Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Многие тысячи лет назад для счета использовались счетные палочки, камешки и. т.д. Более 1500 лет тому назад (а может быть и значительно раньше) для облегчения стали использовать счеты.

Таким образом, попытки автоматизировать вычислительные процессы предпринимались на всех этапах развития человеческой цивилизации.

VI в. до н. э. — Пифагор ввел понятие числа как основу всего сущего на земле.

V в. до н. э. — остров Саламин — первый прибор для счета «абак».

IV в. до н. э. — Аристотель разработал дедуктивную логику.

III в. до н. э. — Диофант Александрийский написал «Арифметику» в 13 книгах.

IX в. — Аль-Хорезми обобщил достижение арабской математики и ввел понятие алгебры.

XV в. — Леонардо да Винчи разработал проект счетной машины для выполнения действий над 12- разрядными числами.

XVI в. — изобретены русские счеты с 10-чной системой счисления.

XVII в. — Англия — логарифмические линейки.

Начало развития технологий вычислительной техники принято считать с Блеза Паскаля, который в 1642г. изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел.

Следующего этапного результата добился выдающийся немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц, высказавший в 1672 году идею механического умножения без последовательного сложения. Уже через год он представил машину, которая позволяла механически выполнять четыре арифметических действия, в Парижскую академию. Машина Лейбница требовала для установки специального стола, так как имела внушительные размеры: 100 ´ 30 ´ 20 сантиметров.

В 1812 году английский математик Чарльз Бэббидж начал работать над так называемой разностной машиной, которая должна была вычислять любые функции, в том числе и тригонометрические, а также составлять таблицы.

Уроженец Эльзаса Карл Томас, основатель и директор двух парижских страховых обществ в 1818 году сконструировал счетную машину, уделив основное внимание технологичности механизма, и назвал ее арифмометром.

В первые десятилетия XX века конструкторы обратили внимание на возможность применения в счетных устройствах новых элементов – электромагнитных реле. В 1941 году немецкий инженер Конрад Цузе, построил вычислительное устройство, работающее на таких реле.

Почти одновременно, в 1943 году, американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники XX века – электромеханических реле – смог построить на одном из предприятий фирмы IBM легендарный гарвардский «Марк-1» (а позднее еще и «Марк-2»). «Марк-1» имел в длину 15 метров и в высоту 2,5 метра, содержал 800 тысяч деталей, располагал 60 регистрами для констант, 72 запоминающими регистрами для сложения, центральным блоком умножения и деления, мог вычислять элементарные трансцендентные функции. Машина работала с 23-значными десятичными числами и выполняла операции сложения за 0,3 секунды, а умножения – за 3 секунды.

Работа по созданию первой электронновычислительной машины была начата, по-видимому, в 1937 году в США профессором Джоном Атанасовым, болгарином по происхождению. Эта машина была специализированной и предназначалась для решения задач математической физики. В ходе разработок Атанасов создал и запатентовал первые электронные устройства, которые впоследствии применялись довольно широко в первых компьютерах. Полностью проект Атанасова не был завершен, однако через три десятка лет в результате судебного разбирательства профессора признали родоначальником электронной вычислительной техники.

Начиная с 1943 года группа специалистов под руководством Говарда Эйкена, Дж. Моучли и П. Эккерта в США начала конструировать вычислительную машину на основе электронных ламп, а не на электромагнитных реле. Эта машина была названа ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer) и работала она в тысячу раз быстрее, чем «Марк-1». ENIAC содержал 18 тысяч вакуумных ламп, занимал площадь 9 ´ 15 метров, весил 30 тонн и потреблял мощность 150 киловатт.

В 1945 году к работе над созданием ЭВМ был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине. В этом докладе фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров. Это первая действующая машина, построенная на вакуумных лампах, официально была введена в эксплуатацию 15 февраля 1946 года. Эту машину пытались использовать для решения некоторых задач, подготовленных фон Нейманом и связанных с проектом атомной бомбы. Затем она была перевезена на Абердинский полигон, где работала до 1955 года.

ENIAC стал первым представителем 1-го поколения компьютеров. Любая классификация условна, но большинство специалистов согласилось с тем, что различать поколения следует исходя из той элементной базы, на основе которой строятся машины. Таким образом, первое поколение представляется ламповыми машинами.

Устройство и работа компьютера по «принципу фон Неймана». Отметим важнейшие из них:

машины на электронных элементах должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления;


программа, как и исходные данные, должна размещаться в памяти машины;


программа, как и числа, должна записываться в двоичном коде;


трудности физической реализации запоминающего устройства, быстродействие которого соответствует скорости работы логических схем, требуют иерархической организации памяти (то есть выделения оперативной, промежуточной и долговременной памяти);


арифметическое устройство (процессор) конструируется на основе схем, выполняющих операцию сложения; создание специальных устройств для выполнения других арифметических и иных операций нецелесообразно;


в машине используется параллельный принцип организации вычислительного процесса (операции над числами производятся одновременно по всем разрядам).


Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 году английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 года Джон фон Нейман.


Новые машины первого поколения сменяли друг друга довольно быстро. В 1951 году заработала первая советская электронная вычислительная машина МЭСМ, площадью около 50 квадратных метров.


В 1952 году на свет появилась американская машина EDWAC.


В 1952 году советские конструкторы ввели в эксплуатацию БЭСМ – самую быстродействующую машину в Европе, а в следующем году в СССР начала работать «Стрела» – первая в Европе серийная машина высокого класса. Среди создателей отечественных машин в первую очередь следует назвать имена С.А. Лебедева, Б.Я. Базилевского, И.С. Брука, Б.И. Рамеева, В.А. Мельникова, М.А. Карцева, А.Н. Мямлина. В 50-х годах появились и другие ЭВМ: «Урал», М-2, М-3, БЭСМ2, «Минск1», – которые воплощали в себе все более прогрессивные инженерные решения.


Проекты и реализация машин «Марк–1», EDSAC и EDVAC в Англии и США, МЭСМ в СССР заложили основу для развёртывания работ по созданию ЭВМ вакуумноламповой технологии – серийных ЭВМ первого поколения. Разработка первой электронной серийной машины UNIVAC (Universal Automatic Computer) была начата примерно в 1947 г. Эккертом и Маучли. Первый образец машины (UNIVAC-1) был построен для бюро переписи США и пущен в эксплуатацию весной 1951 г. Синхронная, последовательного действия вычислительная машина UNIVAC-1 создана на базе ЭВМ ENIAC и EDVAC. Работала она с тактовой частотой 2,25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп.


По сравнению с США, СССР и Англией развитие электронной вычислительной техники в Японии, ФРГ и Италии задержалось. Первая японская машина «Фуджик» была введена в эксплуатацию в 1956 году, серийное производство ЭВМ в ФРГ началось лишь в 1958 году.


Элементной базой второго поколения стали полупроводники. Без сомнения, транзисторы можно считать одним из наиболее впечатляющих чудес XX века.


Патент на открытие транзистора был выдан в 1948 году американцам Д. Бардину и У.Браттейну, а через восемь лет они вместе с теоретиком В. Шокли стали лауреатами Нобелевской премии..


Первая бортовая ЭВМ для установки на межконтинентальной ракете – «Атлас» – была введена в эксплуатацию в США в 1955 году. В машине использовалось 20 тысяч транзисторов и диодов, она потребляла 4 киловатта.


В 1956 г. фирмой IBM были разработаны плавающие магнитные головки на воздушной подушке. Изобретение их позволило создать новый тип памяти – дисковые запоминающие устройства, значимость которых была в полной мере оценена в последующие десятилетия развития вычислительной техники. Первые запоминающие устройства на дисках появились в машинах IBM-305 и RAMAC.


Первые серийные универсальные ЭВМ на транзисторах были выпущены в 1958 году одновременно в США, ФРГ и Японии.


В Советском Союзе первые безламповые машины «Сетунь», «Раздан» и «Раздан2» были созданы в 19591961 годах. В 60-х годах советские конструкторы разработали около 30 моделей транзисторных компьютеров, большинство которых стали выпускаться серийно. Наиболее мощный из них – «Минск32» выполнял 65 тысяч операций в секунду. Появились целые семейства машин: «Урал», «Минск», БЭСМ.


Рекордсменом среди ЭВМ второго поколения стала БЭСМ6, имевшая быстродействие около миллиона операций в секунду – одна из самых производительных в мире. Архитектура и многие технические решения в этом компьютере были настолько прогрессивными и опережающими свое время, что он успешно использовался почти до нашего времени.


Специально для автоматизации инженерных расчетов в Институте кибернетики Академии наук УССР под руководством академика В.М. Глушкова были разработаны компьютеры МИР (1966) и МИР-2 (1969). Важной особенностью машины МИР-2 явилось использование телевизионного экрана для визуального контроля информации и светового пера, с помощью которого можно было корректировать данные прямо на экране.


Приоритет в изобретении интегральных схем, ставших элементной базой ЭВМ третьего поколения, принадлежит американским ученым Д. Килби и Р. Нойсу, сделавшим это открытие независимо друг от друга. Массовый выпуск интегральных схем начался в 1962 году, а в 1964 начал быстро осуществляться переход от дискретных элементов к интегральным. Упоминавшийся выше ЭНИАК размерами 9 ´ 15 метров в 1971 году мог бы быть собран на пластине в 1,5 квадратных сантиметра. Началось перевоплощение электроники в микроэлектронику.


Несмотря на успехи интегральной техники и появление мини-ЭВМ, в 60-х годах продолжали доминировать большие машины. Таким образом, третье поколение компьютеров, зарождаясь внутри второго, постепенно вырастало из него.


Первая массовая серия машин на интегральных элементах стала выпускаться в 1964 году фирмой IBM. Эта серия, известная под названием IBM-360, оказала значительное влияние на развитие вычислительной техники второй половины 60-х годов. Она объединила целое семейство ЭВМ с широким диапазоном производительности, причем совместимых друг с другом. Последнее означало, что машины стало возможно связывать в комплексы, а также без всяких переделок переносить программы, написанные для одной ЭВМ, на любую другую из этой серии. Таким образом, впервые было выявлено коммерчески выгодное требование стандартизации аппаратного и программного обеспечения ЭВМ.


В СССР первой серийной ЭВМ на интегральных схемах была машина «Наири-3», появившаяся в 1970 году.


Со второй половины 60-х годов Советский Союз совместно со странами СЭВ приступил к разработке семейства универсальных машин, аналогичного системе ibm-360. В 1972 году началось серийное производство стартовой, наименее мощной модели Единой Системы – ЭВМ ЕС-1010, а еще через год – пяти других моделей. Их быстродействие находилась в пределах от десяти тысяч (ЕС-1010) до двух миллионов (ЕС-1060) операций в секунду.


В рамках третьего поколения в США была построена уникальная машина «ИЛЛИАК-4», в составе которой в первоначальном варианте планировалось использовать 256 устройств обработки данных, выполненных на монолитных интегральных схемах.


Начало 70-х годов знаменует переход к компьютерам четвертого поколения – на сверхбольших интегральных схемах (СБИС). Другим признаком ЭВМ нового поколения являются резкие изменения в архитектуре.


Техника четвертого поколения породила качественно новый элемент ЭВМ – микропроцессор. В 1971 году пришли к идее ограничить возможности процессора, заложив в него небольшой набор операций, микропрограммы которых должны быть заранее введены в постоянную память.


Из больших компьютеров четвертого поколения на сверхбольших интегральных схемах особенно выделялись американские машины «Крей-1» и «Крей-2», а также советские модели «Эльбрус-1» и «Эльбрус-2». Первые их образцы появились примерно в одно и то же время – в 1976 году. Все они относятся к категории суперкомпьютеров, так как имеют предельно достижимые для своего времени характеристики и очень высокую стоимость.


В машинах четвертого поколения сделан отход от архитектуры фон Неймана, которая была ведущим признаком подавляющего большинства всех предыдущих компьютеров.


Хотя и персональные компьютеры относятся к ЭВМ 4-го поколения, все же возможность их широкого распространения, несмотря на достижения технологии СБИС, оставалась бы весьма небольшой.


В 1970 году был сделан важный шаг на пути к персональному компьютеру – Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intеl сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большого компьютера. Так появился первый микропроцессор Intеl 4004, который был выпущен в продажу в 1971 г. Это был настоящий прорыв, ибо микропроцессор Intеl 4004 размером менее 3 см был производительнее гигантских машин 1-го поколения. Правда, возможности Intе1 4004 были куда скромнее, чем у центрального процессора больших компьютеров того времени, – он работал гораздо медленнее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации (процессоры больших компьютеров обрабатывали 16 или 32 бита одновременно), но и стоил он в десятки тысяч раз дешевле. Но рост производительности микропроцессоров не заставил себя ждать.


Первый массовым персональным компьютером был «Altair-8800», созданный в 1974 году небольшой компанией в Альбукерке (штат Нью-Мексико).


В 1981 году появилась первая версия операционной системы для компьютера IBM РС – MS DOS 1.0. В дальнейшем по мере совершенствования компьютеров IВМ РС выпускались и новые версии DOS, учитывающие новые возможности компьютеров и предоставляющие дополнительные удобства пользователю.


В августе 1981 г. новый компьютер под названием «IВМ Personal Computer» был официально представлен публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. IBM PC имел 64 Кб оперативной памяти, магнитофон для загрузки/сохранения программ и данных, дисковод и встроенную версию языка BASIС.


Через один – два года компьютер IВМ РС занял ведущее место на рынке, вытеснив модели 8-битовых компьютеров.


Новое поколение микропроцессоров идет на смену предыдущему каждые два года и морально устаревает за 3 – 4 года. Микропроцессор вместе с другими устройствами микроэлектроники позволяют создать довольно экономичные информационные системы.


8 ноября 1993 – выпуск Windows for Workgrounds 3.11. В ней обеспечена более полная совместимость с NetWare и Windows NT; кроме того, в архитектуру ОС внесены многие изменения, направленные на повышение производительности и стабильности и позднее нашедшее применения в Windows 95. Продукт был гораздо более доброжелательно встречен корпоративной Америкой.


В 1993 году появились первые процессоры Pentium с частотой 60 и 66 МГц – это были 32-разрядные процессоры с 64-битной шиной данных.


С того времени эвм развивается огромными темпами. Частота работы процессов уже достигла 3,5 ГГц, а емкость озу порядка 8 Гб.


2.


2.1. Понятие и общая характеристика функциональной структуры компьютера


Разнообразие современных компьютеров очень велико. Но их структуры основаны на общих логических принципах, позволяющих выделить в любом компьютере следующие главные устройства:


память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из перенумерованных ячеек;


процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ);


устройство ввода;


устройство вывода.


Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация.


