A・P・シェスタコフ

豊富なバリエーションにもかかわらず コンピュータサイエンスそしてその異常に急速な改善にもかかわらず、機械設計の基本原則はほとんど変わっていません。 特に、コンピュータは最初の世代から、プロセッサ、メモリ (内部および外部)、および情報の入出力デバイスという主要なデバイスで構成されています。 それぞれの目的をさらに詳しく考えてみましょう。

プロセッサはコンピュータの主要なデバイスであり、あらゆる種類の情報を実際に処理します。 別 重要な機能プロセッサは、コンピュータを構成するすべてのノードの調整された動作を保証します。 したがって、プロセッサの最も重要な部分は、算術論理演算ユニット ALU と制御ユニット CU です。

各プロセッサは、明確に定義された一連の処理を実行できます。 ユニバーサル指示一般に機械語命令と呼ばれます。 このセットが正確に何であるかは、特定のプロセッサのデバイスによって決まりますが、それほど大きくはなく、基本的に同じです さまざまなプロセッサ. コンピュータの仕事は、プログラムの形で用意された一連のコマンドを実行することです。 プロセッサは、次のコマンドの読み取り、その分析と実行を整理し、必要に応じてデータを受信したり、処理の結果を必要なデバイスに送信したりできます。 プロセッサ自体も、次に実行するプログラム命令を選択する必要があり、この選択の結果は、多くの場合、プロセッサで処理されている命令に依存します。 この瞬間情報。

プロセッサの内部には、処理されたデータと一部のサービス情報を格納するための特別なセル (レジスタ) が常に存在しますが、意図的にプログラムを格納する場所を提供していません。 この重要な目的のために、コンピューターでは別のデバイス、つまりメモリが使用されます。 その範囲は常に拡大し、新しいタイプが次々と補充されるため、最も重要なタイプのコンピューターメモリのみを検討します。

メモリは全体として、データとそれらを処理するためのプログラムの両方を格納するように設計されています。フォン ノイマンの基本原理によれば、単一のデバイスが両方のタイプの情報に使用されます。

最初のコンピューターから始めて、メモリはすぐに内部と外部に分割され始めました。 歴史的には、プロセッサ キャビネットの内側または外側に配置することが実際に行われてきました。 しかし、マシンの小型化に伴い、すべてをメイン プロセッサ パッケージ内に配置することが可能になりました。 大量し、この分割の本来の直接的な意味は次第に失われました。 ただし、用語は保持されています。

現代のコンピューターの内部メモリの下では、その上にある高速電子メモリを理解するのが通例です システムボード. 現在、そのようなメモリは最新の半導体技術に基づいて製造されています（以前は、フェライトコアに基づく磁気デバイスが使用されていました-特定の 物理原則関係ありません）。 最も重要な部分 内部メモリ RAM - ランダム アクセス メモリと呼ばれます。 その主な目的は、現在解決されているタスクのデータとプログラムを保存することです。 おそらく、すべてのユーザーは、電源がオフになると RAM の内容が完全に失われることを知っています。 RAMに加えて、最新のコンピューターの内部メモリの構成には、最初の知り合いでスキップできる他のタイプのメモリも含まれています。 ここでは、特に、電源を入れた瞬間にコンピュータを最初に起動するために必要な情報を格納する読み取り専用メモリ (ROM) についてのみ説明します。 名前が示すように、ROM 内の情報はコンピューターの状態に依存しません ( より良い理解 ROM 内の情報と、生物の「先天的な」無条件反射との間の類似性を指摘することができます)。 以前は、ROM の内容は工場で一度だけ作成されていましたが、現在は 現代の技術必要に応じて、コンピューター ボードから取り外さなくても更新できるようにします。

外部メモリは、さまざまな情報記憶装置の形で実装され、通常は独立したブロックの形で設計されています。 これには、まず第一に、柔軟でハードなドライブを含める必要があります 磁気ディスク(最近のいくつかのスラング ユーザーは、しばしばハード ドライブと呼んでいます)、および 光学ドライブ(CD ROM を操作するためのデバイス)。 外部メモリ デバイスは機械的に可動する部品で設計されているため、完全に電子化された内部メモリよりも速度が大幅に遅くなります。 ただし、外部メモリを使用すると、後で使用するために大量の情報を保存できます。 外部メモリ内の情報は、主にコンピュータ自体を対象としており、コンピュータにとって便利な形式で保存されていることを強調します。 たとえば、マシンを使用しない人は、マークのないフロッピー ディスクや CD ROM ディスクの内容をリモートで想像することさえできません。

モダン ソフトウェアシステム内部と 外部メモリ 1 つの全体に、最もめったに使用されない情報が低速で動作する外部メモリに格納されるようにします。 この方法により、コンピュータが処理する情報量を大幅に拡大することができます。

