Лекции по "Информатике"

Таким образом, вещество, энергия, информация – это три  стороны, с точки зрения которых, наука сумела посмотреть на бесконечно сложный и разнообразный мир. И степень его познания, практического  овладения знаниями о веществе, энергии, информации не в последнюю очередь определяли достигнутый уровень развития и дальнейшие перспективы научно-технического прогресса человеческого общества.

В 1642 г. Блез Паскаль изобрел  устройство, механически выполняющее  сложение чисел, а в 1673 г. Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий выполнять четыре арифметических действия.

Впервые состав и назначение функциональных средств автоматической вычислительной машины определил английский математик Чарльз Бэббидж (1792 –1871). В 1833 был создан первый многоцелевой компьютер, названный “аналитической машиной”. Она могла оперировать с 50 десятичными знаками и сохраняла до 1000 чисел.  Бэббидж предложил не только идею программного управления процессом вычислений, но и использование перфокарт для ввода и вывода данных.

Первым создателем автоматической вычислительной машины считается немецкий ученый Конрад Цузе. Работы им начаты в 1933 г., а через три года построена  модель механической вычислительной машины, в которой использовалась двоичная система счисления, а в качестве элементной базы - реле.

Первым электронным  компьютером можно назвать систему, созданную в 1942 году Джоном Атанасовым. В этом устройстве в качестве переключателей использовались вакуумные лампы.

В 1943 г. американец Говард Айкен с помощью работ Бэббиджа на основе электромеханических реле, смог построить на одном из предприятий фирмы IBM машину под названием “Марк – 1” – первый программно-управляемый компьютер.

В 1943 г. под руководством Джона Мошли и Преспера Экерта были начаты работы по созданию первой электронной машины ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) на основе электронных ламп, выполнявшая 300 оп/с.

В 1945 г. математик Джон фон Нейман в одном из своих  докладов сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств. А именно компьютер должен иметь:

•   Арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;
•   Устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
•    Запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;
• Внешние устройства для ввода-вывода информации.

Он также выдвинул идею о том, что программы можно  изменять, не меняя аппаратного обеспечения.

Первая российская ЭВМ -  МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина)    была создана в 1951 г. под руководством С. А. Лебедева. Она была одной из первых в мире и первой на европейском континенте ЭВМ с хранимой в памяти программой.

 

Тема 2. Аппаратное и программное  обеспечение ПК

Персональный  компьютер — компьютер (вычислительная машина) предназначенный для личного использования, цена, размеры и возможности которого удовлетворяют запросы большого количества людей.

Современные ПК характеризуются:

• небольшими размерами,
• возможностью для пользователя работать с ПК лично, без посредничества профессионального программиста,
• малым потреблением электрической энергии,
• удобством и комфортностью общения пользователя и ПК.

ЭВМ выполняют две  основные функции:

• обработка и хранение информации
• обмен информацией с внешними объектами.

Выполнение этих функций  осуществляется с помощью двух компонентов  ЭВМ: программного обеспечения и  аппаратного обеспечения.

Под аппаратным обеспечением  понимают обычно все узлы, модули и блоки, составляющие компьютер или компьютерную систему. В современных компьютерах используется так называемая «открытая архитектура», т.е. состав аппаратного обеспечения компьютера можно изменить, поменяв один из модулей, или расширить, вставив дополнительный модуль. 

Аппаратное обеспечение  современных ПК включает в себя следующее:

• системный блок,
• устройства ввода информации в ПК (например, клавиатура),
• устройства вывода информации из ПК (например, монитор).

Системный блок, клавиатура и монитор вместе составляют персональный компьютер в минимальной конфигурации, т.е. позволяют работать с информацией на компьютере 

Корпуса системных блоков бывают нескольких типов: вертикальный  (tower), горизонтальный (desktop), моноблок (системный блок и монитор в одном корпусе). Существуют переносные компьютеры типа Notebook (ноутбук), предназначенные для работы от автономной батареи.

Внутри системного блока  располагаются:

• источник питания,
• материнская (системная) плата
• процессор,
• оперативная память,
• жесткий диск,
• накопитель гибких дисков (устарев).
• привод CD–ROM, DVD-ROM, DVD-RW;
• звуковая карта,
• сетевая карта.

Также в состав компьютерных систем входят и внешние устройства, называемые периферийными.

Периферийными называют все устройства компьютера, расположенные вне материнской платы. Часть устройств хоть и расположены вне материнской платы, но также как и материнская плата находятся в системном блоке: винчестер, дисководы, CD–ROM, звуковая карта, сетевая карта и некоторые др.

По назначению периферийные устройства можно подразделить на:

• устройства ввода данных; в устройства вывода данных;
• устройства хранения данных;
• устройства обмена данными.

Теперь рассмотрим отдельные  элементы более подробно.

Материнская плата — печатная плата, на которой монтируется чипсет и прочие компоненты компьютерной системы.

На материнской плате  кроме чипсета располагаются разъёмы для подключения центрального процессора, графической платы, звуковой платы, жёстких дисков, оперативной памяти и других дополнительных периферийных устройств.

Все основные электронные  схемы компьютера и необходимые  дополнительные устройства включаются в материнскую плату, или подключаются к ней с помощью слотов расширения.