Рис. 1. Общая схема компьютера


Функции памяти:


приём информации из других устройств;


запоминание информации;


– выдача информации по запросу в другие устройства машины.


Функции процессора:


обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;


программное управление работой устройств компьютера.


Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ).


Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.


В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами.


Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды.


Первым человеком сформулировавшим основные принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров, был знаменитый математик Джон фон Нейман.


Прежде всего, современный компьютер должен иметь следующие устройства:


арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;


устройства управления, которое организует процесс выполнения программ;


запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;


внешние устройства для ввода-вывода информации .


В общих чертах принцип работы компьютера можно описать следующим образом.


Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа. Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команд) программы, и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических или логических операций, чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций или запись их результатов в память, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство


Как правило, после выполнения одной команды устройство управления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Эти команды указывают устройству управления, что ему следует продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в некоторой другой ячейке памяти. Такой «скачок», или переход, в программе может выполняться не всегда, а только при выполнении некоторых условий, например, если некоторые числа равны, если в результате предыдущей арифметической операции получился нуль и т.д. Это позволяет использовать одни и те же последовательности команд в программе много раз (т.е. организовывать циклы), выполнять различные последовательности команд в зависимости от выполнения определенных условий и т.д., т.е. создавать сложные программы.


Таким образом, управляющее устройство выполняет инструкции программы автоматически, т.е. вмешательства человека. Оно может обмениваться информацией с оперативной памятью и внешними устройствами компьютера. Поскольку внешние устройства, как правило работают значительно медленнее, чем остальные части компьютера, управляющее устройство может приостанавливать выполнение программы до завершения операции ввода-вывода с внешним устройством. Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит к ожиданию каких-либо сигналов внешних устройств.


В современных компьютерах арифметическо-логическое устройство и устройство управления объединены в единое устройство-центральный процессор. Кроме того, процесс выполнения программ может прерываться для выполнения неотложных действий, связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компьютера–прерываний.


Многие быстродействующие компьютеры осуществляют параллельную обработку данных на нескольких процессорах.


Тем не менее, большинство современных компьютеров в основных чертах соответствуют принципам, изложенным фон Нейманом.


2.2. Структурная организация


Рассмотрим устройство компьютера на примере самой распространенной компьютерной системы - персонального компьютера.


Персональные компьютеры обычно проектируются на основе принципа открытой архитектуры.


Принцип открытой архитектуры заключается в следующем:


регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями;


компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями .


Упрощённая блок-схема, отражающая основные функциональные компоненты компьютерной системы в их взаимосвязи, изображена на рис. 2.






Рис. 2 Общая структура персонального компьютера с подсоединенными периферийными устройствами


Для того, чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера, они должны иметь одинаковый интерфейс (англ. interface от inter - между, и face - лицо).


Интерфейс - это средство сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой.


Если интерфейс является общепринятым, например, утверждённым на уровне международных соглашений, то он называется стандартным.


Каждый из функциональных элементов (память, монитор или другое устройство) связан с шиной определённого типа - адресной, управляющей или шиной данных.


Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты примерно по такой схеме:






Рис. 3. Схема подключения интерфейсов периферийных устройств


Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме этого, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.


Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, содержащие один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора.


Портами также называют устройства стандартного интерфейса: последовательный, параллельный и игровой порты (или интерфейсы).


Последовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройствами - побитно. Параллельный порт получает и посылает данные побайтно.


К последовательному порту обычно подсоединяют медленно действующие или достаточно удалённые устройства, такие, как мышь и модем. К параллельному порту подсоединяют более «быстрые» устройства - принтер и сканер. Через игровой порт подсоединяется джойстик. Клавиатура и монитор подключаются к своим специализированным портам, которые представляют собой просто разъёмы.


Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора, размещаются на основной плате компьютера, которая называется системной или материнской (MotherBoard). А контроллеры и адаптеры дополнительных устройств, либо сами эти устройства, выполняются в виде плат расширения (DаughterBoard - дочерняя плата) и подключаются к шине с помощью разъёмов расширения, называемых также слотами расширения (англ. slot - щель, паз).


2.3. Основные блоки компьютера


Любой компьютер, как правило, включает в себя три основных узла (блока):


системный блок;


Монитор (дисплей) для отображения информации;


• клавиатуру для ввода цифро-буквенной информации и команд.
  

  Для удобства управления и используются также манипуляторы типа «мышь» и «джойстик» (последний, в основном для игр).
  

  Из этих частей компьютера системный блок выглядит наименее эффектно, именно он является в нем «главным» В нем располагаются все основные узлы компьютера:
  

  электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.д.);
  

  блок питания, который преобразует электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;
  

  накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты);
  

  накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на несъемный жесткий магнитный диск (винчестер);
  

  другие устройства.
  

  
  

  Рис. 4. Виды системных блоков
  

  Сердцем компьютера, несомненно, является центральный процессор, расположенный на системной плате внутри системного блока. Он представляет собой сверхбольшую интегральную микросхему, состоящую внутри из миллионов транзисторов. Процессор способен выполнять большое количество внешних команд и обрабатывать поступающую в виде электрических сигналов информацию. Для ускорения математических расчетов используется еще одна микросхема – математический сопроцессор, который очень существенно увеличивает скорость выполнения математических операций (вычисление синусов, косинусов, логарифмов и т.д.).
  

  
  

  Рис. 5. Системный блок со снятой крышкой корпуса
  

  Скорость процессора определяется его структурой (схемными решениями), а также внешней тактовой частотой, которая формируется генератором импульсов на системной плате. Системная (материнская) плата – основная плата компьютера, на которой располагаются микропроцессор, ОЗУ, кэш-память, шины, контроллеры.
  

  Для хранения выполняемых программ и исходных данных, для обработки и записи промежуточных и окончательных результатов компьютер имеется оперативная динамическая память (ОЗУ).Именно из нее процессор берет программы и исходные данные для обработки. Название «оперативная» эта память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору практически не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память При выключении компьютера, перезагрузке, случайных сбоях по питанию все содержимое оперативной памяти стирается. Следовательно, при наборе каких-либо данных, текстов и т.д. надо периодически записывать промежуточные данные на жесткий диск или дискету.
  

  Для ускорения доступа к ОЗУ в современных быстродействующих компьютерах применяется специальная «сверхбыстрая» статическая память, которая называется кэш-памятью и является как бы буфером между очень быстрым процессором и более медленной оперативной памятью.
  

  Для связи процессора и оперативной памяти с внешними устройствами: клавиатурой, монитором, дисководами и др. используются специальные электронные схемы или платы. При этом обмен информацией между оперативной памятью и устройствами (т.е. ввод-вывод) не происходит непосредственно: между любым устройством и оперативной памятью имеются два промежуточных звена:
  

  1. Для каждого устройства имеется своя электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контролером, или адаптером. Некоторые контроллеры (например, контроллер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами)
  

  2. Все контроллеры (адаптеры) взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных (шину) Сейчас большинство выпускаемых компьютеров оснащаются шинами РСI и ISA.
  

  Одним из контролеров, которые присутствуют почти каждом компьютере является контролер портов ввода-вывода, которые бывают следующих типов: параллельные, последовательные, игровые.
  

  Важным элементом компьютера является видеоадаптер (или видеокарта) которая служит для формирования видеосигналов, отображающих информацию на экране монитора. Видеоплата получает от микропроцессора команды по формированию изображения, конструирует это изображение в своей служебной памяти – видеопамяти, и одновременно преобразует содержимое видеопамяти в сигнал, подаваемый на монитор – видеосигнал
  

  Монитор (дисплей) компьютера предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации.Современным типом мониторов и соответственно видеоплаты является SVGA.
  

  Для постоянного хранения информации, необходимой во время работы с компьютером используются накопители на жестком диске – винчестеры. На них обычно хранятся программы и файлы операционной системы, различные пакеты программ, редакторы документов, компьютерные игры и многое другое. Также в состав системного блока могут входить: накопители (на лазерных дисках – CD-ROM; внутренний на магнитной ленте– стриммер); звуковая плата для воспроизведения различных звуковых эффектов; внутренний факс-модем; сетевые платы.
  

  Практически каждый компьютер имеет хотя бы один флоппи-дисковод для дискет, которые позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой. С дискет возможна загрузка операционной системы и различных программ.
  

  Для питания всех ходящих в системный блок устройств имеется мощный импульсный блок питания.
  

  Для того чтобы все электронные и механические устройства могли должным образом взаимодействовать между собой, они должны управляться специальными программами. Программы для внутреннего тестирования монитора (POST – процедура, Power-On-Self-Test), инициализации видеоадаптера и загрузки операционной системы с диска, а также программы выполнения базовых функций по управлению устройствами ввода-вывода хранятся на системной плате в специальной микросхеме – постоянном запоминающем устройстве.
  

  Совокупность этих микропрограмм называется.(BIOS или базовая система ввода-вывода). Для изменения и запоминания параметров конфигурации компьютера в BIOS есть специальная программа настройки конфигурации –SETUP. Сами параметры запоминаются в отдельной микросхеме CMOS-памяти, которая питается от специальной батарейки на системной плате.
  

  Для работы со многими современными программами практически обязательным является использование мыши или иного заменяющего ее устройства, т.е. указательные устройства, так как позволяют указывать на те или иные элементы на экране компьютера.
  

  Мышь – это манипулятор, представляющий небольшую коробочку с несколькими кнопками, легко уменьшающуюся в ладони. При перемещении мыши по поверхности на экране монитора соответственным образом передвигается указатель мыши (обычно– стрелка). Когда необходимо выполнить то или иное действие пользователь нажимает ту или иную кнопку мыши.
  Носситер Дж. Microsoft Exel 2002 –М.: Диалектика, 2003.Организация и использование корпоративных систем ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ WEB-САЙТОВ

  2014-05-25

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Функциональная организация персонального компьютера. Центральный процессор. Контролеры периферийных устройств. Структура и функции системной шины. Периферийные устройства (устройства ввода-вывода и т.д.). Принцип подключения периферийных устройств к системной шине

1.1 Состав и назначение основных элементов персонального компьютера

1.2 Внешние запоминающие устройства

1.3 Устройства ввода/вывода данных

1.4 Контроллеры периферийных устройств

1.5 Принципы подключения периферийных устройств

2. Модели решения функциональных и вычислительных задач. Классификация видов моделирования. Математические модели. Информационные модели. Понятие алгоритма и его свойства. Способы описания алгоритмов. Основные алгоритмические конструкции

2.1 Классификация моделей. Математические модели

2.2 Информационные модели

2.3 Понятие алгоритма и его свойства

2.4 Способы описания алгоритмов

2.5 Базовые управляющие структуры алгоритмов (основные алгоритмические конструкции)

Практическая часть

Литература

1. Функциональная организация персонального компьютера. Центральный процессор. Контролеры периферийных устройств. Структура и функции системной шины. Периферийные устройства (устройства ввода-вывода и т.д.). Принцип подключения периферийных устройств к системной шине

1.1 Состав и назначение основных элементов персонального компьютера

Центральный процессор

Центральный процессор (ЦП) - функционально-законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное на одной или нескольких СБИС. В современных ПК разных фирм применяются процессоры двух основных архитектур:

· Полная система команд переменной длины - Complex Instruction Set Computer (CISC);

· Сокращенный набор команд фиксированной длины - Reduced Instruction Set Computer (RISC).

Наиболее сложным функциональным устройством процессора является устройство управления выполнением команд. Оно содержит:

· Буфер команд , который хранит одну или несколько очередных команд программы; читает следующие команды из запоминающего устройства, пока выполняется очередная команда, уменьшая время ее выборки из памяти;

· Дешифратор команд расшифровывает код операции очередной команды и преобразует его в адрес начала микропрограммы, которая реализует исполнение команды;

· Управление выборкой очередной микрокоманды представляет собой небольшой процессор, работающий по принципу фон Неймана, имеет свой счетчик микрокоманд, который автоматически выбирает очередную микрокоманду из ПЗУ микрокоманд;

· Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микрокоманд - это запоминающее устройство, в которое информация записывается однократно и затем может только считываться; отличительной особенностью ПЗУ является то, что записанная в него информация сохраняется сколь угодно долго и не требует постоянного питающего напряжения.

Выборка очередной микрокоманды осуществляется через определенный интервал времени, который зависит от времени выполнения предыдущей микрокоманды. Частота, с которой осуществляется выборка микрокоманд, называется тактовой частотой процессора. Тактовая частота является важной характеристикой процессора, так как определяет скорость выполнения процессором команд, и, в конечном итоге, быстродействие процессора. компьютер процессор контролер

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации. Функционально АЛУ состоит из нескольких специальных регистров, полно разрядного сумматора и схем местного управления. В основе АЛУ лежит устройство, реализующее арифметическую операцию. Сложения двух целых чисел. Остальные арифметические операции реализуются с помощью представления чисел в специальном дополнительном коде. Сумматор АЛУ - это много разрядное устройство, каждый разряд которого представляет собой схему на логических элементах, выполняющих суммирование двух одноразрядных двоичных чисел с учетом переноса из предыдущего младшего разряда (полусумматор). Результатом является сумма входных величин и перенос в следующий старший разряд. Такое функциональное устройство называется одноразрядным, полным сумматором.

Регистры общего назначения (РОН) используются для временного хранения операндов исполняемой команды и результатов вычислений, а также хранят адреса ячеек памяти или портов ввода-вывода для команд, обращающихся к памяти и внешним устройствам. Если операнды хранятся в РОН, то время выполнения команды значительно сокращается.

Внутренние запоминающие устройства: оперативное запоминающее устройство, кэш-память, постоянное запоминающее устройство . Другим важным функциональным узлом компьютера является запоминающее устройство, или память. Память, в которой хранятся исполняемые программы и данные, называется оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), или RAM (Random Access Memory) - памятью со свободным доступом. ОЗУ позволяет записывать и считывать информацию из ячейки, обращаясь к ней по ее номеру или адресу. Ячейка памяти имеет стандартное число двоичных разрядов - один байт. Информация в ОЗУ сохраняется все время, пока на схемы памяти подается питание, т.е. она является энергозависимой.

Существует два вида ОЗУ, отличающиеся техническими характеристиками: динамическое ОЗУ, или DRAM (Dynamic RAM), и статическое ОЗУ, или SRAM (Static RAM). Быстродействие динамического ОЗУ на порядок ниже, чем статического. Обычно, в качестве оперативной или видеопамяти используется динамическое ОЗУ. Статическое ОЗУ используется в качестве небольшой буферной сверхбыстродействующей памяти. В кэш - память из динамической памяти заносятся команды и данные, которые процессор будет выполнять в данный момент.

Скорость работы ОЗУ ниже, чем быстродействие процессора, поэтому применяются различные методы для повышения ее производительности. Например, размещение в одном корпусе микросхемы СБИС нескольких модулей памяти с чередованием адресов.