プロセッサにメモリが追加されている場合、そのようなシステムはすでに動作している可能性があります。 その本質的な欠点は、そのようなシステムでのイベントについて何かを知ることができないことです. 結果に関する情報を取得するには、コンピュータに出力デバイスを追加して、人間の知覚にアクセス可能な形式で表示できるようにする必要があります。 最も一般的な出力デバイスは、画面にテキストとグラフィック情報の両方を迅速かつ効率的に表示できるディスプレイです。 結果を紙にコピーするために、印刷装置またはプリンターが使用されます。

最後に、ユーザーはしばしばコンピュータ システムに入る必要があるため、 新情報、入力デバイスも必要です。 最も単純な入力デバイスはキーボードです。 プログラムの普及 GUI別の入力デバイスであるマウスの普及に貢献しました。 最後に、非常に効果的です 現代のデバイス為に 自動入力コンピューターへの情報は、紙の写真をグラフィックに変換するだけでなく、スキャナーです コンピュータファイルだけでなく、読み取った画像内のテキストを認識し、通常の編集に適した形式で保存する特別なソフトウェアの助けを借りて テキストエディタ.

コンピューターの基本的なデバイスとその機能がわかったので、それらがどのように相互作用するかを調べる必要があります。 これを行うには、図に示す最新のコンピューターの機能図に目を向けます。

コンピュータの主要なデバイスを相互に接続するために、通常はエンジニアがバスと呼​​ぶ特別な情報ハイウェイが使用されます。 タイヤは次の 3 つの部分で構成されています。

情報が交換される必要なメモリセルまたはデバイスのアドレスを設定するアドレスバス。

実際に送信されるデータバス 必要な情報; そして最後に

このプロセスを調整する制御バス（たとえば、このバス上の信号の1つにより、コンピューターはメモリとI / Oデバイスのアドレスを区別できます）。

例として、プロセッサがメモリ セルの内容を読み取る方法を考えてみましょう。 バスが現在空いていることを確認した後、プロセッサは必要なアドレスをアドレス バスに配置し、必要なサービス情報 (操作 - 読み取り、デバイス - RAM など) を制御バスに設定します。 現在、彼は RAM からの応答を待つことしかできません。 後者は、バス上の自分宛ての情報を読み取る要求を「見て」、内容を抽出します。 必要なセルそしてそれをデータバスに乗せます。 もちろん、実際のプロセスはもっと詳細ですが、今は技術的な詳細には関心がありません。 特定の条件下で特定の補助機器が存在する場合、たとえば入力デバイスと内部メモリの間など、プロセッサが直接関与することなく、バスを介した交換が発生する可能性があることに特に注意してください。

また、説明されていることを強調します 機能図実際には、はるかに難しい場合があります。 現代のコンピューター協調して直接動作する複数のプロセッサが含まれる場合があります 情報チャネルの間に 個々のデバイス、いくつかの相互作用する高速道路など。 ただし、最も一般的なスキームを理解している場合は、具体的なスキームを理解してください。 コンピューターシステムそれはより簡単になります。

バックボーン構造により、それらを正確に接続することが容易になります 外部デバイス、これはに必要です このユーザー. そのおかげで、標準ブロックから任意の個々のコンピューター構成を組み立てることが可能です。

参考文献

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PC構造、 システム デバイス. 外部ストレージ デバイス。

ADSP-2106x プロセッサにプログラムとデータを格納するためのデュアル ポート オンチップ メモリの量。 デュアルメモリアクセス方式。 メモリ バス上のデータにアクセスするときに、コマンドと競合をキャッシュします。 マルチプロセッサ システムのメモリ空間。

機能要素コンピュータの一部として：メイン（動作）および外部メモリ、プロセッサ、入力および出力デバイス、通信デバイス。 それらの特徴。 テキスト エディター Word でテーブルに入力し、式を作成します。

システムバスの種類。 帯域幅タイヤ。

チケット番号 1 コンピューターの機能図。 コンピュータの主なデバイス、その目的 - ページ No. 1/6

に

コンピュータは、次の主要なデバイスで構成されています。

プロセッサは、呼ばれる一般的な命令の小さなセットを実行できます。 マシン コマンド。

コンピュータの操作は、一連のコマンド (プログラム) を実行することにあります。
2.メモリー 保管用 データ、それで プログラムそれらの処理

下 内部メモリコンピュータは、マザーボード上にある高速電子メモリとして理解するのが通例です。

内部メモリのもう 1 つの重要な部分 - 永続ストレージ デバイス（ROM）。特に、電源を入れたときにコンピュータを最初に起動するために必要な情報が格納されています。 名前が示すように、P3U の情報はコンピューターの状態に依存しません。

アドレスバス、情報が交換される必要なメモリセルまたはデバイスのアドレスが設定されています。

データバス、必要な情報が送信される場所;

制御バス、このプロセスを調整します（たとえば、このバス上の信号の1つにより、コンピューターはメモリとI / Oデバイスのアドレスを区別できます）。

チケット番号2

コンピュータの主な特性 (ビット深度、メモリ サイズ、速度、アドレス空間など)
1. プロセッサの主な特徴:
クロック周波数.

