С давних времен люди пытались облегчить свой труд, создавая различные машины и механизмы, усиливающие физические возможности человека.
- выполняет арифметические и логические операции;
- управляет вычислительным процессом;
- координирует работу всех устройств компьютера.
Для обращения к НЖМД используется имя, задаваемое прописной латинской буквой, начиная с С: , но с помощью специальной системной программы можно разбить свой физический ЖД на несколько логических дисков, каждому из которых дается соответствующее имя.
Накопители на жестких магнитных дисках часто называют винчестер - по первой модели ЖД, имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что совпало с калибром 30?/30? охотничьего ружья
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.
- Устройство для записи и считывания магнитных лент называется стример
- Это устройство последовательного доступа к информации
Сетевой адаптер (сетевая карта) – устройство для подключения компьютера к локальной сети. Сетевой адаптер контролирует доступ к среде передачи данных и обмен данными в сети, выполняет функцию сопряжения компьютера с каналами связи.
Магистраль – линия связи к которой подключена сеть. Для крупных сетей магистраль реализуют на волоконно-оптическом кабеле.
В XVв. знаменитый Леонардо да Винчи, изучая строение птиц, создал летательный аппарат на этой основе. Русский ученый Н.Е.Жуковский (основоположник аэродинамики), исследуя механизм полета птиц, сконструировал самолет
Первое автоматическое вычислительное устройство разработал в 1832г Чарльз Бэббидж
Первая Электронно-Вычислительная Машина (ЭВМ) - "ENIAC" (Electronic Numerical Integrator and Computer), была создана США в1946г. Её характеристики: 18900 электронных ламп, 5 тыс. операций сложения в секунду, разрядность 30бит, ОП - 600бит
Первая ЭВМ в СССР - МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина)была создана С.А.Лебедевпоя в1951г. : 6000 электронных ламп, 5 тыс. операций сложения в секунду, разрядность 16 бит, ОП - 1800бит
Первый персональный компьютер (ПК) в 1976г выпустила фирма Apple; в СССР персональные компьютеры появились в 1985г.
Различают два основных класса компьютеров:
1) цифровые компьютеры (компьютеры), обрабатывающие данные в виде числовых двоичных кодов;
2) аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся физические величины, которые являются аналогами вычисляемых величин.
По своему назначению компьютер – универсальное техническое устройство для работы с информацией. По принципам устройства компьютер – модель человека, работающего с информацией.
Компьютер - это программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами. (т.е. компьютер - это комплекс программно-управляемых электронный устройств)
Архитектура ЭВМ – описание устройств и принципов работы компьютеры, достаточное для пользователя и программиста (т.е без подробностей технического характера, а именно электронных схем, конструктивных деталей и пр)
Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера.
Архитектура включает:
1) Описание пользовательских возможностей программирования;
2) Описание системы команд и системы адресации;
3) Организацию памяти и т.д.
Схему устройства компьютера предложил Джон фон Нейман в 1946г, её принципы работы во многом сохранились в современных компьютерах.
Принципы Джон фон Неймана:
1) принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности);
2) принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти);
3) принцип адресности (ОП состоит из пронумерованных ячеек и процессору в любой момент времени доступна любая ячейка)
Персональный компьютер (ПК) – универсальная ЭВМ, предназначенная для индивидуального пользования.
Обычно ПК проектируется на основе принципа открытой архитектуры:
1) описание принципа действия ПК и его конфигурации, что позволяет собирать ПК из отдельных узлов и деталей;
2) наличие в ПК внутренних расширительных гнезд, в которые пользователь может вставлять различные устройства, удовлетворяющие заданному стандарт.
Функциональная схема компьютера
Для работы на компьютере необходимо иметь:
Hardware (железо) - Аппаратное обеспечение, т.е. физические устройства, которыми человек управляет с помощью программам и получает информацию от компьютера
Software - Программное обеспечение, т.е. совокупность необходимых программ для обработки различных данных
Основные характеристики ПК
Производительность (быстродействие) ПК – возможность компьютера обрабатывать большие объёмы информации. Определяется быстродействием процессора, объёмом ОП и скоростью доступа к ней (например, Pentium III обрабатывает информацию со скоростью в сотни миллионов операций в секунду)
Производительность (быстродействие) процессора – количество элементарных операций выполняемых за 1 секунду.
Тактовая частота процессора (частота синхронизации) - число тактов процессора в секунду, а такт – промежуток времени (микросекунды) за который выполняется элементарная операция (например сложение). Таким образом Тактовая частота - это число вырабатываемых за секунду импульсов, синхронизирующих работу узлов компьютера. Именно ТЧ определяет быстродействие компьютера
Задается ТЧ специальной микросхемой «генератор тактовой частота», который вырабатывает периодические импульсы. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Частота в 1Мгц = 1миллиону тактов в 1 секунду. Превышение порога тактовой частоты приводит к возникновению ошибок процессора и др. устройств. Поэтому существуют фиксированные величины тактовых частот для каждого типа процессоров, например: 2,8 ; 3,0 Ггц и тд
Разрядность процессора – max длина (кол-во разрядов) двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться процессором целиком.