Для уменьшения влияния времени обращения процессора к ОЗУ и увеличения производительности компьютера дополнительно устанавливается сверхбыстродействующая буферная память, выполненная на микросхемах статической памяти. Эта память называется кэш-памятью (от анг. Cache - запас). Время обращения к данным в кэш-памяти на порядок ниже, чем ОЗУ, и сравнимо со скоростью работы самого процессора. Современные процессоры имеют встроенную кэш-память, которая находится внутри процессора, кроме этого есть кэш-память и на системной плате. Чтобы их различать, она делится на уровни. На кристалле самого процессора находится кэш-память первого уровня, она имеет объем порядка 16-128 Кбайт и самую высокую скорость обмена данными. В корпусе процессора, но на отдельном кристалле находится кэш-память второго уровня, которая имеет объем порядка 256 Кбайт - 2 Мбайта. Кэш-память третьего уровня расположена на системной плате, ее объем может составлять 16 - 1000 Мбайт.

Использование процессом кэш-памяти увеличивает производительность процессора, особенно в тех случаях, когда происходит последовательное преобразование относительно небольшого числа данных, которые постоянно во время преобразования хранятся в кэш-памяти.

В одном адресном пространстве с ОЗУ находится специальная память, предназначенная для постоянного хранения таких программ, как тестирование и начальная загрузка компьютера, управление внешними устройствами. Она является энергонезависимой, т.е. сохраняет записанную информацию при отсутствии питания. Такая память называется постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) или ROM (Read Only Memory). Постоянные запоминающие устройство можно разделить по способу записи с них информации на следующие категории:

ПЗУ, программируемые однократно. Программируются при изготовлении и не позволяют изменять записанную в них информацию.

Перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ). Позволяют перепрограммировать их многократно. Изменение содержания ППЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флэш - технологией), так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами.

Внутренние шины

Общая шина , наряду с центральным процессором и запоминающим устройством, во многом определяет производительность работы компьютера, так как обеспечивает обмен информацией между функциональными узлами. Общая шина делится на три отдельные шины по типу передаваемой информации: шина адреса, шина данных, шина управления. Каждая шина характеризуется: шириной - числом параллельных проводников для передачи информации; тактовой частотой - частотой, на которой работает контроллер шины при формировании циклов передачи информации.

Шина адреса предназначена для передачи адреса ячейки памяти или порта ввода-вывода. Ширина шины адреса определяет максимальное количество ячеек, которое она может напрямую адресовать. Если ширина шины адреса n, то количество адресуемой памяти равно 2 n .

Шина данных предназначена для передачи команд и данных, и ее ширина во многом определяет информационную пропускную способность общей шины. В современных компьютерах ширина шины данных составляет 32 - 64.

Шина управления включает в себя все линии, которые обеспечивают работу общей шины. Ее ширина зависит от типа шины и определяется алгоритмом ее работы или протоколом работы шины. Протокол работы шины состоит из нескольких циклов и выполняется контроллером шины, расположенным внутри процессора, или отдельным контроллером шины.

Разработчики предлагают включать в состав компьютера дополнительные шины, связывающие напрямую центральный процессор и отдельные наиболее быстродействующие устройства. Такие шины получили название локальных шин. Локальные шины используются для подключения к процессору запоминающего устройства и видеоконтроллера.

Основные характеристики общих и локальных шин, применяемых в ПК фирмы IBM .

Общая шина PCI применяется в настольных компьютерах, в настоящее время используется модификация PCI 2/1/ Тактовая частота контроллера этой шины 66 МГц, ширина шины адреса - 32, а шины данных - 64 разряда. Пиковая пропускная способность шины 528 Мбайт/с.

Общая шина PCMCIA применяется в переносных компьютерах класса ноутбук и имеет параметры, сравнимые с параметрами шины PCI/

Локальная шина для подключения видеоконтроллера AGP позволяет организовать непосредственную связь видеоконтроллера и оперативного запоминающего устройства. Она ориентирована на массовую передачу видеоданных. Имеет конвейерную организацию выполнения операций чтения/записи, что позволяет избежать задержек при обращении к модулям памяти. За один такт работы может передать два, четыре или восемь блоков данных, в зависимости от установленного режима работы. При установке режима параллельной передачи восьми блоков обеспечивает пиковую скорость передачи 2112 Мбайт/с.

1.2 Внешние запоминающие устройства

В отличие от оперативного запоминающего устройства, внешние запоминающие устройства (ВЗУ) обладают большим объемом сохраняемой информации и являются энергонезависимыми. Наибольшее распространение получили дисковые ВЗУ, которые, в зависимости от типа носителя, можно разделить на магнитные, оптические и смешанные.

Магнитные диски используют магнитные материалы со специальными свойствами, позволяющими фиксировать два состояния. Информация на магнитные диски записывается и считывается магнитной головкой, которая перемещается радиально с фиксированным шагом, а сам диск при этом вращается вокруг своей оси. Головка считывает или записывает информацию, расположенную на концентрической окружности, которая называется дорожкой или треком . Каждая дорожка дополнительно разбивается на ряд участков - секторов. Сектор содержит минимальные блок информации, который может быть записан или считан с диска. Чтение и запись на диск осуществляется блоками, поэтому дисководы называют блочными устройствами.

Физическая структура диска определяется количеством дорожек и числом секторов на каждой дорожке. Она задается при форматировании диска, которое выполняется специальными программами и должна быть произведена перед первым использованием диска для записи информации.

Кроме физической структуры диска, говорят еще о логической структуре . Логическая структура определяется файловой системой, которая реализована на диске и зависит от операционной системы компьютера, на котором используется данный диск.

Накопители на оптических дисках

Оптический компакт-диск, который был предложен в 1982 г. фирмами Philips и Sony первоначально для записи звуковой информации, идеально подходил для записи цифровой информации больших объемов на сменном носителе. Объем информации, записанной на компакт-диске, составляет 600-700 Мбайт. К достоинствам можно отнести и его относительную дешевизну, высокую надежность и долговечность, нечувствительность к загрязнению и воздействию магнитных полей. В середине 90-х гг. появились устройства, устанавливаемые непосредственно на компьютере и позволяющие производить однократную запись информации на компакт-диск. Для таких устройств выпускают специальные компакт-диски, которые получили название CD- Recodable (CD-R).

Позднее появились компакт-диски с возможностью перезаписи - CD-ReWritable (CD-RW).

Дальнейшее развитие технологии производства компакт-дисков привело к созданию дисков с высокой плотностью записи - цифровой универсальный диск Digital Versatile Disk (DVD). Объем записываемой информации на диске достигает 4,7 Гбайт. Дальнейшее увеличение объема информации обеспечивается применением двусторонних DVD.

Флэш-память .

К недостаткам дисковой памяти можно отнести наличие механических движущихся компонентов, имеющих малую надежность, и большую потребляемую мощность при записи и считывании. Появление большого числа цифровых устройств (МР3-плееры, цифровые фото- и видеокамеры, карманные компьютеры) потребовало разработки миниатюрных устройств внешней памяти, обладающих малой энергоемкостью, значительной емкостью и обеспечивали бы совместимость с персональными компьютерами. Первые промышленные образцы такой памяти появились в 1994 г. и получили название флэш-память.

Флэш-память представляет собой микросхему перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ) с неограниченным числом циклов перезаписи. Конструктивно флэш-память выполняется в виде отдельного блока, содержащего микросхему флэш-памяти и контроллер, для подключения к одному из стандартных входов компьютера. Размеры этого блока 40 х 16 х 7 мм. Флэш-память, используемая в других цифровых устройствах, имеет иные размеры и конструктивное оформление. В настоящее время объем флэш-памяти достигает нескольких Гбайт, скорость записи и считывания составляют десятки Мбайт/с.

1.3 Устройства ввода/вывода данных

Видеотерминалы

Видеотерминалы предназначены для оперативного отображения текстовой и графической информации в целях визуального восприятия ее пользователей. Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера.

Для ПК используются мониторы следующих типов:

На основе электроннолучевой трубки (ЭЛТ);

На основе жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ, LCD - Liguid Crystal Display);

Плазменные мониторы (PDP - Plasma Display Panels);

Электролюминесцентные мониторы (FED - Field Emission Display);

Самоизлучающие мониторы (LEP - Light Emission Plastics).

Основные характеристики мониторов:

Размер экрана монитора - задается величиной диагонали в дюймах. Домашние ПК оснащаются мониторами с размерами 15 или 17 дюймов, а для профессиональной работы, требующей отображения мелких деталей, используются мониторы с размерами 21 и 22 дюйма.

Разрешающая способность - определяется числом пикселей (световых точек) по горизонтали и вертикали. Стандартные значения разрешающей способности современных мониторов следующие: 800 х 600, 1024 х 768, 1800 х 1440, 2048 х 1536 и др. Значение разрешающей способности определяет качество изображения на экране.

Рабочая частота кадровой развертки - определяет скорость смены кадров изображения. Она влияет на утомляемость глаз при продолжительной работе на компьютере. Чем выше частота кадровой развертки, тем меньше утомляемость глаз. Частота смены кадров во многом зависит от разрешающей способности экрана: чем выше разрешающая способность, тем меньше частота смены кадров. Например, при разрешении 800 х 600 максимальная частота смены кадров может составить 120 Гц, а при разрешении 1600 х 1200 - 67 Гц. На разрешающую способность монитора и качество изображения влияет объем видеопамяти . Современные видеоконтроллеры для хранения цвета каждого пикселя расходуют 4 байт памяти, для чего необходимо иметь объем видеопамяти от 32 до 128 Мбайт. Больший объем видеопамяти позволяет устанавливать более высокий режим разрешения и большее число цветов для каждого пикселя.

Мониторы на основе ЭЛТ используют электроннолучевые трубки, применяемые в обычный телевизионных приемниках, и устройство, формирующее на экране точки (пиксели). Для цветных мониторов цвет точки создается смещением тех основных цветов (красного, зеленого и синего) и зависит от интенсивности каждого электронного луча. Цветной монитор может отображать до 16 млн. оттенков в каждой точке.

Мониторы на жидкокристаллических индикаторах представляют собой плоские панели. Эти мониторы используют специальную, прозрачную жидкость, которая при определенных напряжениях электростатического поля кристаллизируется, при этом изменяется ее прозрачность и коэффициент преломления световых лучей. Эти эффекты используются для формирования изображения. Эти мониторы имеют лучшую яркость и предоставляют возможность смотреть на экран даже с отклонением до 45 о от вертикали.

В плазменных мониторах изображение формируется светом, выделяемым при газовом разряде в каждом пикселе экрана. Большими преимуществами таких мониторов являются высокая яркость и контрастность, отсутствие дрожания изображения, а также большой угол отклонения от нормали, при котором изображение сохраняет высокое качество. К недостаткам можно отнести недостаточную пока разрешающую способность и достаточно быстрое (пять лет при офисном использовании) ухудшение качества люминофора. Пока такие мониторы используют только для конференций и презентаций.

Электролюминесцентные мониторы состоят из двух пластин, с ортогонально нанесенными на них прозрачными проводниками. На одну из пластин нанесен слой люминофора, который начинает светится при подаче напряжения на проводники в точке их пересечения, образуя пиксель.

Самоизлучающие мониторы используют матрицу пикселей, построенную на основе полупроводникового материала, излучающего свет при подаче на него напряжения (светодиод). На сегодняшний день имеются монохромные самоизлучающие дисплеи с желтым свечением, но они уступают по сроку службы LCD мониторам. Достоинства таких мониторов заключаются в том, что они обеспечивают 180-градусный обзор, работают при низком напряжении питания и имеют малый вес.

Устройства ввода информации

Клавиатура. Клавиатурой называется устройство для ручного ввода информации в компьютер. Современные типы клавиатур различаются, в основном, принципом формирования сигнала при нажатии клавиши.

Среди современных типов клавиатур можно отметить беспроводную, в которой передача информации в компьютер происходит с помощью датчика инфракрасного излучения, аналогично пультам управления различной бытовой техники. Такая клавиатура позволяет работать в любом удобном для пользователя месте, не привязываясь к расположению системного блока. Можно также отметить гибкую резиновую клавиатуру, которая работает бесшумно, защищена от механических и химических разрушающих воздействий, очень тонкая и может быть свернута в виде цилиндра.

Клавиатурный процессор, который обрабатывает сигналы от клавиатуры, определяет номер клавиши, которая была нажата, так называемый скан-код, а сервисные программы операционной системы определяют, какой именно символ или команда были введены. Такой подход позволяет сопоставлять каждой клавише больше одного символа.

Манипулятор типа «мышь». В качестве дополнительных устройств для ручного ввода информации наиболее широко используются устройства графического ввода типа «мышь» и устройства для ввода информации в игровые программы - джойстики.

Манипулятор «мышь» представляет необходимое средство для работы с компьютером. Мышь представляет собой электронно-механическое устройство, внешний вид которой и принцип действия весьма разнообразны. Наиболее популярные типы мыши, применяемые в настольных компьютерах, имеют вид небольшой коробочки, сверху которой находятся две кнопки управления командами мыши и колесико скроллинга, применяемого для прокрутки информации в некоторых приложениях. На нижней части находится механическое или электронное устройство, отслеживающее перемещение мыши по поверхности. В портативных компьютерах мышь вмонтирована в его корпус и представляет собой площадку с сенсорами, которые отслеживают движение пальца по площадке и силу его давления и перемещают курсор по экрану или, при более сильном нажатие, выполняют команду. Такие устройства получили название трекпоинты или трекпады. Выпускаются мыши, передающие информацию в компьютер по инфракрасному каналу. У таких мышей отсутствует «хвостик», связывающий ее с компьютером, из-за которого она и получила свое имя.

Джойстик. Манипулятор типаявляется основным устройство для управления многочисленными компьютерными играми. Простейший джойстик представляет собой основание с укрепленной на нем рукояткой, на которой размещены четыре кнопки и двухпозиционный курок. Функции всех кнопок и положения рукоятки программируются и для разных игр могут иметь разные действия. Джойстики обеспечивают больший контроль над игрой и значительно полнее передают реальную игровую ситуацию. Для подключения джойстика используется стандартный вход, размещаемый обычно на разъеме звуковой карты, или другой стандартный вход компьютера.

Устройства печати

Существует несколько типов устройств, обеспечивающих получение твердой копии электронного документа на бумаге или другой материале. Наиболее распространены два типа таких устройств: принтеры и плоттеры.