プロセッサー操作 (機械命令) は、個別の基本アクションで構成されます - サイクル。必要なサイクルを順番に実行するために、コンピュータには特別なパルス発生器があり、それぞれが機械命令の次のサイクルを開始します。 発生器からのパルスが頻繁に続くほど、固定数のサイクルで構成される操作が高速に実行されます。 クロック周波数は、1 秒あたりのパルス数によって決定され、単位で測定されます。 メガヘルツ- すなわち 毎秒百万パルス。 現時点では、ほとんどのクロック周波数 最新のプロセッサすでに 2000 MHz を超えています。 2GHz（2GHz）。

1 つのプロセッサで命令が 2 サイクルで実行され、もう 1 つのプロセッサで 3 サイクルで実行される場合、同じ周波数で最初のプロセッサは 1.5 倍速く動作します。 さらに、最新のコンピューター システムのパフォーマンスは、単一のプロセッサの速度だけでなく、作業の速度によっても決まることを忘れてはなりません。 残りコンピューターノード、さらにはシステム全体をまとめて編成する方法さえあります。 高速プロセッサたとえば、遅い作業メモリを待機して、常にアイドル状態になります。 または別の例-RAMの量を単純に増やすだけで多くのことが得られます より大きな効果プロセッサをより高速なものに交換するよりも。
ビット深度- プロセッサによって同時に処理されるビット数。 為に 現代モデルそれは 32 です。しかし、物事はそれほど単純ではありません。 実際には、前述のプロセッサの「内部」ビット深度に加えて、プロセッサが制御するデータ バスのビット幅とアドレス バスのビット幅もあります。

これらの機能は常に一致するとは限りません。

アドレスバス幅 R プロセッサがサポートできるメモリの最大量を指定します。 この特性はアドレス空間のサイズと呼ばれ、簡単な式で計算できます。 2 R . 本当、 R 2進数を使用すると、そのような数の非反復数を取得できます。つまり、 の この場合メモリアドレス。

音量

最小 最新のコンピュータがメモリに書き込める情報の部分は、8 ビット、つまり 1 バイトです。 このことから、メモリの総量はバイト単位またはそれから派生した単位で測定する必要があることが明らかになります。 パソコンのメモリ容量は急速に増加しています。 最初のモデルは 16 ビットのアドレス空間を持っていたので、メモリの量は 2 16 = 64 KB です。 今はほとんど買えない 新しいコンピュータ RAM が 32 ～ 64 MB 未満の場合。

パフォーマンス。

このパラメーターは、データの書き込みまたは読み取りにかかる時間によって決まります。 それは、動作原理と記憶素子の製造技術に依存します。

キャッシュ. 「キャッシュ」という名前は英語の単語に由来します キャッシュ, これは、隠れ場所または偽装された倉庫を意味します (特に、この言葉は、帰路のために遠征隊が残した食料、または動物が冬のために作成する穀物や蜂蜜などの製品の在庫を指します)。 キャッシュの「機密性」は、キャッシュがユーザーには見えず、そこに格納されたデータにアプリケーション ソフトウェアがアクセスできないという事実にあります。 プロセッサはキャッシュを使用し、RAM から抽出したデータとプログラム コマンドをそこに配置し、情報が抽出された場所のアドレスを特別なディレクトリに記憶します。 このデータが再度必要になった場合、RAM にアクセスする時間を無駄にする必要はありません。キャッシュからはるかに高速に取得できます。 キャッシュは RAM の量に比べてかなり小さいため、そのコントローラー (制御回路) が注意深く監視します。 あたりどのデータを保持する必要があるか の使用頻度の低い、またはまったく使用されていない情報が削除されます。 キャッシュメモリは非常に 効果的なツールコンピューターのパフォーマンスを向上させます。
チケット番号3

モデルの形式化。 形式化の例を挙げてください (たとえば、記述モデルから数学モデルへの変換)。

私たちは理解します モデルモデリングの目的に不可欠なプロパティを持ち、これらの目的の枠組み内で元のオブジェクトを完全に置き換える、元のオブジェクトとは異なる別のオブジェクト (実、記号、または仮想)。
モデリング- 構築プロセス 正式なモデルシミュレートされた現象を研究するための実際の現象とその使用。

モデルが定式化されると、その研究のための方法とツールが選択されます。 問題の形式化されたステートメントに応じて、パッケージ アプリケーションプログラム(オフィス - MS Excel、MS Access など、特殊な数学 - MathLab、Mathematica など)、またはプログラミング言語 (Pascal、C、Fortran、BASIC など)。 選択したツールに応じて、で実装されている既製のソリューション メソッドのいずれかを使用できます。 この製品、または選択したメソッドのプログラムを作成します。