Разрядность связана с размером специальных ячеек памяти – регистрами. Регистр в 1байт (8бит) называют восьмиразрядным, в 2байта – 16-разрядным и тд. Высокопроизводительные компьютеры имеют 8-байтовые регистры (64разряда)
Время доступа - Быстродействие модулей ОП, это период времени, необходимый для считывание min порции информации из ячеек памяти или записи в память. Современные модули обладают скоростью доступа свыше 10нс (1нс=10-9с)
Объем памяти (ёмкость) – max объем информации, который может храниться в ней.
Плотность записи – объем информации, записанной на единице длины дорожки (бит/мм)
Скорость обмена информации – скорость записи/считывания на носитель, которая определяется скоростью вращения и перемещения этого носителя в устройстве.
Основные устройства ПК
Наrdwаrе – аппаратные средства т.е. механические, электрические и электронные узлы и компоненты компьютера.
Микропроцессор
(Микропроцессор, chip-кристалл) – это основной рабочий компонент компьютера, который:
- выполняет арифметические и логические операции;- управляет вычислительным процессом;
- координирует работу всех устройств компьютера.
Реализуется процессор в виде сверх большой интегральной схемы (СБИС) на которой размешаются десятки миллионов функциональных элементов.
В общем случае центральный прцессор содержит:
1) Арифметико-логическое устройство - часть процессора, выполняющая машинные команды
2) Устройство управления – часть процессора, выполняющая функции управления устройствами компьютера
3) Шины данных и шины адресов (на физическом уровне) – много проводные линии с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шины данных и шину управления: Шина адреса предназначена для передачи адреса того устройства (или той ячейки памяти), к которому обращается процессор. По шине данных передаётся вся информация при записи и считывании. По шине управления передается управляющий сигнал. Процесс взаимодействия процессора и памяти сводится к двум операциям – записи и считывания информации. При записи процессор по специальным проводникам (шина адреса) передает биты, кодирующие адрес, по другим проводникам – управляющий сигнал «запись», и еще по другой группе проводников (шины данных) передает записываемую информацию. При чтении по шине адреса передается соответствующий адрес оперативной памяти (ОП), а с шины данных считывается нужная информация.
4) Регистры - ячейки памяти, которые служат для кратковременного хранения и преобразования данных и команд. На физическом уровне регистр – совокупность триггеров, способных хранить один двоичный разряд и связанных между собой общей системой управления
5) Счетчик команд – регистр управляющего устройства компьютера содержимое, которого соответствует адресу очередной выполняемой команды. Счетчик команд служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти
6) Кэш память - очень быстрая память малого объема служит для увеличения производительности компьютера, согласования работы устройств различной скорости. Кэш-память может быть встроена сразу в процессор или размещаться на материнской плате
7) Сопроцессор – вспомогательный процессор, предназначенный для выполнения математических и логических действий. Использование сопроцессора позволяет ускорить процесс обработки информации компьютером
Память компьютера
Память компьютера (Memory) - устройство для запоминания данных. В зависимости от характера использования различают внутреннюю или внешнюю память.
Оперативная память (ОП) предназначена для временного хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Это энергозависимая память. Физически реализуется в модулях ОЗУ (оперативных запоминающих устройствах) различного типа. При выключении электропитания вся информация в оперативной памяти исчезает.
Внутренняя память
Оперативная память (ОП) предназначена для временного хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Это энергозависимая память. Физически реализуется в модулях ОЗУ (оперативных запоминающих устройствах) различного типа. При выключении электропитания вся информация в оперативной памяти исчезает.
Объём хранящейся информации в ОЗУ составляет от 32 до 512 Мбайт и более. Занесение информации в память и её извлечение, производится по адресам. Каждый байт ОП имеет свой индивидуальный адрес (порядковый номер). Адрес – число, которое идентифицирует ячейки памяти (регистры). ОП состоит из большого количества ячеек, в каждой из которых хранится определенный объем информации. ОП непосредственно связана с процессором. Возможности ПК во многом зависят от объёма ОП.
Кеш память - очень быстрая память малого объема служит для увеличения производительности компьютера, согласования работы устройств различной скорости.