Печатающие устройства (принтеры) предназначены для вывода информации на бумагу. Все принтеры могут выводить текстовую информацию, многие из них могут выводить также рисунки и графики, а некоторые принтеры могут выводить и цветные изображения. Существует несколько тысяч моделей принтеров, которые могут использоваться с IBM PC. Как правило, применяются принтеры следующих типов: матричные, струйные и лазерные, однако встречаются и другие (светодиодные, термопринтеры и т.д.).

Основной характеристикой принтера, определяющей качество бумажного документа, является разрешающая способность, измеряющаяся числом элементарных точек, которые помещаются на одном дюйме. Чем выше разрешающая способность, тем точнее воспроизводятся детали изображения. Современные принтеры обеспечивают разрешение от 200 до 2880 dpi.

Еще одной важной характеристикой является производительность принтера, которая измеряется количеством страниц, изготовляемых принтером в минуту. Обычно производительность указывается для страниц формата А4.

Плоттеры . Плоттеры, или графопостроители, используются, в основном, для вывода графической информации - чертежи, схемы диаграммы и т.п. Основное достоинство заключается в том, что они предназначены для получения изображения на бумаге большого формата, например, А1.

Плоттеры делятся два больших класса: векторные и растровые. В векторных плоттерах пишущих узел перемещается относительно бумаги сразу по вертикали и горизонтали, вычерчивая на бумаге непрерывные кривые в любом направлении. В растровых - пишущий узел перемещается относительно бумаги только в одном направлении. Изображение формируется строка за строкой из последовательности точек.

Векторные плоттеры используют для рисования узел, который называется пером. В качестве пера, используются перья с чернилами, фибровые и пластиковые стержни (фломастеры), карандашные грифели и мелки или шариковые узлы однократного и многократного действия. Перьевые плоттеры обеспечивают высокое качество изображений, но имеют невысокую скорость работы. Постепенно перьевые и шариковые узлы плоттеров вытесняются струйными узлами, аналогичными узлам струйных принтеров.

Растровые плоттеры могут иметь струйный или лазерный пишущий узел. Их основное отличие от принтеров с подобным принципом работы в ширине обрабатываемого изображения.

Сканеры.

Сканеры являются наиболее распространенными устройства для решения задачи перевода бумажных документов в электронные копии. Их можно классифицировать по целому ряду признаков. Прежде всего, сканеры бывают черно-белые и цветные.

Важной характеристикой сканеров является разрешающая способность, измеряющаяся количеством различаемых точек на дюйм изображения, и составляет от 75 до 1600 dpi. Для нормального распознавания образов, в частности, текстов, вполне достаточно 300-600 dpi. Разрешение необходимо выбирать индивидуально для каждого конкретного использования сканируемого изображения.

Увеличение разрешения резко увеличивает размер файла.

Конструктивно сканеры делятся на три типа: ручные, планшетные и роликовые.

1.4 Контроллеры периферийных устройств

Для управления работой устройств в компьютерах используются электронные схемы - контроллеры .

Контроллер -- это электронное устройство, предназначенное для подключения к магистрали компьютера разных по принципу действия, интерфейсу и конструктивному исполнению периферийных устройств.

К термину "контроллер" очень близок по смыслу другой термин -- "адаптер". Назначение обоих одинаково, но контроллер несколько сложнее: "подразумевается его некоторая активность -- способность к самостоятельным действиям после получения команд от обслуживающей его программы. Сложный контроллер может иметь в своем составе и собственный процессор"". На уровне рядового пользователя данные понятия практически неразличимы и могут считаться синонимами.

Еще одним похожим устройством является сопроцессор. Сопроцессоры "помогают" основному (центральному) процессору, который исполняет программу, реализовывать сложные специфические функции. Примером может служить графический сопроцессор, выполняющий геометрические построения и обработку графических изображений, -- его вполне можно считать графическим контроллером. Несколько особняком стоит математический сопроцессор, который выполняет свои функции "в одиночку", не управляя никакими внешними устройствами.

Все перечисленные выше устройства служат для уменьшения нагрузки на центральный процессор и повышают общую производительность системы. Значение контроллеров состоит в том, что они освобождают процессор от наиболее медленных функций ввода/вывода информации. Идеи применения специализированных интеллектуальных схем для разгрузки центрального процессора были наложены еще в третьем поколении ЭВМ в больших машинах коллективного пользования IBM-36O (в СССР данное семейство машин известно в качестве "аналога" под именем ЕС ЭВМ). В четвертом поколении возникла технологическая возможность собирать схемы управления в едином кристалле, и появились микроконтроллеры.

В состав контроллера, как правило, входят: собственный микропроцессор, ОЗУ, ПЗУ, регистры внешних устройств (через них контроллер взаимодействует с центральным процессором), буферные (согласующие) схемы. В определенном смысле сложный контроллер является упрощенной специализированной ЭВМ.

Для работы ПК, необходимо чтобы в его ОЗУ находилась программа и данные. Попадают они в ОП из различных устройств - клавиатуры, дисков и т.д. Обычно эти устройства называются внешними, хотя некоторые из них находятся внутри системного блока. Результаты выполнения программ также выводятся на внешние устройства - монитор, диски, принтер. Таким образом для работы ПК необходим обмен информацией между ОП и внешними устройствами. Такой обмен называется вводом / выводом. Для этого существуют два звена.

1. Для каждого внешнего устройства в ПК имеется электронная схема которая им управляет. Эта схема называется контроллером или адаптером.

2. Все контроллеры взаимодействуют с МП и ОЗУ через системную магистраль передачи данных, которую называют шиной. Все компоненты ПК подключаются к шине при помощи разъемов расширения системы - слотов.

1.5 Принципы подключения периферийных устройств

Все периферийные устройства подключаются только к системному блоку. Для работы конкретного устройства в составе конкретного комплекта ПЭВМ необходимо иметь:

1. Контроллер (адаптер) - специальную плату, управляющую работой конкретного периферийного устройства. Например, контроллер клавиатуры, мыши, адаптер монитора, портов и т.п.

2. Драйвер - специальное программное обеспечение, управляющее работой конкретного периферийного устройства. Например, драйвер клавиатуры, драйвер принтера и т.п.

Различные устройства используют разные способы подключения к контроллерам:

· некоторые устройства (дисковод для дискет, клавиатура и т. д.) подключаются к имеющимся в составе компьютера стандартным контроллерам (интегрированным или встроенным в материнскую плату);

· некоторые устройства (звуковые карты, многие факс-модемы и т. д.) выполнены как электронные платы, т. е. смонтированы на одной плате со своим контроллером;

· некоторые устройства используют следующий способ подключения: в системный блок компьютера вставляется электронная плата (контроллер), управляющая работой устройства, а само устройство подсоединяется к этой плате кабелем;

· на сегодняшний день большинство внешних устройств подключаются к компьютеру через USB-порт.

Платы контроллеров вставляются в специальные разъемы (слоты) на материнской плате компьютера.

С помощью добавления и замены плат контроллеров пользователь может модифицировать компьютер, расширяя его возможности и настраивая его по своим потребностям. Например, пользователь может добавить в компьютер факс-модем, звуковую карту, плату приема телепередач и т. д.

Одним из видов контроллеров, которые присутствуют почти в каждом компьютере, является контроллер портов ввода-вывода. Часто этот контроллер интегрирован в состав материнской платы. Контроллер портов ввода-вывода соединяется кабелями с разъемами на задней стенке компьютера, через которые к компьютеру подключаются принтер, мышь и некоторые другие устройства.

Кроме контроллеров портов ввода-вывода в системном блоке присутствуют разъемы шины USB - универсальной последовательной шины, к которой можно подключить клавиатуру, мышь, принтер, модем, дисковод компакт-дисков, сканер и т. д. Основное требование возможность подключения к данной шине устройства. Особенность шины USB - возможность подключения к ней устройств во время работы компьютера (не выключая его).

В отличие от внутренних компонентов, для установки периферийных устройств не нужно открывать корпус.

2. Модели решения функциональных и вычислительных задач. Классификация видов моделирования. Математические модели. Информационные модели. Понятие алгоритма и его свойства. Способы описания алгоритмов. Основные алгоритмические конструкции

2.1 Классификация моделей. Математические модели

В зависимости от характера изучаемых процессов в системе и цели моделирования существует множество типов моделей и способов их классификации, например, по цели использования, наличию случайных воздействий, отношению ко времени, возможности реализации, области применения и др. (табл.).

Классификация видов моделей

По способу отражения свойств объекта (по возможности реализации) модели классифицируются на предметные (реальные, материальные) и абстрактные (мысленные, информационные - в широком смысле). В узком смысле под информационными понимаются абстрактные модели, реализующие информационные процессы (возникновение, передачу, обработку и использование информации) на компьютере.

Предметные модели представлены реальными объектами, воспроизводящими геометрические, физические и другие свойства моделируемых систем в материальной форме (глобус, манекен, макет, муляж, каркас и др.).

Реальные модели делят на натурные (проведение исследования на реальном объекте и последующая обработка результатов эксперимента с применением теории подобия) и физические (проведение исследования на установках с аналогичными изучаемому процессами, которые сохраняют природу явления и обладают физическим подобием).

Абстрактные модели позволяют представлять системы, которые трудно или невозможно моделировать реально, в образной или знаковой форме. Образные или наглядные модели (рисунки, фотографии) представляют собой наглядные зрительные образы, зафиксированные на материальном носителе информации (бумага, плёнка).

Знаковые или символьные модели представляют основные свойства и отношения моделируемого объекта с использованием различных языков (знаковых систем), например, географические карты. Вербальные модели - текстовые - используют для описания объектов средства естественного языка. Например, правила дорожного движения, инструкция к прибору.

Математические модели - широкий класс знаковых моделей, использующих математические методы представления (формулы, зависимости) и получения исследуемых характеристик реального объекта.

Назовём некоторые разновидности математических моделей:

Дескриптивные (описательные) - констатируют фактическое положение дел, без возможности влияния на моделируемый объект.

Оптимизационные - дают возможность подбирать управляющие параметры. Игровые - изучают методы принятия решений в условиях неполной информации.

Имитационные - подражают реальному процессу.

По цели использования модели классифицируются на научный эксперимент , в котором осуществляется исследование модели с применением различных средств получения данных об объекте, возможности влияния на ход процесса с целью получения новых данных об объекте или явлении; комплексные испытания и производственный эксперимент , использующие натурное испытание физического объекта для получения высокой достоверности о его характеристиках; оптимизационные , связанные с нахождением оптимальных показателей системы (например, нахождение минимальных затрат или определение максимальной прибыли).

По наличию случайных воздействий на систему модели делятся на детерминированные (в системах отсутствуют случайные воздействия) и стохастические (в системах присутствуют вероятностные воздействия). Эти же модели некоторые авторы классифицируют по способу оценки параметров системы: в детерминированных системах параметры модели оцениваются одним показателем для конкретных значений их исходных данных; в стохастических системах наличие вероятностных характеристик исходных данных позволяет оценивать параметры системы несколькими показателями.

По отношению ко времени модели разделяют на статические , описывающие систему в определённый момент времени, и динамические , рассматривающие поведение системы во времени. В свою очередь, динамические модели подразделяют на дискретные , в которых все события происходят по интервалам времени, и непрерывные , где все события происходят непрерывно во времени.

По области применения модели подразделяют на универсальные , предназначенные для использования многими системами, и специализированные , созданные для исследования конкретной системы.

2.2 Информационные модели

Информационные модели во многих случаях опираются на математические модели, так как при решении задач математическая модель исследуемого объекта, процесса или явления неизбежно преобразуется в информационную для её реализации на компьютере. Определим основные понятия информационной модели.

Информационным объектом называется описание реального объекта, процесса или явления в виде совокупности его характеристик (информационных элементов), называемых реквизитами . Информационный объект определённой структуры (реквизитного состава) образует тип (класс), которому присваивают уникальное имя . Информационный объект с конкретными характеристиками называют экземпляром . Каждый экземпляр идентифицируется заданием ключевого реквизита (ключа). Одни и те же реквизиты в различных информационных объектах могут быть как ключевыми, так и описательными. Информационный объект может иметь несколько ключей.

2.3 Понятие алгоритма и его свойства

«Алгоритм» является базовым основополагающим понятием информатики, а алгоритмизация и программирование - основным разделом курса информатики (ядром курса). Понятие алгоритма, как и понятие информации, даётся множеством самых разнообразных определений - от «наивно-интуитивных» («алгоритм - это план решения задачи») до «строго формализованных» (нормальные алгоритмы Маркова). Понятие алгоритма, являющееся фундаментальным в математике и информатике, возникло задолго до появления средств вычислительной техники.

Термин «алгоритм (алгорифм)» появился в Средние века, когда европейцы знакомились со способами выполнения арифметических действий в десятичной системе счисления по книге узбекского математика Абу Джафара Муххамада ибн Мусы аль-Хорезми (783-850 г.) «Арифметика индусскими цифрами», получившей широкую известность. Слово «алгоритм» есть результат европейского произношения слов «аль-Хорезми» («аль-Хорезми» - человек из города Хорезми; в настоящее время город Хива в Хорезмской области Узбекистана).

Единого определения понятия алгоритма нет. Первоначально под алгоритмом понимали способ выполнения арифметических действий над десятичными числами. В дальнейшем алгоритмом стали называть точное предписание, определяющее порядок действий, обеспечивающий получение требуемого результата из исходных данных за конечное число шагов.

Алгоритм (по Д. Э. Кнуту) - это конечный набор правил, который определяет последовательность операций для решения конкретного множества задач и обладает пятью важными чертами: конечность, определённость, ввод, вывод, эффективность.

Алгоритм (по А. Н. Колмогорову) - это система вычислений, выполняемых по строго определённым правилам, которая после какого-либо числа шагов заведомо приводит к решению поставленной задачи.

Алгоритм (по А. А. Маркову) - это точное предписание, определяющее вычислительный процесс, идущий от варьируемых исходных данных к искомому результату.

Алгоритм может быть предназначен для выполнения его человеком или автоматическим устройством.

Применительно к ЭВМ алгоритм определяет вычислительный процесс, начинающийся с обработки некоторой совокупности возможных исходных данных и направленный на получение определенных этими исходными данными результатов. Термин «вычислительный процесс» распространяется и на обработку других видов информации, например, символьной, графической или звуковой.

Алгоритм должен обладать следующими свойствами:

? дискретностью;

? массовостью;

? определённостью;

? результативностью;

? формальностью.

Дискретность (разрывность, раздельность). Каждый алгоритм состоит из отдельных законченных действий, т.е. делится на шаги.

Массовость - применимость алгоритма ко всем задачам некоторого класса, различающимся только исходными данными. При этом исходные данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью применимости алгоритма.

Определённость (детерминированность, точность) - свойство алгоритма, указывающее на то, что каждый шаг алгоритма должен быть строго определён и не должен допускать произвола в толковании. Также строго должен быть определён порядок выполнения отдельных шагов. Благодаря этому свойству многократное выполнение алгоритма при одних и тех же исходных данных даёт один и тот же результат.