Центральный процессор – это «мозг» любого компьютера. Процессор производит все вычисления (арифметические и логические операции), взаимодействует с памятью и осуществляет управление всеми компонентами ПК. Таким образом, процессор включает в себя следующие части:

• арифметико-логическое устройство (АЛУ),
• устройство управления (УУ).
• внутренние регистры – ячейки памяти внутри кристалла процессора, предназначенные для хранения промежуточной информации.

 

Важнейшими характеристиками процессора, определяющими его производительность (количество операций в единицу времени) являются: тактовая частота, разрядность, объем адресуемой памяти.

Тактовая частота определяет скорость выполнения операций в процессоре. При повышении тактовой частоты увеличивается производительность процессора. Современные процессоры имеют тактовые частоты 400-4000 МГц и более.

Разрядность обрабатываемых данных – количество бит информации, одновременно вводимой в процессор и выводимой из него. Чем больше разрядность, тем больше информации может обработать процессор в единицу времени. Разрядность современных процессоров – 32 и 64 бит.

Объем адресуемой памяти (адресное пространство)– максимальное число ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано процессором.

Мультипроцессор — это компьютерная система, которая содержит несколько процессоров и одно адресное пространство, видимое для всех процессоров. Он запускает одну копию ОС с одним набором таблиц, в том числе теми, которые следят какие страницы памяти свободны. Содержат несколько процессорных ядер в одном корпусе (на одном или нескольких кристаллах).

Внутренняя  память – это память, расположенная на материнской плате. Внутреннюю память составляют два устройства: ОЗУ и ПЗУ.

ОЗУ (оперативное  запоминающее устройство)  предназначено для хранения текущих программ и текущей информации, т.е. программ и информации, с которыми в данный момент работает пользователь. В англоязычной литературе ОЗУ называют RAM (random access  memory – память случайного доступа).

Основными характеристиками ОЗУ являются: объем и время  доступа.

Объем ОЗУ (ед. измерения  – Мбайт) – это общее количество ячеек памяти на всех кристаллах ОЗУ. В каждой ячейке может хранится либо «1» либо «0». Ячейки в кристаллах памяти объединены в блоки по 8 ячеек, и в каждый такой блок таким образом можно записать байт информации. От объема ОЗУ во многом зависит скорость работы компьютера: чем больше объем ОЗУ,  тем быстрее  работает компьютер.

Время доступа – время, за которое процессор может прочитать содержимое ячейки ОЗУ или записать в нее информацию. Чем меньше время доступа, тем быстрее общается процессор с ОЗУ и тем быстрее работает компьютер.

ОЗУ является энергозависимой  памятью, т.е. при отключении питания оно «забывает» всю записанную в него информацию.

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – хранит программу первоначальной загрузки компьютера, информацию о системной плате и расположенных на ней устройствах, информацию о подключенных устройствах внешней памяти, текущее время др.

Внешняя (периферийная) память – это память, расположенная вне материнской платы. На устройствах внешней памяти хранятся тексты программ, документы и другая информация. Эту память часто называют долговременной. Если необходимо работать с какой-то программой, то она сначала копируется с устройств внешней памяти в оперативную память и затем запускается. Наиболее часто внешняя память ПК представлена накопителями на гибких магнитных дисках и накопителями на жестких дисках.

Накопитель  на жёстких магнитных дисках, жёсткий диск, винчестер   — энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах.

 Графическая плата или  видеокарта   — устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора. Обычно видеокарта является платой расширения и вставляется в специальный разъём   для видеокарт на материнской плате, но бывает и встроенной, иначе говоря, интегрированной.

Современные видеокарты не ограничиваются простым выводом  изображения, они имеют встроенный графический микропроцессор, который  может производить дополнительную обработку, разгружая от этих задач  центральный процессор компьютера.

 Звуковая плата  или звуковая карта   — позволяет работать со звуком на компьютере. В настоящее время звуковые карты бывают как встроенными в материнскую плату, так и отдельными платами расширения или как внешними устройствами.

Сетевая плата или сетевая карта — периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети.

Периферийные устройства для ввода информации в компьютер.

 Клавиатура – устройство, с помощью которого осуществляется ввод данных и команд в ПК. Клавиатура снабжена специальным кабелем, посредством которого она подключается к специальному разъему на системном блоке.

Мышь – широко используемое в настоящее время устройство ввода информации. Позволяет быстро отметить какую-либо точку на экране монитора. Работа с некоторыми программами без мыши практически невозможна.

Сканер – устройство ввода графической информации (фотографий, изображений и др.) в компьютер.

Существуют и другие устройства ввода информации в компьютер: цифровые фотоаппараты, манипуляторы «световое перо» и пр. Некоторые манипуляторы, функционально аналогичны или дополняют мышь: трекбол, джойстик, виртуальный шлем и др.

Периферийные устройства для вывода информации  из компьютера.

Монитор (дисплей) – устройство вывода алфавитно-цифровой и графической информации ПК. Монитор является основным техническим средством организации общения между пользователем и компьютером. Внешне напоминает телевизор.

 Качество изображения  монитора определяют следующие  характеристики: размер диагонали, разрешение, палитра, частота кадров.

Изображение на экране монитора формируется с помощью точек (пикселей). Количество пикселей по горизонтали  и вертикали и определяет разрешение экрана. Типичные значения: 800´600 для 14-дюймового монитора, 1600´1200 для 19-дюймового. Чем больше размер диагонали экрана и выше разрешение, тем качественнее изображение, так как лучше прорисовываются мелкие детали.