1 つまたは別のプログラミング言語が問題を解決する手段として機能する場合 (ただし、これは数学パッケージにも当てはまります)、次の段階はアルゴリズムの開発とコンピューター プログラムのコンパイルです。 ここでは、誰もが独自の方法で行動します。これは創造的で形式化するのが難しいプロセスです。 現在、最も一般的なのは、構造化プログラミングとオブジェクト指向プログラミングの方法です。 プログラミング言語の選択は、通常、プログラマーの経験、いくつかの標準ルーチンと利用可能なライブラリーの存在によって決定されます。

プログラムをコンパイルした後、それを使用して最も単純なテスト問題を (できれば既知の答えで) 解決し、重大なエラーを排除します。 プロのテストは非常に難しいプロセスです。 私たちの場合、非常に単純化された手順を使用する必要があります。 次に、実際の数値実験を行い、モデルが実際のオブジェクト (プロセス) に対応しているかどうかを調べます。 コンピュータ上で得られたプロセスの主な特性が実験的な特性と一定の精度で一致する場合、モデルは実際のプロセスに適しています。

結果が実験データや私たちの直感と一致する場合、プログラムに従って計算が実行され、データが蓄積され、それに応じて処理されます。 多くの場合、知覚に便利な結果の表示形式は、値の表ではなく、グラフやチャートです。 数値を分析的に与えられた関数に置き換えようとすることがありますが、その形式は実験者によって決定されます。 処理されたデータは、最終的に実験に関するレポートに入ります。

意味のある問題を解決する例を考えてみましょう。

この問題は、許容できる形式で書くことによって形式化する必要があります。 問題を解くときは、空気抵抗を考慮してください。 初速度はゼロと仮定します。

問題の記述は具体的でなければならないため、人がどのように転倒するかについての合意を受け入れます。 このパイロットは経験豊富で、おそらく以前にパラシュートジャンプを行った可能性が高いため、「兵士」のように落ちるのではなく、うつぶせになり、「横になって腕を横に広げます。

この場合の計算式は、ニュートンの第 2 法則に基づいて得られます。 一般的な見解こんな風に見える：

.

させて t = 80（マスメジャー）、 に G 私たちの場合、（参考書から）0.55にほぼ等しい。

議論すべき問題は、すべてのパラメータが与えられている場合、時間に伴う速度と変位の変化の性質は何ですか?

常識的な考察から、速度とともに増大する抵抗が存在する場合、ある時点で抵抗力が重力と等しくなり、その後は速度が増加しなくなることは明らかです (パイロットがその前に着陸しない場合)。

P

スプレッドシート MS Excel でソリューションを提示します。 以下は、数式表示モードの表の一部です。
スプレッドシート プロセッサを使用すると、計算の結果をグラフの形式で表示できます。これは、多くの場合、数値で埋められた表よりもはるかに有益です。

それでは、問題で提起された質問に答えましょう。 この事実は知られています。アメリカ人のスタントマンの 1 人が 75 m の高さ (ブルックリン橋) から水に飛び込み、着水速度は 33 m/s でした。 この値を、計算で得られた最終速度である 37.7 m/s と比較すると、映画で説明されているエピソードが非常に現実的であると考えることができます。

したがって、実際には、プロセスと現象のコンピューターモデリングにより、意味のある実用的な問題の大規模なクラスの解決策を得ることができます。 伝統的な方法不可能または費用がかかる。

為に 仕事外部メモリが必要 ドライブ(デバイス、記録および（または）情報の読み取り）およびストレージデバイスの提供 - キャリア。

情報担体のタイプと技術的性能に関連して、電子、ディスク、およびテープデバイスが区別されます。
ストレージの種類:

• 
  フロッピーディスク (フロッピー ディスク) (直径 3.5 インチで 1.44 MB、直径 5.25 インチで 1.2 MB (現在は廃止されており、実際には使用されていません。5.25 インチ ディスク用に設計されたドライブも廃止されています)) 、リムーバブル メディア用のドライブ。
• 
  ハード磁気ディスク (難しい ディスク);
• 
  ストリーマーやその他の NML (磁気テープ ドライブ) 用のカセット。
• 
  CD-R ディスク OM、CD-R、CD-RW、DVD。
• 
  フラッシュ ドライブ。

ドライブとメディアの主な特徴:

• 
  情報容量;
• 
  情報交換の速度;
• 
  情報ストレージの信頼性;
• 
  価格。

動作原理 磁気記憶装置物質の磁気特性を利用して情報を保存する方法に基づいています。 磁気記憶装置は、 情報を読み書きするためのデバイスと 磁気キャリア、どの情報に書き込まれ、どの情報から読み取られるか。