Результативность (конечность) - свойство, состоящее в том, что любой алгоритм должен приводить к правильному решению задачи за конечное (может быть очень большое) число шагов, либо подавать сигнал о том, что данный алгоритм неприменим для решения поставленной задачи.

Формальность - это свойство указывает на то, что любой исполнитель, незнакомый с содержанием алгоритма, но способный воспринимать и выполнять инструкции алгоритма, действуя формально, т.е. отвлекаясь от содержания поставленной задачи и лишь строго выполняя инструкции, получает необходимый результат. Думать о том, какие действия и в какой последовательности нужно выполнить, должен разработчик алгоритма, а исполнитель формально (не думая, механически) поочерёдно исполняет предложенные команды и получает необходимый результат.

2.4 Способы описания алгоритмов

В настоящее время используются следующие способы описания алгоритмов:

Словесно-формульное описание алгоритма;

Псевдокод;

Табличный способ;

Языки программирования (программа);

Графический способ (блок-схема).

Словесно-формульное описание алгоритма представляет структуру алгоритма и содержание выполняемых действий средствами естественного языка. Достоинства этого способа: общедоступность, возможность описывать алгоритм с любой степенью детализации. Недостаток этого способа - многословность, низкая наглядность, громоздкость, возможна неоднозначность толкования.

Псевдокод - описание структуры алгоритма на естественном, частично формализованном языке, позволяющее выявить основные этапы решения задачи перед точной его записью на языке программирования. В псевдокоде используются некоторые формальные конструкции и общепринятая математическая символика. Строгих синтаксических правил для записи псевдокода не существует. Это облегчает запись алгоритма при проектировании и позволяет описать алгоритм, используя любой набор команд. Однако в псевдокоде обычно используются некоторые конструкции, присущие формальным языкам, что облегчает переход от псевдокода к записи алгоритма на языке программирования. Единого или формального определения псевдокода не существует, поэтому возможны различные псевдокоды, отличающиеся набором используемых слов и конструкций.

Графический способ представления алгоритмов (блок-схема) - имеет ряд преимуществ благодаря визуальности и явному отображению процесса решения задачи. Алгоритмы, представленные графическими средствами, получили название визуальные алгоритмы.

При проектировании визуальных алгоритмов используют специальные графические символы.Результатом алгоритмизации решения задачи является блок-схема алгоритма, состоящая из некоторой последовательности графических блоков, связанных по управлению линиями (направлениями потока) со стрелками. В блоках записывается последовательность действий. Блоки могут нумероваться. Порядковые номера проставляются слева в верхней части символов. В пределах одной схемы рекомендуется изображать блоки одинаковых размеров. Для визуального представления алгоритмов обычно используют символы в соответствии с ГОСТ 19.701-90 «Единая система программной документации. Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения»

Общими правилами при проектировании схем являются следующие правила:

1. Каждая схема должна начинаться и заканчиваться символами, обозначающими начало и окончание алгоритма. В алгоритме должен быть только один символ начала и один символ окончания.

2. В начале алгоритма должны быть символы ввода значений входных данных.

3. После ввода значений входных данных могут следовать символы обработки и символы условия.

4. В конце алгоритма должны располагаться символы вывода значений выходных данных.

Описания алгоритма в словесной форме, на псевдокоде или в виде блок-схемы допускают некоторую произвольность при изображении команд. Вместе с тем, любая из этих форм позволяет человеку понять суть дела и исполнить алгоритм. На практике исполнителями алгоритмов выступают компьютеры. Поэтому алгоритм, предназначенный для исполнения на компьютере, должен быть записан на «понятном» ему языке, такой формализованный язык называют языком программирования . Алгоритм, записанный на языке программирования, называется программой . В этом случае алгоритм представляется в виде последовательности операторов языка программирования.

2.5 Базовые управляющие структуры алгоритмов (основные алгоритмические конструкции)

Метод структурной алгоритмизации. Этот метод основан на визуальном представлении алгоритма в виде последовательности управляющих структурных элементов? управляющих структур. Принцип структурной алгоритмизации заключается в том, что логическая структура любой программы может быть выражена комбинацией из следующих базовых структур:

1) Композиция (следование);

2) Альтернатива (ветвление);

3) Итерация (цикл).

Структурная блок-схема ? композиция из базовых алгоритмических структур.

Альтернатива, или ветвление - это конструкция ветвления, имеющая предикатную вершину.

Итерация, или циклы - это циклическая конструкция алгоритма, состоящая из композиции и альтернативы.

Алгоритмическая структура (базовая управляющая структура) «Итерация, или цикл» может быть представлена в двух формах: с предусловием и с постусловием.

А лгоритмы линейной структуры -линейные алгоритмы предполагают последовательное выполнение действий в порядке, заданном схемой, без их повторения или пропуска некоторых действий. Алгоритм линейной структуры изображается линейной последовательностью связанных друг с другом блоков. Такой порядок выполнения действий называется естественным. Поэтому в схемах алгоритмов линейной структуры нет блока «Решение».

Алгоритмы ветвящейся структуры - в отличие от линейных алгоритмов, в которых команды выполняются последовательно одна за другой, в разветвляющиеся алгоритмы входит условие, в зависимости от выполнения или невыполнения которого выполняется та или иная последовательность операций, групп операций или базовая управляющая структура. Каждая такая последовательность действий называется ветвью алгоритма.

Таким образом, алгоритм ветвящейся структуры содержит только структуры «Следование» и «Ветвление»

Алгоритмы циклической структуры являются наиболее распространённым видом алгоритмов. В алгоритмах циклической структуры в зависимости от выполнения или невыполнения какого-либо условия выполняется повторяющаяся последовательность действий, называющаяся телом цик ла .

Практическая часть

Задание 1

Переведите число из одной системы счисления в другую:

462 > римскую с. сч.

Решение: 462=400+60+2=(D-C)+(L+X)+(I+I)=CDLXII

Ответ: CDLXII

Задание 2

Составьте таблицы истинности логических выражений:

Решение:

1. В данной функции две логические переменные: ¬А, В

2. Строк в таблице: 2 2 =4+1=5

3. Расставляем порядок действий: 1) ¬А; 2) ¬В: 3) (¬А /\ В); 4) (А/\¬В);

5) (¬А /\ В) \/(А/\¬В)

Задание 3

На схеме нарисованы дороги между населенными пунктами A, B, C, D, E, F и указаны протяжённости дорог. (Отсутствие числа в таблице означает, что прямой дороги между пунктами нет). Определите длину кратчайшего пути между пунктами A и F(при условии, что передвигаться можно только по указанным на схеме дорогам).

Задание 4

В таблице приведены запросы к поисковому серверу. Расположите обозначения запросов в порядке возрастания количества страниц, которые найдет поисковый сервер по каждому запросу.

Для обозначения логической операции «ИЛИ» в запросе используется символ «|», а для логической операции «И» - «&». Укажите минимальное количество страниц (в тысячах) найденное по запросу.

Ответ: В;Б:А;Г, количество страниц 99тыс.

Задание 5

Вычислите результат работы следующей программы. Текст программы приведен на трёх языках программирования

Задание 6

В таблице Dat хранятся положительные или отрицательные целые числа. Определите, что будет напечатано в результате выполнения следующего алгоритма, записанного на трёх языках.

Литература

1. Информатика: Учебник. / Б.В. Соболь, А.Б. Галин, Ю.В. Панов и др. - 5-е изд. - Ростов н/Д: Феникс, 2010. - 446 с.

2. Информатика. Базовый курс: учеб. пособия для втузов / ред. С. В. Симонович. - 3-е изд. - СПб.: Питер, 2013. - 638 с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Состав и обоснование выбора компонентов персонального компьютера (процессора, материнской платы, комплектующих и периферийных устройств), требования к ним и характеристики. Структурная схема компьютера, его программное обеспечение и расчёт стоимости.

контрольная работа , добавлен 12.02.2015


Компоновка частей компьютера и связь между ними. Понятие архитектуры персонального компьютера, принципы фон Неймана. Назначение, функции базовых программных средств, исполняемая программа. Виды, назначение, функции, специфика периферийных устройств.

контрольная работа , добавлен 23.09.2009


Конфигурирование персонального компьютера для Вооруженных сил Российской Федерации и обоснование выбора комплектующих для него. Анализ характеристик комплектующих: процессора, материнской платы, видеокарты, жесткого диска и периферийных устройств.

курсовая работа , добавлен 16.07.2013


Понятие архитектуры персонального компьютера, компоновка частей компьютера и связи между ними. Составляющие системного блока ПК. Функции центрального процессора, системной платы, оперативного запоминающего устройства, видеокарты и жесткого диска.

реферат , добавлен 28.01.2014


Архитектура персонального компьютера, функциональные и технические характеристики его устройств. Компоненты материнской платы, строение процессора, виды памяти. Принципы работы процессора и обращение к данным. Пути развития персонального компьютера.

курсовая работа , добавлен 11.02.2011


Архитектура современного персонального компьютера. Виды и характеристики центральных и внешних устройств ЭВМ. Структурная и функциональная схемы персонального компьютера. Устройства для ввода информации в системный блок и для отображения информации.

курсовая работа , добавлен 18.01.2012


Структура персонального компьютера. Общие сведения о периферийных устройствах компьютера. Работа с дисковыми накопителями для хранения информации на гибких и жестких магнитных дисках. Устройства для чтения компакт-дисков. Варианты конструкции мыши.

реферат , добавлен 10.01.2016


Сущность глобальной компьютеризации и ее распространенность на современном этапе. Основные характеристики персонального компьютера и требования к нему, главные критерии выбора и оценка ассортимента. Порядок выбора конфигурации персонального компьютера.

реферат , добавлен 31.10.2010


Виды систем охлаждения (СО) для персонального компьютера (ПК). Основные характеристики типовых СО, меры предупреждения неполадок. Организация воздушных потоков в корпусе ПК. Обзор и тестирование СО для процессора, основные методы тестирования.

курсовая работа , добавлен 19.06.2011


Принципиальная схема устройства современного персонального компьютера. Краткая характеристика основных составляющих ПК: процессора, модулей оперативной (внутренней) и долговременной (внешней) памяти, устройств ввода и вывода информации для пользователя.

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ФИНАНСОВО - ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Курсовая работа

по дисциплине «Информатика»

на тему: «Функциональная и структурная организация компьютера»

Пенза 2005

Введение

Один из важнейших факторов научно-технического прогресса - широкая автоматизация и компьютеризация производства. Почти каждое предприятие или учреждение обслуживается вычислительным центром, оснащенным компьютерами.

В связи с этим очень важно сделать правильный выбор при покупке персонального компьютера (ПК). Обоснованный выбор ПК - одна из проблем всех пользователей компьютеров. Путей ее решения несколько:

привлечение независимых специалистов - экспертов;

использование собственных знаний, приобретенного опыта, интуиции;

учет сведений, приобретенных в литературе научного и рекламного характера.

Поэтому в качестве теоретической части данной курсовой работы выбрана весьма актуальная, на мой взгляд, тема «Функциональная и структурная организация компьютера».

Теоретическая часть данной работы состоит из следующих пунктов:

Введение; 2.Структурная организация ПК; 3.Функциональная организация ПК; 4.Заключение.

В практической части работы при оформлении отчета о реализации решения экономической задачи на ПК следует руководствоваться ниже приведенным планом: 1. Общая характеристика задачи; 2. Выбор пакета прикладных программ (ППП); 3. Проектирование форм выходных данных и графическое представление данных по выбранной задаче; 4. Результаты выполнения контрольного примера; 5. Инструкция пользователя.

Для выполнения и оформления работы использовались следующие ППП: Microsoft Word, Access, Excel.

Данная работа выполнена на ПК с микропроцессором AMD Athlon XP 1500+, объемом оперативной памяти DDR 512 Мбайт.

1. Теоретическая часть

.1 Структурная организация ПК

Персональный компьютер содержит множество электронных элементов, которые объединяются в более крупные компоненты, - модули, узлы, цепи, схемы, блоки и так далее. Если из всего этого разнообразия электронных компонентов изъять хотя бы один, то вся информационно-вычислительная компьютерная система перестанет работать.

ПК представляет собой универсальную микропроцессорную систему, которая может применяться как в автономном режиме, так и в сетях и удовлетворяет требованиям универсальности применения.

Имеется большое количество моделей ПК. Их делят на 2 группы:

а) компьютеры IBM - совместимые;

б) компьютеры фирмы Apple .

Сердцем компьютера является микропроцессор (МП) - центральный блок компьютера, предназначенный для управления работой всех остальных блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над данными. МП представляет собой функционально законченное программно-управляемое устройство обработки информации. Он выполнен в виде одной или нескольких больших или сверхбольших интегральных схем. В состав МП входят:

устройство управления - управляет работой всех блоков машины;

арифметико-логическое устройство - выполняются все арифметические и логические операции над данными;

микропроцессорная память - предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, которая непосредственно применяется в вычислениях в ближайших тактах работы машины;

интерфейсная система микропроцессора - обеспечивает соединение и связь с другими устройствами компьютера. Интерфейс - совокупность средств соединения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие.

1.2 Блок-схема IBM-совместимых компьютеров

Рис. 1 - Блок-схема IBM-совместимых компьютеров

Для удобства большинство элементов IBM PC заключены в один корпус (системный блок) с единым источником питания 1. На тыльной стороне системного блока расположены порты ввода-вывода 2 для подключения периферийных устройств. К системному блоку подключены выполненные независимо клавиатура I, монитор II, устройства, подключаемые через порты ввода-вывода III - принтер, мышь и др., а также другая периферия, набор которой определяет пользователь IV.

Внутри системного блока размещена системная («материнская») плата, в которой находятся основные логические устройства IBM PC:

микропроцессор 3 выполняет обработку информации и вычисления;

математический сопроцессор 4 предназначен для решения задач с интенсивными математическими вычислениями;

оперативная память 5 предназначена для сохранения текущей информации;

кэш-память и ее контроллер, 6 представляют собой разновидность оперативной памяти повышенного быстродействия;

системная шина 7 обеспечивает взаимодействие элементов системной платы с остальными устройствами компьютера;

базовая система ввода-вывода BIOS (Basic Input/Output System) 8 координирует взаимодействия элементов системной платы с другими устройствами. Операционная система и другие прикладные программы вместе с модулями аппаратных средств могут взаимодействовать с различными устройствами компьютера (клавиатурой, дисплеем, принтером и т.д.);

контроллер клавиатуры 9 размещен на системной плате по технологическим причинам.

