бумагу документы и программы (существует несколько разновидностей принтеров: матричные, где печать осуществляется с помощью тонких металлических стержней, ударяющих по бумаге через красящую ленту; струйные, где печать осуществляется микрокаплями специальных чернил, выдуваемых на бумагу с помощью сопел; лазерные принтеры, обеспечивающие самое высокое качество печати, используют принцип ксерографии: изображение переносится на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички красителя). Другие устройства вывода информации на бумагу - графопостроители распечатывают чертежи и графики на бумагу. Колонки предназначены для акустического вывода (воспроизведения) звуковой информации, как уже хранящейся в памяти ПК в виде файлов, так и поступающей в ПК с внешних музыкальных устройств. Все эти устройства иначе называются периферийными.
Для ввода информации в ЭВМ сейчас используют цифровые видеокамеры и фотоаппараты, всё чаще используются речевые ввод и вывод. Трудно представить, что станет общепринятым завтра. Появились переносные компьютеры без клавиатуры, которые могут распознавать и вводить рукописный текст. Изображение можно выводить на инфошлем - два миниатюрных экрана перед глазами создают стереоизображение. Инфоперчатки могут передавать в компьютер изображения пальцев человека и, получая информацию от компьютера, оказывать сопротивление движениям человека. Инфоскафандры способны воспринимать положение тела человека и по командам компьютера имитировать прикосновение или давление на кожу человека. Все эти инфоустройства позволяют создавать так называемые искусственные реальности (виртуальный мир), где человек оперирует в воображаемом, созданном компьютером мире, получая через свои органы чувств соответствующие комплексы ощущений.
|
|
Можешь пополнить материал раздела актуальной информацией... Пиши на e-mail: leniza@hotbox.ru
|
|