ディスクメディアは、原則として、同心円状のフィールドに沿って磁化されます-ディスク状の回転メディアの平面全体に沿ってトラックが配置されます。 録音は デジタルコード. 磁化は、読み取り/書き込みヘッドを使用して交番磁場を作成することによって実現されます。 ヘッドは、コアを備えた 2 つ以上の磁気制御回路であり、その巻線には交流電圧が供給されます。 電圧の大きさが変化すると、磁気誘導線の方向が変化します。 磁場キャリアが磁化されると、情報ビットの値が 1 から 0 または 0 から 1 に変化することを意味します。

ディスク デバイスは柔軟に分割されます (フロッピー ディスク) そして厳しい (難しい ディスク) ドライブとメディア。 ディスク磁気デバイスの主な特性は、物理および論理を使用して、同心の閉じたトラック上のメディアに情報を記録することです。 デジタルコーディング情報。 フラット ディスク メディアは読み取り/書き込みプロセス中に回転します。これにより、同心トラック全体が維持されます。読み取りと書き込みは、メディアの半径に沿って 1 つのトラックから別のトラックに配置された磁気読み取り/書き込みヘッドを使用して実行されます。

為に オペレーティング·システムディスク上のデータは次のように編成されます トラックと セクター。 トラック(40 または 80) は、ディスク上の狭い同心リングです。 各トラックは、 セクター。読み取りまたは書き込みの場合、デバイスは、要求された情報の量に関係なく、常に整数のセクターを読み取りまたは書き込みます。 フロッピー ディスクのセクター サイズは 512 バイトです。 シリンダー- これは、ヘッドを動かさずに情報を読み取ることができるトラックの総数です。 フロッピー ディスクには 2 つの面しかなく、フロッピー ディスク ドライブには 2 つのヘッドしかないため、 フロッピーディスクシリンダーごとに 2 つのトラックがあります。 ハード ドライブには、それぞれに 2 つ (またはそれ以上) のヘッドを備えた多数のプラッターを含めることができるため、シリンダーごとに多くのトラックがあります。 集まる（また データ位置セル)- ファイルの書き込み時にオペレーティング システムが使用するディスクの最小領域。 通常、クラスタは 1 つまたは いくつかのセクター。

フロッピーディスクは使用前にフォーマットする必要があります。 その論理的および物理的構造を作成する必要があります。

動作原理 ハードドライブ GMD のこの原則に似ています。

• 
  直径 ディスク。ディスク直径が 2.2、2.3、3.14、および 5.25 インチの最も一般的なドライブ。
• 
  番号 表面- 軸上に配置された物理ディスクの数を決定します。
• 
  気筒数- 1 つのサーフェスにいくつのトラックを配置するかを決定します。
• 
  セクタ数- ドライブのすべての面のすべてのトラック上のセクターの総数。
• 
  トラックあたりのセクター数- 1 トラックの総セクタ数。 最新のドライブの場合、インジケーターは条件付きです。これは、外部トラックと内部トラックのセクター数が等しくなく、デバイス インターフェイスによってシステムとユーザーから隠されているためです。
• 
  あるトラックから別のトラックへの移行時間通常は 3.5 ～ 5 ミリ秒で、最速のモデルは 0.6 ～ 1 ミリ秒です。 このインジケータは、ディスク デバイス上の一連のランダムな読み取り/書き込みプロセスの中で最も長いプロセスであるトラックからトラックへの移行であるため、ドライブの速度を決定するインジケータの 1 つです。
• 
  セットアップ時間または検索時間- デバイスが読み取り/書き込みヘッドを任意の位置から目的のシリンダーに移動するのにかかる時間。
• 
  転送速度、とも呼ばれている スループット、ヘッドが所定の位置に配置された後、データがディスクから読み取られる、またはディスクに書き込まれる速度を決定します。 これは、1 秒あたりのメガバイト数 (Mbps) または 1 秒あたりのメガビット数 (Mbps) で測定されます。
• 
  」はコントローラーとインターフェースの特徴です。現在、4G6～200Gbの容量を持つHDDが主に使用されています。

リムーバブル ハード ドライブの一種に Jaz ドライブがあります。 使用するカートリッジの容量は 1 GB または 2 GB です。 欠点は、カートリッジのコストが高いことです。 主な用途はデータのバックアップです。

磁気テープ ドライブ (ほとんどの場合、このようなデバイスは ストリーマー)ミニカセットに録音。 このようなカセットの容量は 40 Mb から 13 Gb、データ転送速度は 2 から 9 Mb/分、テープ長は 63.5 から 230 m、トラック数は 20 から 144 です。

CD-ROMは 光メディア最大 650 MB のデータを保存できる読み取り専用の情報。 CD-ROM 上のデータへのアクセスは、フロッピー ディスク上のデータよりも高速ですが、ハード ドライブ上のデータよりも低速です。

直径 120 mm (約 4.75 インチ) の CD はポリマーでできており、金属フィルムで覆われています。この金属フィルムから情報が読み取られ、この金属フィルムはデータを損傷から保護するポリマーで覆われています。 -両面記憶媒体。