Кроме этого, на некоторых системных платах могут размещаться: видеоконтроллер с видеопамятью и видео-BIOS 10, мультиконтроллер ввода-вывода 11, включающий в себя интерфейс твердого диска, контроллеры дисководов и порты ввода-вывода. Однако чаще эти устройства выполнены в виде отдельных плат и подключаются к материнской плате через системную шину. Внутри системного блока также размещены дисководы 12 и твердые диски 13. Перечисленные компоненты являются минимальным набором устройств, входящих в IBM PC. Благодаря принципу открытой архитектуры он может быть модернизирован и расширен.

Современные МП способны выполнять больше одной элементарной операции за один элементарный такт. Такой рост быстродействия значительно расширил класс решаемых задач на ПК.

Системная шина. Процессор и оперативная память соединяются с периферийными устройствами не напрямую, а через буфер - основную интерфейсную системную магистраль передачи данных (системную шину). Она обеспечивает соединение и связь между собой всех устройств компьютера в единую систему. Через нее происходит передача адресов памяти, передача данных и передача управляющих сигналов.

Системная шина (bus) включает в себя:

Кодовую шину данных - для параллельной передачи всех разрядов операнда (машинного слова);

Кодовую шину адреса - для передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

Кодовую шину инструкций - для передачи управляемых сигналов во все блоки машины;

Шину питания - для подключения блоков компьютера к системе энергопитания.

Системная шина обеспечивает передачу информации между: а) микропроцессором и оперативной памятью; б) микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств; в) оперативной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств.

Основная память делится на оперативную и постоянную.

Оперативная память (operating storage) предназначена для оперативной записи, кратковременного хранения и считывания программ и обрабатываемых данных, которые непосредственно участвуют в информационно-вычислительном процессе в текущее время. Информация в оперативной памяти разрушается после выключения питания компьютера.

Постоянная память (permanent storage) предназначена для хранения постоянной (неизменяемой) информации (программной и справочной). Записанная информация хранится постоянно и не уничтожается после отключения питания компьютера.

Внешние устройства ПК

Внешняя память (external storage) предназначена для долговременного хранения любой информации, которая когда-либо может понадобиться для решения задач, получения справок и т.д.

Носители информации - это физические материальные объекты, способные хранить информацию: магнитные диски, которые подразделяются на магнитные, оптические и смешанные.

Диски - это носители информации с прямым доступом: где бы в данный момент ни находилась головка записи/чтения накопителя, компьютер может непосредственно обратиться к нужной дорожке, на которой начинается искомая информация, или к той дорожке, куда нужно записать новую информацию. Устройство для записи и считывания информации на магнитном диске называется дисководом.

Клавиатура (keyboard) - главное устройство для ввода информации (данных, команд и управляющих воздействий в компьютере).

Дисплей (display) - устройство для отображения вводимой и выводимой информации в компьютере.

К базовому составу персонального компьютера можно подключать и другие устройства: джойстик (joystick) - координатная рукоятка для ручного управления движением курсора (объектом) на экране дисплея для компьютерных игр; сканер (skanner) - устройство ввода информации в компьютер непосредственно с бумажного документа путем ее считывания; модем (modem) - устройство связи для передачи информации с компьютера по обычным телефонным линиям; факс-модем - устройство для объединения возможностей модема и средств для обмена факсимильными отображениями с другими факс-модемами и телефаксами; плоттер (plotter) - устройство для вывода с персонального компьютера на бумажный носитель графической информации (построение диаграмм или других отображений, рисование линий, чертежей, рисунков); адаптер сетевой - техническое устройство для соединения компьютера с каналами связи в сети (для обмена информацией с другими компьютерами и для работы в сети); трекбол (trackball) - манипулятор в форме шара на подставке, заменяет мышь в портативных компьютерах; стример (strimer) - лентопротяжный механизм для картриджей магнитной ленты; ризограф - множительный аппарат. Работает и как принтер, и как сканер. Он разработан в 1980 г. в Японии. Относится к копировально-множительной технике.

2. Функциональная организация ПК

Основными характеристиками ПК являются:

) быстродействие, производительность, тактовая частота. Оценка производительности ПК всегда приблизительная, так как при этом ориентируются на некоторые усредненные или, наоборот, на конкретные виды операций. Реально при решении различных задач используются и различные наборы операций. Поэтому для характеристики ПК вместо производительности обычно указывают тактовую частоту, более объективно определяющую быстродействие машины.

) разрядность машины и кодовых шин интерфейса - это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция, в том числе и операция передачи информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ПК.

) типы системного и локального интерфейсов. Разные типы интерфейсов обеспечивают разные скорости передачи информации между узлами машины, позволяют подключать разное количество внешних устройств и различные их виды.

) емкость оперативной памяти измеряется чаще всего в мегабайтах (Мбайт), реже в килобайтах (Кбайт). 1 Мбайт = 1024 Кбайта.

Многие современные прикладные программы при оперативной памяти емкостью меньше 8 Мбайт просто не работают либо работают, но очень медленно.

) емкость накопителя на жестких магнитных дисках (винчестера) измеряется обычно в мегабайтах или гигабайтах (1 Гбайт = 1024 Мбайта).

Сейчас применяются в основном накопители на гибких магнитных дисках, использующие дискеты диаметром 3,5 и 5,25 дюйма (1 дюйм = 25,4 мм). Первые имеют емкость 1,44 Мбайта, вторые - 1,2 Мбайта.

) виды и емкость КЭШ-памяти

КЭШ-память - это буферная, не доступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих устройствах. Например, для ускорения операций с основной памятью организуется регистровая КЭШ-память внутри микропроцессора (КЭШ-память первого уровня) или вне микропроцессора на материнской плате (КЭШ-память второго уровня); для ускорения операций с дисковой памятью организуется Кэш-память на ячейках электронной памяти.

) наличие математического сопроцессора, который позволяет в десятки раз ускорить выполнение операции над двоичными числами с плавающей запятой и над двоично-кодированными десятичными числами.

) имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы.

) аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ - означает возможность использования на компьютере соответственно тех же технических элементов и программного обеспечения, что и на других типах машин.

) надежность - это способность системы выполнять полностью и правильно все заданные ей функции. Надежность ПК измеряется обычно средним временем наработки на отказ.

3. Практическая часть

3.1 Общая характеристика задачи

На бирже труда имеются сведения о предложениях работы. Они содержатся в таблице данных «Биржа».

Имеются сведения о безработных, они содержатся в таблице данных «Работники».

Используя ППП на ПК, необходимо обеспечить автоматический поиск вариантов по трудоустройству для безработных:

регистрации трудоустраивающегося с выдачей ему удостоверения о постановке на учет;

выдачи вариантов с предложениями о работе по заданному регистрационному номеру трудоустраивающегося;

выдачи списка удовлетворенных предложений работы.

Введите текущее значение даты между таблицей и ее названием.

По данным таблицы постройте гистограмму с заголовком, названием осей координат и легендой.

Выбор пакета прикладных программ (ППП)

Для решения данной задачи были выбраны такие ППП как: СУБД MS Access и табличный процессор MS Excel.

Проектирование форм выходных данных и графическое представление данных по выбранной задаче

Первым шагом делаем описание логической структуры записи таблиц базы данных. Полученное описание приведено на рис. 2 и 3.

Рис. 2 - Описание структуры записи таблицы «Биржа»

Рис. 3 - Описание структуры записи таблицы «Работники»

Затем вводим произвольные данные в таблицы «Биржа» и «Работники».

Рис. 4 - Содержимое таблицы «Биржа» базы данных

Рис. 5 - Содержимое таблицы «Работники» базы данных

По данным таблиц «Биржа» и «Работники» созданы запросы. Для этого переходим на закладку «Запросы». Создаем запрос с помощью Мастера запросов. Выбираем для запроса все доступные поля. Сохраняем запрос под именем «Удостоверение» (Рис. 6).

Аналогичным способом, в соответствии с заданными условиями, были созданы запросы «Предложения» (рис. 7) и «Варианты» (рис. 8).

Рис. 6 - Растровый рисунок окна конструктора запроса «Удостоверение»

Рис. 7 - Растровый рисунок окна конструктора запроса «Предложение» по связанным таблицам

компьютер диск память информация

Рис. 8 - Растровый рисунок окна конструктора запроса «Варианты» по связанным таблицам

Затем создаем формы. Для этого надо перейти в закладку «Формы». С помощью мастера создаем формы «Биржа1» и «Работники». Форматирование форм производится в режиме конструктора (например, изменение цвета шрифта, выделение, центрирование, ввод даты).

Приведем пример полученной формы «Биржа1» с выведенными на нее кнопками для открытия отчетов и перехода между формами (Рис.8.).

Рис. 9 - Форма «Биржа1»

Следующий шаг-создание отчетов «Удостоверение о постановке на учет», «Предложения по работе», «Удовлетворенные предложения работы» (с помощью мастера отчетов), обеспечивающих автоматический поиск вариантов по трудоустройству безработных. (Приложение 1).

Последним шагом будет создание гистограммы с заголовком, названием осей координат и легендой через «Связи с Office»/«Анализ в MS Excel» (Приложение 2).

Результаты выполнения контрольного примера

Результатом выполнения задания будет являться формирование отчетов. В качестве контрольного примера представлено создание отчета «Удостоверение». Сначала заносим данные о работнике в таблицу «работники». Чтобы сформировать отчет для конкретного лица - Кузнецовой С.Г. необходимо выбрать её в форме «Работники» и нажать кнопку «Удостоверение». Итогом проделанного является готовый отчет (Приложение 1 - отчет «Удостоверение о постановке на учет»).

4. Инструкция пользователя

Последовательность действий пользователя при применении разработанного в данной курсовой работе программного решения:

Запустить файл db1.mdb, выбрать закладку «Формы», запустить форму «биржа 1». Данная форма содержит таблицу «биржа» и набор кнопок, с помощью которых можно открыть любой из заданных отчетов, перейти на форму «работники», а так же закрыть форму. Форма «работники» содержит тот же набор кнопок, которые выполняют те же действия, что и в форме «биржа 1».

При нажатии кнопки «Удовлетворенные» формируется отчет «Список удовлетворенных предложений работы».

При нажатии кнопки «Предложение» пользователю предлагается ввести значение параметра Forms! Работники! NRB (т.е. регистрационный номер трудоустраивающегося), формируется отчет «Предложения по работе».

При нажатии кнопки «Удостоверение» предлагается ввести значение параметра Forms! Работники! FIO (Фамилия, имя, отчество трудоустраивающегося), формируется отчет «Удостоверение о постановке на учет».

При нажатии «Работники» открывается форма «работники». На этой форме кнопки «Удовлетворенные», «Предложение» и «Удостоверение» сразу формируют соответствующие отчеты, необходимо только выбрать нужного работника, кнопка «Биржа1» - переход на форму «биржа1».

Нажатие «Закрыть» приводит к закрытию формы.

СУБД MS Access предоставляет возможность вывести на печать любой из сформированных отчетов.

Заключение

Приобретая ПК, важно учитывать не только сиюминутные потребности и возможности пользователя, но и перспективы решения новых задач, тенденции развития аппаратных и программных компонентов ПК, области использования и утверждения своей престижности со стороны партнеров по бизнесу; возможности выхода с помощью ПК в региональные и глобальные сети и многое другое. Поэтому правильно было бы рассматривать проблему оценки и выбора ПК с технико-технологических и пользовательско-дизайнерских позиций, хотя на практике составляющие этих факторов довольно часто пересекаются .

Критерии оценки и выбора ПК

Потенциальному покупателю ПК следует предварительно выстроить для себя некоторое «дерево» целей для решения проблемы выбора ПК, на первый взгляд, довольно простой. Как правило, выделяют три основных предназначения ПК:

профессиональная деятельность;

сфера обучения;

домашнее использование и развлечения.

Данная работа поможет выпускникам ВЗФЭИ разобраться в структурном и функциональном устройстве ПК, ведь большинство из них станут экономистами - профессионалами в своей предметной деятельности и будут выбирать, и использовать компьютерные средства на рабочих местах.

Список литературы

1. Косарев В.П., Еремин Л.В. Экономическая информатика. М.: Финансы и статистика, 2001. стр. 109.

2. Косарев В.П., Королев А.Ю. Экономическая информатика. М.: Финансы и статистика, 1996. стр. 44.

Савицкий Н.И. Экономическая информатика. М.: Экономистъ, 2004. стр. 91-100.

Приложение 1

Отчет «Удостоверение о постановке на учет»

Удостоверение зарегистрированного на бирже труда специалиста

Отчет «Предложения по работе»

Отчет «Удовлетворенные предложения по работе»

Приложение 2

Гистограмма

3. Лекция. Архитектура современных высокопроизводительных ЭВМ. Функциональная структура компьютера. Основные концепции функционирования. Программное обеспечение компьютера. Основы алгоритмизации.

1. 
   
   1. 
      Устройство ввода
   2. 
      Блок памяти
   3. 
      Арифметико-логическое устройство
   4. 
      Блок вывода
   5. 
      Блок управления
2. 
   Основные концепции функционирования
3. 
   Структура шины
4. 
   Программное обеспечение
   1. 
      Этапы подготовки и решения задач на ЭВМ
   2. 
      Алгоритмы и способы их описания

Функциональная структура компьютера

Как следует из рис. 3.1, компьютер состоит из пяти главных, функционально не­зависимых частей:

Устройство ввода,

Устройство памяти,

Арифметико-логическое устройство,

Устройство вывода и

Устройство управления.

Устройство ввода при­нимает через цифровые линии связи закодированную информацию от операто­ров, электромеханических устройств типа клавиатуры или от других компьюте­ров сети. Полученная информация либо сохраняется в памяти компьютера для последующего применения, либо немедленно используется арифметическими и логическими схемами для выполнения необходимых операций. Последователь­ность шагов обработки определяется хранящейся в памяти программой. Полу­ченные результаты отправляются обратно, во внешний мир, посредством устрой­ства вывода. Все эти действия координируются блоком управления. На рис. 3.1. намеренно не показаны связи между функциональными устройствами. Объясня­ется это тем, что такие связи могут быть по-разному реализованы. Как именно, вы поймете несколько позже. Арифметические и логические схемы в комплексе с главными управляющими схемами называют процессором, а все вместе взятое оборудование для ввода и вывода часто называют устройством ввода-вывода (input-output unit).

Теперь обратимся к обрабатываемой компьютером информации. Ее удобно разделять на две основные категории: команды и данные. Команды, или машин­ные команды, - это явно заданные инструкции, которые:

Управляют пересылкой информации внутри компьютера, а также между компьютером и его устройствами ввода-вывода;

Определяют подлежащие выполнению арифметические и логические операции.

Список команд, выполняющих некоторую задачу, называется программой. Обыч­но программы хранятся в памяти. Процессор по очереди извлекает команды про­граммы из памяти и реализует определяемые ими операции. Компьютер полно­стью управляется хранимой программой , если не считать возможность внешнего вмешательства оператора и подсоединенных к машине устройств ввода-вывода.