Специальная - постоянная, Fiash, видеопамять и тд.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – энергонезависимая память для хранения программ управления работой и тестирования устройств ПК. Важнейшая микросхема ПЗУ – модуль BIOS (Basic Input/Output System – базовая система ввода/вывода), в котором хранятся программы автоматического тестирования устройств после включения компьютера и загрузки ОС в оперативную память. Это Неразрушимая память, которая не изменяется при выключении питания
Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) – энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого
CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) - память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, о режимах его работы. Содержимое изменяется программой, находящейся в BIOS (Basic Input Output System).
Видеопамять – запоминающее устройство, расположенное на плате управления дисплеем и предназначенное для хранения текстовой и графической информации, отображаемой на экране. Содержимое этой памяти сразу доступно двум устройствам – процессору и дисплею, что позволяет изменять изображение на экране одновременно с обновлением видеоданных в памяти.
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 (носитель записи) – 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
Диски называются гибкими потому, что их рабочая поверхность изготовлена из эластичного материала и помещена в твердый защитный конверт. Для доступа к магнитной поверхности диска в защитном конверте имеется закрытое шторкой окно. Поверхность диска покрыта специальным магнитным слоем (1- намагниченный участок, 0 – не намагниченный). Информация записывается с двух сторон диска на дорожки в виде концентрических окружностей. Дорожки разбиваются на секторы. Современные дискетки имеют программную разметку. На каждом секторе выделяется участок для его идентификации, а на остальное место записываются данные. Дисковод снабжен двумя двигателями. Один обеспечивает вращение внутри защитного конверта. Второй перемещает головку записи/чтения вдоль радиуса поверхности диска. В защитном конверте имеется специальное окно защиты записи. С помощью бегунка это окно открывают и дискета становится доступна только на чтение, а на запись доступа не будет. Это предохраняет информацию на диске от изменения и удаления.- 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
НЖМД встроены в дисковод и являются несъемными. Они представляют собой несколько алюминиевых дисков с магнитным покрытием, заключенных в единый корпус с электродвигателем, магнитными головками и устройством позиционирования. К магнитной поверхности диска подводится записывающая головка, которая перемещается по радиусу диска с внешней стороны к центру. Во время работы дисковода диск вращается. В каждом фиксированном положении головка взаимодействует с круговой дорожкой. На эти концентрические дорожки и производится запись двоичной информации. Благодаря хорошей защищенности от пыли, влаги и других внешних воздействий достигают высокой плотности записи, в отличии от дискет.- 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
Для обращения к НЖМД используется имя, задаваемое прописной латинской буквой, начиная с С: , но с помощью специальной системной программы можно разбить свой физический ЖД на несколько логических дисков, каждому из которых дается соответствующее имя.
Накопители на жестких магнитных дисках часто называют винчестер - по первой модели ЖД, имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что совпало с калибром 30?/30? охотничьего ружья
Оптические (лазерные) CD и DVD 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. При считывании информации выступы отражают свет слабого лазерного луча и воспринимаются как «1», впадины поглощают луч и, воспринимаются как «0». Это бесконтактный способ считывания информации. Срок хранения 50-100лет- 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
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
Устройства ввода информации
Это устройства, которые переводят информацию с языка человека на машинный язык.
Координатные устройства ввода - манипуляторы для управления работой курсора (Мышь, Трекбол, Тачпад, Джойстик)
У мыши и трекбола вращение металлического шара, покрытого резиной, передается двум пластмассовым валам, положение которых рассчитывается инфракрасными оптопарами и затем преобразуется в электрический сигнал, управляющий движением указателя мыши на экране. Тачпад -манипулятор для портативных компьютеров, встроен в ПК, перемещение курсора осуществляется путем прикосновения к тачпаду пальцев. Джойстик – манипулятор для управления электронными играми.
Сканер – устройство ввода и преобразования в цифровую форму изображений и текстов. Существуют планшетные и ручные сканеры.
Цифровые камеры – формируют любые изображения сразу в компьютерном формате;
Микрофон – ввод звуковой информации. Звуковая карта преобразует звук из аналоговой формы в цифровую.
Сенсорные устройства ввода:
К устройствам ввода относятся:
Клавиатура – клавишное устройство для ввода числовой и текстовой информации;
Стандартная клавиатура содержит:
1) набор алфавитно-цифровых клавиш;2) дополнительно управляющие и функциональные клавиши;3) клавиши управления курсором;4) малую цифровую клавиатуру
Координатные устройства ввода - манипуляторы для управления работой курсора (Мышь, Трекбол, Тачпад, Джойстик)
У мыши и трекбола вращение металлического шара, покрытого резиной, передается двум пластмассовым валам, положение которых рассчитывается инфракрасными оптопарами и затем преобразуется в электрический сигнал, управляющий движением указателя мыши на экране. Тачпад -манипулятор для портативных компьютеров, встроен в ПК, перемещение курсора осуществляется путем прикосновения к тачпаду пальцев. Джойстик – манипулятор для управления электронными играми.