情報は、アルミニウム層から反射された低出力放射の強度の変化を登録することによって、ディスクから読み取られます。 レーザ。レシーバーまたは光センサーは、ビームが滑らかな表面から反射されるか、散乱されるか、吸収されるかを決定します。 ビームの散乱または吸収は、記録プロセス中にくぼみが作成された場所で発生します。 光センサーは散乱ビームを感知し、この情報は電気信号の形でマイクロプロセッサに送られ、マイクロプロセッサはこれらの信号をバイナリ データまたは音に変換します。

CD-ROM からの情報の読み取り速度と、音楽ディスクからの情報の読み取り速度 (150 Kb/s) を 1 つとして比較します。 今日まで、最も一般的なのは52スピードのCD-ROMドライブです（読み取り速度 - 7500 Kb / s）。

CD-R (CD-Recordable) ドライブを使用すると、独自の CD を作成できます。

より一般的なのは、書き込みと再書き込みが可能な CD-RW ドライブです。 CD-RW ディスク、CD-R ディスクへの書き込み、CD-ROM ディスクの読み取り、つまり ある意味普遍的です。

略語DVDはの略です デジタル 多用途 ディスク、つまり ユニバーサルデジタルディスク。従来の CD と同じ寸法で、動作原理も非常に似ているため、4.7 GB から 17 GB という非常に大量の情報を保持できます。 おそらく正確には 大容量それはユニバーサルと呼ばれます。 確かに、今日、DVD ディスクは、ビデオ フィルム (DVD-Video または単に DVD) と超大規模データベース (DVD-ROM、DVD-R) の保存の 2 つの領域でのみ実際に使用されています。

容量のばらつきは次のように発生します: CD-ROM とは対照的に DVDディスク両面に書かれています。 さらに、各面に 1 層または 2 層の情報を適用できます。 したがって、片面単層ディスクの容量は4.7 GB（DVD-5と呼ばれることが多い、つまり、容量が約5 GBのディスク）、両面単層ディスク-9.4 GB（DVD-10）です。 、片面 2 層ディスク - 8.5 GB (DVD-9)、および両面 2 層 _ 17 GB (DVD-18)。 保存する必要があるデータの量に応じて、DVD ディスクのタイプが選択されます。 もし 私たちは話している映画について言えば、両面ディスクには同じ画像の 2 つのバージョンが保存されることがよくあります。1 つはワイドスクリーン、もう 1 つは従来のテレビ形式です。

というわけで、主な外部記憶装置とその特徴をまとめてみました。

で 最近勢いを増している 新しい種類ドライブ - フラッシュ メモリ。 このようなドライブは、操作中にコンピューターに簡単に接続でき、回転ディスクがなく、サイズが小さく、容量が数百 MB あります。

チケット番号2。 一般的なスキームコンピューター。 コンピューターの主なデバイスとその機能。

コンピュータ上で動作するマシンです 電気ネットワーク相互接続されたブロックで構成され、情報の入力、保存、処理、および出力用に設計されています。

PCのハードウェア基盤は システム (マザーボード) ボード、それはほとんどをホストします 重要な要素 PC、プロセッサと残りの部分を接続するハイウェイがあります 電子部品コンピューター。

標準構成 - システムユニット、モニター、キーボード、マウス。

使用することで キーボード英数字データを入力し、PC の操作を制御します。 入力デバイスを指します。 国別アルファベット モードで作業するには、次を使用します。 特別番組- キーボード ドライバー。

モニター画面にテキストとグラフィック情報を表示するように設計されています。 モニターは、特別な制御によって制御されます。 ハードウェア デバイス– 2 を提供するビデオ アダプタ 可能なモード- テキストとグラフィック。 一緒に仕事をする マルチメディア アプリケーションの リアルモード適切なビデオ アダプタを使用することが望ましいです。

ねずみ- ほとんどのソフトウェア製品での作業を容易にするカーソル制御デバイスです。

プリンター従来の出力から紙に情報を表示するように設計されています テキスト情報複合施設を建設する前に グラフィック画像. 印象の取得方法によると、プリンターは次のように分類されます。 マトリックス, ジェット, レーザ. インクジェットはより多くを提供します 高品質印刷 (カラーで印刷する機能) と速度。 レーザープリンターは、印刷に近い印刷品質を実現し、速度が速く、大量の連続印刷が可能です。

スキャナ- 情報（テキスト、図、写真）を入力するためのデバイス。

モデムネットワークを介した PC 通信とデータ転送を提供します。

プロッター -グラフ、ダイアグラムを表示するためのデバイス。

ソース 無停電電源装置 - ネットワークの電圧変動中のコンピュータの動作を保証します (完全なシャットダウンまで)。

結論 音情報アコースティックを使って演奏 スピーカーまたはヘッドフォンサウンドカードの出力に接続。

サウンド情報を入力するには、サウンド情報が意図されています マイクロフォンサウンドカードの入力に接続されています。

システムユニット：

マイクロプロセッサー (MP) – マシンの「頭脳」は、計算、情報処理、および PC の動作の制御を行うように設計されています。 プロセッサは処理できます 異なる種類情報: 数値、テキスト、グラフィック、ビデオ、サウンド。 彼は 電子機器したがって、さまざまな種類の情報を一連の電気インパルスの形で処理する必要があります。 このようなパルスは、0 と 1 のシーケンスとして書き込むことができます。 機械語. プロセッサは、算術演算を実行できるデバイスと考えることができます。 論理演算 0 と 1 で表されるオーバー ナンバー。