Данные - это числа и закодированные символы, используемые в качестве опе­рандов команд. Однако термин «данные» часто используется для обозначения любой цифровой информации. Согласно этому определению, сама программа (то есть список команд) также может считаться данными, если она обрабатывается другой программой. Примером обработки одной программой другой является компиляция исходной программы, написанной на языке высокого уровня, в список машинных команд, составляющих программу на машинном языке, которая назы­вается объектной программой. Исходная программа поступает на вход компиля­тора, который транслирует ее в программу на машинном языке.

Рис. 3.1. Базовые функциональные устройства компьютера

Информация, предназначенная для обработки компьютером, должна быть зако­дирована, чтобы иметь подходящий для компьютера формат. Современное аппа­ратное обеспечение в большинстве своем основано на цифровых схемах, у которых имеется только два устойчивых состояния, ON и OFF (см. лекцию 2). В ре­зультате кодирования любое число, символ или команда преобразуется в строку двоичных цифр, называемых битами, каждый из которых имеет одно из двух воз­можных значений: 0 или 1. Для представления чисел (как станет ясно из лекции 4) обычно используется позиционная двоичная нотация. Иногда применяется двоич­но-десятичный формат (Binary-Coded Decimal, BCD), в соответствии с которым каждая десятичная цифра кодируется отдельно, с помощью четырех бит.

Буквы и цифры также представляются посредством двоичных кодов. Для них разработано несколько разных схем кодирования. Наиболее распространенными считаются схемы ASCII (American Standard Code for Information Interchange - американский стандартный код для обмена информацией), где каждый символ представлен 7-битовым кодом, и EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Inter­change Code - расширенный двоично-десятичный код для обмена информаци­ей), в котором для кодирования символа используется 8 бит.

3.1.1. Устройство ввода

Компьютер принимает кодированную информацию через устройство ввода, зада­чей которого является чтение данных. Наиболее распространенным устройством ввода является клавиатура. Когда пользователь нажимает клавишу, соответст­вующая буква или цифра автоматически преобразуется в определенный двоич­ный код и по кабелю пересылается либо в память, либо процессору.

Существует и ряд других устройств ввода, среди которых джойстики, трекболы и мыши. Они используются совместно с дисплеем в качестве графических входных устройств. Для ввода звука могут использоваться микрофоны. Воспри­нимаемые ими звуковые колебания измеряются и конвертируются в цифровые коды для хранения и обработки.

3.1.2. Блок памяти

Задачей блока памяти является хранение программ и данных. Существует два класса запоминающих устройств, а именно первичные и вторичные. Первичное за­поминающее устройство (primary storage) - это память, быстродействие которой определяется скоростью работы электронных схем. Пока программа выполняет­ся, она должна храниться в первичной памяти. Эта память состоит из большого количества полупроводниковых ячеек, каждая из которых может хранить один бит информации. Ячейки редко считываются по отдельности - обычно они обра­батываются группами фиксированного размера, называемыми словами. Память организована так, что содержимое одного слова, содержащего n бит, может запи­сываться или считываться за одну базовую операцию.

Для облегчения доступа к словам в памяти с каждым словом связывается от­дельный адрес. Адреса - это числа, идентифицирующие конкретные местополо­жения слов в памяти. Для того чтобы прочитать слово из памяти или записать его в таковую, необходимо указать его адрес и задать управляющую команду, которая начнет соответствующую операцию.

Количество битов в каждом слове часто называют длиной машинного слова. Обычно слово имеет длину от 16 до 64 бит. Одним из факторов, характеризую­щих класс компьютера, является емкость его памяти. Малые машины обычно мо­гут хранить лишь несколько десятков миллионов слов, тогда как средние и боль­шие машины обычно способны хранить сотни миллионов и миллиарды слов. Типичными еди­ницами измерения количества обрабатываемых машиной данных являются слово, несколько слов или часть слова. Как правило, за время одного обращения к памя­ти считывается или записывается только одно слово.

Во время выполнения программа должна находиться в памяти. Команды и дан­ные должны записываться в память и считываться из памяти под управлением процессора. Исключительно важна возможность предельно быстрого доступа к лю­бому слову памяти. Память, к любой точке которой можно получить доступ за ко­роткое и фиксированное время, называется памятью с произвольным доступом (Random-Access Memory, RAM). Время, необходимое для доступа к одному слову, называется временем доступа к памяти. Это время всегда одинаково, независимо от того, где располагается нужное слово. Время доступа к памяти в современных устройствах RAM составляет от нескольких наносекунд до 100. Память компьюте­ра обычно представляет собой иерархическую структуру, состоящую из трех или четырех уровней полупроводниковых RAM-элементов с различной скоростью и разным размером. Наиболее быстродействующим типом RAM-памяти является кэш-память (или просто кэш). Она напрямую связана с процессором и часто нахо­дится на одном с ним интегрированном чипе, благодаря чему работа процессора значительно ускоряется. Память большей емкости, но менее быстрая, называется основной памятью (main memory). Далее в этой лекции процесс доступа к информа­ции в памяти описывается подробнее, а позднее мы детально рассмотрим прин­ципы ее функционирования и вопросы, связанные с производительностью.

Первичные запоминающие устройства являются исключительно важными компонентами для компьютера, но они довольно дороги. Поэтому компьютеры оборудуются дополнительными, более дешевыми вторичными запоминающими устройствами, используемыми для хранения больших объемов данных и боль­шого количества программ. В настоящее время таких устройств имеется доста­точно много. Но наиболее широкое распространение получили магнитные диски, магнитные ленты и оптические диски (CD-ROM).

3.1.3. Арифметико-логическое устройство

Большинство компьютерных операций выполняется в арифметико-логическом устройстве (АЛУ) процессора. Рассмотрим типичный пример. Предположим, нам нужно сложить два находящихся в памяти числа. Эти числа пересылаются в процессор, где АЛУ выполняет их сложение. Полученная сумма может быть за­писана в память или оставлена в процессоре для немедленного использования.

Любые другие арифметические или логические операции, в том числе умно­жение, деление и сравнение чисел, начинаются с пересылки этих чисел в процес­сор, где АЛУ должно выполнить соответствующую операцию. Когда операнды переносятся в процессор, они сохраняются в высокоскоростных элементах памя­ти, называемых регистрами. Каждый регистр может хранить одно слово данных. Время доступа к регистрам процессора даже меньше времени доступа к самой бы­строй кэш-памяти.

Управляющее и арифметико-логическое устройства работают во много раз бы­стрее, чем все остальные устройства, подключенные к компьютерной системе. Это позволяет одному процессору контролировать множество внешних устройств, та­ких как клавиатуры, дисплеи, магнитные и оптические диски, сенсоры и механи­ческие управляющие устройства.

3.1.4. Блок вывода

Функция блока вывода противоположна функции блока ввода: он направляет ре­зультаты обработки в так называемый внешний мир. Типичным примером устрой­ства вывода является принтер. Для печати в принтерах используются ударные ме­ханизмы, головки, выпрыскивающие струи чернил, или технологии фотокопирова­ния, как в лазерных принтерах. Существуют принтеры, способные печатать до 10 000 строк в минуту. Для механического устройства это огромная скорость, но по сравнению с быстродействием процессора она ничтожно мала.

Некоторые устройства, и в частности графические дисплеи, выполняют одно­временно и функцию вывода, и функцию ввода. Поэтому они называются устрой­ствами ввода-вывода.

3.1.5. Блок управления

Устройства памяти, арифметики и логики, ввода и вывода хранят и обрабатыва­ют информацию, а также выполняют операции ввода и вывода. Работу таких уст­ройств нужно как-то координировать. Именно этим и занимается блок управле­ния. Это, если можно так выразиться, нервный центр компьютера, передающий управляющие сигналы другим устройствам и отслеживающий их состояние.

Управление операциями ввода-вывода осуществляется командами программ, в которых идентифицируются соответствующие устройства ввода-вывода и пере­сылаемые данные. Однако реальные синхронизирующие сигналы (timing signals), управляющие пересылкой, генерируются управляющими схемами. Синхронизи­рующие сигналы - это сигналы, определяющие, когда должно быть выполнено данное действие. Кроме того, посредством синхронизирующих сигналов, генери­руемых блоком управления, осуществляется передача данных между процессором и памятью. Блок управления можно представить себе как отдельное устройство, взаимодействующее с другими частями машины. Но на практике так бывает ред­ко. Большая часть управляющих схем физически распределена по разным местам компьютера. Сигналы, используемые для синхронизации событий и действий всех устройств, передаются по множеству управляющих линий (проводов). В целом, функционирование компьютера можно описать следующим образом:

• 
  Компьютер с помощью блока ввода принимает информацию в виде про­грамм и данных и записывает ее в память.
• 
  Хранящаяся в памяти информация под управлением программы пересы­лается в арифметико-логическое устройство для дальнейшей обработки.
• 
  Данные, полученные в результате обработки информации, направляются на устройства вывода.
• 
  За все действия, производимые внутри машины, отвечает блок управления.

Как было сказано в разделе 3.1, действиями компьютера управляют инструкции. Для выполнения конкретной задачи в память записывается соответствующая программа, состоящая из множества команд. Команды по очереди пересылаются из памяти в процессор, который их выполняет. Данные, используемые в качестве операндов команд, также хранятся в памяти. Вот пример типичной команды:

Эта команда складывает операнд, хранящийся в памяти по адресу LOCA, с операндом, хранящимся в регистре R0 процессора, и помещает результат в этот же регистр. Исходное содержимое памяти по адресу LOCA не меняется, а содер­жимое регистра R0 перезаписывается. Данная команда выполняется в несколько этапов. Сначала она пересылается из памяти в процессор. Затем операнд коман­ды считывается из памяти по адресу LOCA и складывается с содержимым регист­ра R0, после чего результирующая сумма записывается в регистр R0.

В описанной команде Add объединяются две операции: доступ к памяти и опе­рация АЛУ. Во многих современных компьютерах эти два типа операций выпол­няются с помощью отдельных команд. Такое разделение основывается на сообра­жениях производительности, о которых мы поговорим ниже. Приведенная выше команда может быть реализована и в виде двух команд:

1) Load R3,LOCA для Intel Architecture (IA-32): mov bx,loca

Add R0,R3 add ax,bx

Первая из этих команд копирует содержимое памяти по адресу LOCA в ре­гистр процессора R1, а вторая команда складывает содержимое регистров R1 и R0 и помещает сумму в регистр R0. Обратите внимание, что в результате выполне­ния двух команд исходное содержимое обоих регистров уничтожается, а содер­жимое памяти по адресу LOCA сохраняется.

Пересылка данных между памятью и процессором начинается с отправки в уст­ройство памяти адреса слова, к которому требуется получить доступ, и выдачи соответствующих управляющих сигналов. Затем данные пересылаются в память или из памяти.

На рис. 3.2 показано, как соединяются между собой память и процессор. Кро­ме того, рисунок иллюстрирует несколько важных особенностей функционирова­ния процессора, о которых мы с вами еще не говорили. На нем не показана реаль­ная схема соединений этих компонентов, поскольку пока мы обсуждаем только их функциональные характеристики. Более детально соединение компонентов описывается в разделе 8 при рассмотрении конструкции процессора.

Кроме АЛУ и управляющих схем процессор содержит множество регистров, предназначенных для разных целей. В регистре команды (Instruction Register, IR) содержится код выполняемой в данный момент команды. Ее результат доступен управляющим схемам, которые генерируют сигналы для управления различными элементами, участвующими в выполнении команды. Еще один специализирован­ный регистр, называемый счетчиком команд (Program Counter, PC), служит для контроля за ходом выполнения программы. В нем содержится адрес следующей команды, подлежащей выборке и выполнению. Пока выполняется очередная ко­манда, содержимое регистра PC обновляется - в него записывается адрес следую­щей команды. Говорят, что регистр PC указывает на команду, которая должна быть выбрана из памяти. Кроме регистров IR и PC на рис. 3.2 показано n регистров общего назначения, от R0 до R„-i. Для чего они нужны, объясняется в главе 2.

Наконец, еще два регистра обеспечивают взаимодействие с памятью. Это ре­гистр адреса (Memory Address Register, MAR) и регистр данных (Memory Data Register, MDR). В регистре MAR содержится адрес, по которому производится обращение к памяти, а в регистре MDR - данные, которые должны быть записа­ны в память или прочитаны из таковой по этому адресу.

Рассмотрим типичный процесс выполнения программы компьютером. Про­грамма располагается в памяти, куда обычно попадает через входное устройство. Ее выполнение начинается с записи в регистр PC адреса первой команды. Содер­жимое этого регистра пересылается в регистр MAR, а в память направляется управляющий сигнал Read. Когда истекает время, необходимое для доступа к па­мяти, адресуемое слово (в данном случае - первая команда программы) считыва­ется из памяти и загружается в регистр MDR. Затем содержимое регистра MDR пересылается в регистр IR. Команда готова к декодированию и выполнению.

Если команда требует, чтобы АЛУ выполнило определенную операцию, для нее необходимо получить операнды. Операнд, располагающийся в памяти (он может находиться и в регистре общего назначения), нужно сначала из таковой извлечь, переслав его адрес в регистр MAR и инициализировав цикл Read. После пересыл­ки из памяти в регистр MDR операнд будет направлен в АЛУ. Аналогичным обра­зом туда же будут переданы и остальные необходимые команде операнды, после чего АЛУ сможет выполнить требуемую операцию. Если результат должен быть сохранен в памяти, он будет записан в регистр MDR. Затем адрес, по которому его нужно записать в память, будет помещен в регистр MAR, после чего будет иниции­рован цикл Write. В какой-то момент в ходе выполнения текущей инструкции со­держимое регистра PC увеличивается, и он начинает указывать на следующую подлежащую выполнению инструкцию. Другими словами, как только завершится выполнение текущей инструкции, можно будет приступать к выборке следующей.

Рис. 3.2. Соединения между процессором и памятью

Компьютер не только пересылает данные между памятью и процессором, но и принимает их от входных устройств, а также отсылает выходным устройствам. Поэтому среди машинных команд имеются и команды для выполнения операций ввода-вывода.