Сканер – устройство ввода и преобразования в цифровую форму изображений и текстов. Существуют планшетные и ручные сканеры.
Цифровые камеры – формируют любые изображения сразу в компьютерном формате;
Микрофон – ввод звуковой информации. Звуковая карта преобразует звук из аналоговой формы в цифровую.
Сенсорные устройства ввода:
Сенсорный экран - чувствительный экран. Общение с компьютером осуществляется путем прикосновения пальцем к определенному месту экрана. Им оборудуют места операторов и диспетчеров, используют в информационно-справочных системах
Дигитайзер – устройство преобразования готовых (бумажных) документов цифровую формуСветовое перо – светочувствительный элемент. Если перемещать перо по экрану, то можно им рисовать. Обычно применяют в карманных компьютерах, системах проектирования и дизайна
Устройства вывода информации
Это устройства, которые переводят информацию с машинного языка в формы, доступные для человеческого восприятия.
Различают алфавитно-цифровые и графические мониторы, а также монохромные мониторы и мониторы цветного изображения - активно-матричные и пассивно-матричные жкм.
Принтер – устройство для вывода информации в виде печатных копий текста или графики. Существуют:
Плоттер (графопостроитель) – устройство, которое чертит графики, рисунки и диаграммы под управлением компьютера. Изображение получается с помощью пера. Используется для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем.
Акустические колонки и наушники – устройство для вывода звуковой информации
К устройствам вывода относятся:
Монитор (дисплей) - универсальное устройство визуального отображения всех видов информации
Различают алфавитно-цифровые и графические мониторы, а также монохромные мониторы и мониторы цветного изображения - активно-матричные и пассивно-матричные жкм.
Разрешающая способность выражается количеством элементов изображения по горизонтали и вертикали. Элементами графического изображения считаются точки – пиксели (picture element). Элементами текстового режима также являются символы. Современные видеоадаптеры (SuperVGA) обеспечивают высокие разрешения и отображают 16536 цветов при max разрешении.
Существуют:
1) мониторы на базе электронно-лучевой трубки (CRT).
1) мониторы на базе электронно-лучевой трубки (CRT).
2) жидкокристаллические мониторы (LCD) на базе жидких кристаллов. Жидкие кристаллы – особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под воздействием электрического напряжения.
Принтер – устройство для вывода информации в виде печатных копий текста или графики. Существуют:
Лазерный принтер – печать формируется за счет эффектов ксерографии
Струйный принтер – печать формируется за счет микро капель специальных чернил.
Матричный принтер – формирует знаки несколькими иголками, расположенными в головке принтера. Бумага втягивается с помощью вала, а между бумагой и головкой принтера располагается красящая лента.
Матричный принтер – формирует знаки несколькими иголками, расположенными в головке принтера. Бумага втягивается с помощью вала, а между бумагой и головкой принтера располагается красящая лента.
Плоттер (графопостроитель) – устройство, которое чертит графики, рисунки и диаграммы под управлением компьютера. Изображение получается с помощью пера. Используется для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем.
Акустические колонки и наушники – устройство для вывода звуковой информации
Устройства передачи и приема
Модем – устройство подключения компьютера для передачи и приема по телекоммуникационным линиям. Для передачи информации модем преобразует сигнал из цифровой формы в аналоговую, для приема сигнала – наоборот.
Сетевой адаптер (сетевая карта) – устройство для подключения компьютера к локальной сети. Сетевой адаптер контролирует доступ к среде передачи данных и обмен данными в сети, выполняет функцию сопряжения компьютера с каналами связи.
Магистраль – линия связи к которой подключена сеть. Для крупных сетей магистраль реализуют на волоконно-оптическом кабеле.
Системный блок содержит такие основный устройства ПК как системная плата с процессором и ОП, накопители на магнитных дисках, CD-ROM, блок питания.
Материнская (системная) плата – основной аппаратный компонент где находятся разъемы для установки микропроцессора, оперативной памяти, кварцевый резонатор, базовая система ввода-вывода BIOS, вспомогательные микросхемы, интерфейс ввода-вывода (последовательный порт, параллельный порт, интерфейс клавиатуры, дисковый интерфейс и тд.) и шина.
Часть технического обеспечения, конструктивно отделенных от основного блока компьютера называют периферийными (устройства ввода-вывода)
Для подключения устройств ввода-вывода на системном блоке имеются разъемы различных портов:
СОМ - Последовательные порты. Передают последовательно электрические импульсы, несущие информации. К ним обычно подключают мышь и модем.
LPT - Параллельный порт. Передает одновременно 8 электрических импульсов. Реализует более высокую скорость информации, используют для подключения принтера.
USB - Последовательная универсальная шина (Universal Serial Bus) – обеспечивает высокоскоростное подключение нескольких периферийных устройств (сканер, цифровая камера и тд)