PC に入力された情報は、PC メモリに保存されます。 メモリー-これは、番号が付けられた特別な電子セルのセットであり、セル番号はそのセル番号と呼ばれます 住所。メモリーは、永続 (ROM) と操作 (RAM) の 2 つのデバイスによって提供されます。 ROMの容量は非常に小さいですが、そこに記録されたプログラムは永久に保存されます。 RAM は最大数 GB の容量があり、PC の電源を切ると情報が失われます。

HDD(ウィンチェスター) を対象としています 永久保存情報。

フロッピー ディスクは、PC 間でプログラムやデータを交換するために使用されます。フロッピー ディスクから読み書きできるデバイスは、フロッピー ドライブと呼ばれます。

CD、DVD CDへの読み書きを可能にし、 フラッシュメモリー保存して記録することができます 大ボリューム情報。

ディスクを参照するには、A:、ハード ドライブ C:、D: などの指定が使用されます。

現代のパーソナル コンピューター (PC) のアーキテクチャは、以下に基づいています。 トランクモジュラー原理.

コンピュータのアーキテクチャは、そのデバイスのセット、つまりデバイスを相互接続する方法 (構造) として理解されます。 PC アーキテクチャは、データ処理プロセスに割り当てることができるリソースを決定します。

モジュール PC は相対的に呼び出されます 独立したデバイスコンピュータ (プロセッサ、RAM、コントローラ、ディスプレイ、プリンタ、スキャナなど)

モジュールの原則により、ユーザーは必要なコンピューターの構成を完了し、必要に応じてアップグレードすることができます。

システムのモジュール構成は以下に基づいています トランク（バス）の原理情報交換。 コンピュータ デバイスは、情報ハイウェイによって相互接続されています。 その中で、システム ハイウェイは特別な役割を果たします。

システムハイウェイまた システムバス 一緒に接続する電子線のセットです 中央デバイス(プロセッサー、RAM) と周辺機器 (キーボード、プリンター、ハード ドライブなど) をインターフェイス デバイス (アダプター、コントローラー) を介して接続します。

システム バスは、モジュールを接続する 3 つのマルチビット バスを介して情報を交換します。

データバス、

アドレスバス、

コントロールバス。

ビット深度 タイヤ データ決定 プロセッサ容量、つまり、プロセッサが1クロックサイクルで処理するビット数。

主な使用方法へ データバス以下を含めることができます。

RAMおよび外部ストレージデバイスからのデータの書き込み/読み取り;

入力デバイスからのデータの読み取り。

出力デバイスへのデータの送信。

つまり、データバスは 双方向.

データ交換加入者の選択は、コードを生成するプロセッサによって行われます 住所 この装置、および RAM の場合 - コード 住所メモリセル。 アドレスコードは アドレスバス、信号はプロセッサからデバイス、つまりアドレスバスに一方向に送信されます 一方向.

に 制御バス情報交換の性質を決定する信号と、情報交換に参加するデバイスの相互作用を同期させる信号が送信されます。

物理レベルでのバックボーンへのコンピュータ デバイスの接続は、次を使用して実行されます。 コントローラー、およびソフトウェアでは、ドライバーによって提供されます。

コントローラはプロセッサから信号を受信し、対応するデバイスがこの信号を受信して​​応答できるように復号化します。 プロセッサはデバイスの反応に責任を負わず、対応するコントローラのみが責任を負います。 したがって、外部 (周辺) PC デバイスは交換可能であり、そのようなモジュールのセットは任意です。

運転者オペレーティングシステムと対応するデバイスとの相互作用を保証するプログラムです コンピューティング システム(キーボードドライバー、プリンタードライバーなど)。

ドライバーは、サービス対象デバイスの割り込みを処理し、デバイスへの要求のキューを維持し、要求をデバイス制御コマンドに変換します。

2.1.1. コンピュータ
コンピューター サイエンスの授業で学習する重要なオブジェクトの 1 つはコンピューターです。コンピューターは、その主な機能である計算を実行することからその名前が付けられました (英語のコンピューター - 電卓)。
現代のコンピューターは、情報を操作するための汎用的な電子プログラム制御デバイスです。
コンピュータは、多種多様な情報を処理、保存、送信し、人がさまざまな活動で使用するなど、多くの目的に使用できるため、ユニバーサル デバイスと呼ばれます。
現代のコンピュータは処理できる 他の種類情報: 数字、テキスト、画像、音。 あらゆる種類の情報は、コンピューターでは次の形式で表されます。 バイナリコード- ゼロと 1 のシーケンス。 いくつかの方法 バイナリエンコーディング図に示されています。 2.1.