Если возникает необходимость срочно обслужить некоторое устройство (на­пример, когда устройство мониторинга в автоматизированном промышленном процессе обнаружит опасную ситуацию), нормальное выполнение программы может быть прервано. Для того чтобы немедленно отреагировать на эту ситуа­цию, компьютер должен прервать выполнение текущей программы. С этой целью устройство генерирует сигнал прерывания. Прерывание (interrupt) - это запрос, поступающий от устройства ввода-вывода, с требованием предоставить ему про­цессорное время. Для обслуживания этого устройства процессор выполняет соот­ветствующую программу обработки прерывания. А поскольку ее выполнение мо­жет изменить внутреннее состояние процессора, перед обслуживанием прерыва­ния нужно сохранить его состояние в памяти. Обычно в ходе этой операции сохраняется содержимое регистра PC, регистров общего назначения и некоторая управляющая информация. По завершении работы программы обработки преры­вания состояние процессора восстанавливается и прерванная программа продол­жает свою работу. Процессор со всеми его элементами (рис. 3.2) обычно реализует­ся в виде одной микросхемы, на которой располагается как минимум одно устрой­ство кэш-памяти. Такие чипы называются VLSI (VLSI - аббревиатура от Very Large Scale Integration, что переводится как очень крупномасштабная интеграция).

Введение
3

1. Общая структура персонального компьютера
4

1.1. Основы архитектуры ЭВМ 4

1.2. Структура ПК
6

2. Характеристики основных модулей ПК
8

2.1. Материнская плата 8

2.2. Процессор 9

2.3. Память 11

2.4. Винчестер 12

2.6. Монитор 14

2.7. Манипуляторы 14

Заключение 15

Список использованной литературы 16

Введение

Современные компьютеры массового применения – персональные компьютеры имеют достаточно сложную структуру, которая определяет взаимосвязь между аппаратными средствами в технической системе, называемой компьютером. В процессе эволюции аппаратных и программных средств изменялась и структура персонального компьютера, однако без изменений остались пока основные принципы его структурной организации, сформулированные выдающимся математиком, профессором Принстонского университета США Джоном фон Нейманом (1903–1957) и его коллегами в 1946 г.

Сущность этих принципов сводится к следующему:

Информация представляется (кодируется) и обрабатывается (выполняются вычислительные и логические операции) в двоичной системе счисления, информация разбивается на отдельные машинные слова, каждое из которых обрабатывается в компьютере как единое целое;

Машинные слова, представляющие данные (числа) и команды (определяют наименование задаваемых операций), различаются по способу использования, но не по способу кодирования;

Машинные слова размещаются и хранятся в ячейках памяти компьютера под своими номерами, называемыми адресами слов;

Последовательность команд (алгоритм) определяет наименование производимых операций и слова (операнды), над которыми производятся эти операции, при этом алгоритм, представленный в форме операторов машинных команд, называется программой;

Порядок выполнения команд однозначно задается программой.

1. Общая структура персонального компьютера

1.1. Основы архитектуры ЭВМ

Составные части, из которых состоит компьютер, называют модулями. Среди всех модулей выделяют основные модули, без которых работа компьютера невозможна, и остальные модули, которые используются для решения различных задач: ввода и вывода графической информации, подключения к компьютерной сети и т.д.

В основу построения большинства ЭВМ положены принципы, сформулированные в 1945 г. Джоном фон Нейманом:

1 . Принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в заданной последовательности).

2 . Принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными).

3 . Принцип адресности (основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек).

ЭВМ, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру (рис.1).

Рис. 1. Классическая структура компьютера

где, АЛУ (арифметико-логическое устройство) – выполняет арифметические и логические операции над информацией, представленной в двоичном коде, т. е. обеспечивает выполнение процедур по обработке данных;

УУ (устройство управления) – организует процесс выполнения программ;

ЗУ (запоминающее устройство) – предназначено для размещения и хранения последовательности команд (программ) и данных;

УВВ (устройства ввода-вывода) – обеспечивают ввод и вывод данных из компьютера для установления прямой и обратной связи между пользователем и компьютером;

С помощью какого-либо устройства ввода в ЗУ вводится программа. УУ считывает содержимое ячейки памяти ЗУ, где находится первая команда, и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических и логических операций над данными с помощью АЛУ, чтение из памяти данных для выполнения этих операций, вывод данных на устройство вывода и т. д. Затем выполняется вторая команда, третья и т. д. УУ выполняет инструкции программы автоматически.

1.2. Структура ПК

Рис. 2. Общая структура ПК

Персональные компьютеры обычно состоят из следующих основных модулей, представленных на рисунке 3.

Системный блок Монитор Клавиатура мышь
Рис. 3. Основные модули ПК

Рис. 4. Компьютер в компактном исполнении (notebook)
В системном блоке находятся все основные узлы компьютера:

материнская плата;

электронные схемы (процессор, контроллеры устройств и т.д.);

блок питания;

дисководы (накопители).

2. Характеристики основных модулей ПК

2.1. Материнская плата

Материнская (системная, главная) плата является центральной частью любого компьютера. На материнской плате размещаются в общем случае центральный процессор, сопроцессор, контроллеры, обеспечивающие связь центрального процессора с периферийными устройствами, оперативная память (RAM), кэш-память, элемент ROM-BIOS (базовой системы ввода/вывода), аккумуляторная батарея, кварцевый генератор тактовой частоты и слоты (разъемы) для подключения других устройств.

Рис. 6. Материнская плата

Общая производительность материнской платы определяется не только тактовой частотой , но и количеством (разрядностью ) данных , обрабатываемых в единицу времени центральным процессором, а также разрядностью шины обмена данных между различными устройствами материнской платы.

По функциональному назначению шины делятся на:

шину данных;

адресную шину;

шину управления.

По шине данных происходит обмен данными между центральным процессором, картами расширения и памятью. Разрядность шины данных варьируется от 8-ми битов (сейчас не используется) до 64-х битов в материнских платах современных PC.

По адресной шине происходит адресация ячеек памяти, в которые производится запись данных.

По шине управления или системной шине происходит передача управляющих сигналов между центральным процессором и периферией. На материнской плате системная шина заканчивается слотами для установки других устройств. Адресные шины и шины данных иногда занимают одни и те же физические проводники.

В настоящее время существует несколько стандартов шин: ISA (Industry Sland art Architecture), MCA (MicroChannel Architecture), EISA (Extended ISA), VESA (Video Electronics SlandarlAssollallon), PCI (Peripheral Component Interconnect), USB (Universal Serial BUS).

Архитектура материнских плат постоянно совершенствуется: увеличивается их функциональная насыщенность, повышается производительность. Стало стандартом наличие на материнской плате таких встроенных устройств, как двухканальный E-IDE-контроллер HDD (жёстких дисков), контроллер FDD (гибких (floppy) дисков), усовершенствованного параллельного (LPT) и последовательного (COM) портов, а также последовательного инфракрасного порта.

Порт – многоразрядный вход или выход в устройстве.

2.2. Процессор

В общем случае под процессором понимают устройство, производящее набор операций над данными, представленными в цифровой форме (двоичным кодом). Применительно к вычислительной технике под процессором понимают центральное процессорное устройство (CPU ), обладающее способностью выбирать, декодировать и выполнять команды а также передавать и принимать информацию от других устройств. Проще говоря, процессор – это электронная схема, выполняющая обработку информации.

Производство современных персональных компьютеров начались тогда, когда процессор был выполнен в виде отдельной микросхемы.

Количество фирм, разрабатывающих и производящих процессоры для IBM-совместимых компьютеров, невелико. В настоящее время известны: Intel, Cyrix, AMD, NexGen, Texas Instrument.

Кроме процессоров, которые составляют основу IBM-совместимых персональных компьютеров, существует целый класс процессоров, составляющих параллельную платформу. Среди самых известных: персональные компьютеры американской фирмы Apple, для которых используются процессоры типа Power PC, имеющие принципиально другую архитектуру; ПК выпускаемые фирмой Motorola и др. Производительность персональных компьютеров на основе процессоров Power PC значительно выше, чем у IBM-совместимых, поэтому, несмотря на значительную разницу в цене, для серьезных профессиональных приложений им отдают предпочтение.

Производительность CPU характеризуется следующими основными параметрами:

тактовой частотой;

степенью интеграции;

внутренней и внешней разрядностью обрабатываемых данных;

памятью, к которой может адресоваться CPU.

С бурным развитием мультимедиа приложений перед разработчиками процессоров возникли проблемы увеличения скорости обработки огромных массивов данных, содержащих графическую, звуковую или видео информацию. В результате возникли дополнительно устанавливаемые специальные процессоры DSP.

2.3. Память

Центральный процессор имеет доступ к данным, находящимся в оперативной памяти (физическое устройство памяти называется ОЗУ- оперативное запоминающее устройство или RAM – Random Access Memory). Работа компьютера с пользовательскими программами начинается после того как данные будут считаны из внешней памяти в ОЗУ.

ОЗУ работает синхронно с центральным процессором и имеет малое время доступа. Оперативная память сохраняет данные только при включенном питании. Отключение питания приводит к необратимой потере данных, поэтому пользователю, работающему с большими массивами данных в течение длительного времени, рекомендуют периодически сохранять промежуточные результаты на внешнем носителе.

По способу реализации оперативная память делится на динамическую и статическую.

Основными характеристиками ОЗУ являются: количество ячеек памяти (адреса) и время доступа к информации, определяемое интервалом времени, в течение которого информация записывается в память или считывается из нее.

Основой ОЗУ являются микросхемы памяти (chips ), которые объединяются в блоки (банки) различной конфигурации. При комплектации банков различными микросхемами необходимо следить, чтобы время доступа у них не различалось больше, чем на 10 нс.

Для нормального функционирования системы большое значение имеет согласование быстродействия центрального процессора и ОЗУ.

Рис.7. Оперативная память

Кэш-память предназначена для согласования скорости работы сравнительно медленных устройств, таких, например как динамическая память с быстрым микропроцессором. Использование кэш-памяти позволяет избежать циклов ожидания в его работе, которые снижают производительность всей системы.

С помощью кэш-памяти обычно делается попытка согласовать также работу внешних устройств, например, различных накопителей, и микропроцессора. Соответствующий контролер кэш-памяти должен заботиться о том, чтобы команды и данные, которые будут необходимы микропроцессору в определенный момент времени, именно к этому моменту оказывались в кэш-памяти.

2.4. Винчестер

Винчестеры или накопители на жестких дисках – это внешняя память большого объема, предназначенная для долговременного хранения информации, объединяющая в одном корпусе сам носитель информации и устройство записи/чтения. По сравнению с дисководами винчестеры обладают рядом очень ценных преимуществ: объем хранимых данных неизмеримо больше, время доступа у винчестера на порядок меньше. Единственный недостаток: они не предназначены для обмена информацией (это касается стационарных, т.е. встраиваемых в корпус компьютера винчестеров, в настоящее время существуют сменные винчестеры).

Физические размеры винчестеров стандартизированы параметром, который называют форм-фактором (form factor).

На рисунке 8 представлены различные жесткие диски:

Рис. 8. Винчестеры
2.5. Клавиатура

Рис. 9. Клавиатура

Она является основным устройством ввода информации в PC, несмотря на сильную конкуренцию со стороны мыши. Клавиатура преобразует механическое нажатие клавиши в так называемый скэн-код, который передается в контроллер клавиатуры на материнской плате.

Контроллер в свою очередь инициализирует аппаратное прерывание, которое обслуживается специальной программой, входящей в состав ROM-BIOS. При поступлении скэн-кода от клавиш сдвига (/) или переключателя (,) изменение статуса клавиатуры записывается в ОЗУ. Во всех остальных случаях скэн-код трансформируется в ASCII-коды или расширенные коды, которые уже обрабатываются прикладной программой.

По конструктивному исполнению различают следующие виды клавиатуры: клавиатуры с пластмассовыми штырями, клавиатуры со щелчком, клавиатуры на микропереключателях или герконах, сенсорные клавиатуры. Клавиатуры различаются также количеством и расположением клавиш. Различают клавиатуры типа СГ, AT, MFII.

В настоящее время существуют некоторые другие виды клавиатур: эргономические клавиатуры, промышленные, со считывающим устройством штрихового кода, для слепых, инфракрасные (беспроводные) и т.п.

2.6. Монитор

Мониторы являются важнейшими устройствами отображения информации. В настоящее время существует большое разнообразие типов мониторов: Цифровые мониторы (TTL), Аналоговые мониторы, Жидкокристаллические дисплеи (LCD) (рис. 10).

Рис. 10. Мониторы

2.7. Манипуляторы

К данным устройствам можно отнести мышь, джойстик, трекбол. Данные устройства управляют курсором и представлены на рисунке 11.

Рис. 11. Устройства управления курсором

Заключение

Таким образом, в системном блоке стационарного персонального компьютера размещаются основные компоненты, обеспечивающие выполнение компьютерных программ на аппаратном уровне.

Внешние устройства (по отношению к системному блоку) по функциональному назначению можно представить в виде нескольких групп: устройства ввода и вывода информации, устройства, выполняющие одновременно функции ввода и вывода информации, внешние запоминающие устройства.

К устройствам ввода информации относятся клавиатура, координатные устройства ввода (манипуляторы типа мышь, трекбол, контактная или сенсорная панель, джойстик), сканер, цифровые камеры (видеокамеры и фотоаппараты), микрофон.

К устройствам вывода информации относятся монитор, печатающие устройства (ПУ, принтер и графопостроитель), звуковые колонки и наушники.

К устройствам, выполняющим функции ввода и вывода информации относятся сетевой адаптер, модем (модулятор – демодулятор), звуковая плата.

К внешним запоминающим устройствам относятся: внешние накопители на гибких и жестких магнитных дисках, внешние накопители на оптических и магнитооптических дисках, накопители на основе флэш-памяти и т. д.

Список использованной литературы

1. Губарев В.Г. Программное обеспечение и операционные системы ПК. М.: Феникс, 2012. 382 с.

2. Фигурнов В. Э. IBM PC для пользователя, 6-е издание, переработанное и дополненное. M.: Инфра-М, 2006. 432с.

3. Уинн Л. Рош. Библия по модернизации персонального компьютера. М.: Тивали-Стиль, 2005. 378 с.

4. Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера 2003. М.: ОЛМА-ПРЕСС, 2009. 957 с.

5. Ибрагим К.Ф. Устройство и настройка ПК: Перевод с английского. М.: Бином, 2010. 368 с.

6. Столлингс У. Структурная организация и архитектура компьютерных систем. М.: Вильямс, 2012. 896 с.

7. Леонтьев Б.К. Upgrade: Пособие по модернизации компонентов персонального компьютера. М.: Майор, 2013. 624 с.

8. Шумилин В.К. Пособие по безопасной работе на персональных компьютерах. М.: НЦ ЭНАС, 2011. 28 с.

9. Еремин Е.А. Популярные лекции об устройстве компьютера. БХВ-Петербург, 2013. 272 с.

Хозяйства России. Отраслевая структура , функциональная и территориальная структуры хозяйства страны, ... персональными компьютерами , и проекторами. Для директора и заместителей директора приобретены ноутбуки. Общая численность персональных компьютеров , ...