コンピュータで処理することを目的としており、バイナリ コードの形式で表示される情報は、一般にバイナリ データまたは単にデータと呼ばれます。 バイナリ データの主な利点の 1 つは、同じデータを使用してコピー、保存、および送信できることです。 普遍的な方法、ソース情報のタイプに関係なく。
テキスト、音声（音声、音楽）、画像（写真、イラスト）、画像シーケンス（映画、ビデオ）、および 3D オブジェクト前世紀の80年代に発明されました。 後で、数値、テキスト、グラフィック、およびサウンド情報のバイナリ エンコーディングの方法について詳しく説明します。 ここで重要なことは、コンピューター表現のシーケンス 1 と 0 が対応することを知ることです。 電気信号- "オンとオフ"。 コンピュータは、これらの信号を処理する多くの電子部品1で構成されているため、電子デバイスと呼ばれます。
コンピューターは、プログラム (問題を解決するためにデータに対して実行する必要がある一連のコマンド) に従ってデータを処理します。 のように、プログラムはコンピューターではバイナリ コードとして表されます。 コンピュータは、インストールされたプログラムの制御下で操作が実行されるため、ソフトウェア制御デバイスと呼ばれます。 それ プログラムの原則パソコン作業。
最新のコンピューターには、部屋全体を占有し、 同時作業手のひらサイズのミニコンへ（図2.2）。



今日、最も一般的なタイプのコンピュータは パソコン(PC) - 1 人の作業用に設計されています。

2.1.2. コンピュータ機器とその機能
どのコンピュータも、プロセッサ、メモリ、入出力デバイスで構成されています。 これらのデバイスによって実行される機能は、ある意味で、思考する人の機能に似ています (図 2.3)。



しかし、そのような明らかな類似性でさえ、人が自分の行動を自分で制御し、コンピューターの仕事がそれに埋め込まれたプログラムの影響を受けるという理由だけで、人を機械で識別することはできません。

CPU
コンピューターの中心的なデバイスは . データの受信、RAMからの次のコマンドの読み取り、その分析と実行、および必要なデバイスへの作業結果の送信を整理します。 プロセッサの主な特徴は、クロック周波数とビット深度です。
プロセッサは、受信した電気信号 (パルス) を処理します。 連続する 2 つの電気インパルス間の時間間隔はビートと呼ばれます。 各操作のプロセッサによる実行のために割り当てられます 一定量サイクル。 プロセッサのクロック周波数は、1 秒間に生成されるデータ処理のサイクル数に等しくなります。 クロック速度はメガヘルツ (MHz) で測定されます - 毎秒数百万サイクル。 クロック速度が高いほど、コンピューターの実行速度が速くなります。 最新のプロセッサのクロック周波数は、すでに 1000 MHz = 1 GHz (ギガヘルツ) を超えています。
プロセッサ速度は 最大長同時に処理または送信できるバイナリ コード。 最新のコンピューターのプロセッサーのビット深度は 64 に達します。

メモリー
コンピュータのメモリは、データの記録 (受信)、保存、および発行用に設計されています。 檻の中のシートの形を想像してみてください。 次に、このシートの各セルはメモリを表します-コンピューターメモリの最小要素です。 このような「セル」はそれぞれ、0 または 1 の 2 つの値のいずれかを格納できます。ご存知のように、2 文字のアルファベットの 1 文字は 1 つの情報を運びます。 したがって、メモリの 1 ビットには 1 つの情報が含まれます。
内部と外部を区別します。
内部と呼ばれ、コンピューターに組み込まれ、プロセッサによって直接制御されます。 内部メモリには、現在実行中のプログラムと、そのために必要なプログラムが格納されています。 内部コンピュータプロセッサへの送信とプロセッサからの受信を、処理とほぼ同じ速度で行うことができます。 したがって、それ以外の場合、内部は操作可能 (高速) と呼ばれます。 最新のコンピューターの RAM の量は、ギガバイト単位で測定されます。
RAMに保存される形の電気インパルスは、コンピューターの電源が入っている場合にのみ存在します。 コンピュータの電源を切ると、RAM に含まれているすべてのものが失われます。
コンピュータの内部メモリには、読み取り専用のメモリ デバイスである ROM も含まれています。 電源投入時のコンピュータの初期起動に必要な情報を格納します。 コンピュータの電源を切ると、ROM が保存されます。
プログラムやデータの長期保存には、外部 (長期) . 外部はあなたが保存することができます 巨大なボリューム情報。 外部メモリの情報は、コンピュータの電源をオフにしても保持されます。 ストレージ メディアを区別する - 磁気と 光ディスク、不揮発性電子ディスク (フラッシュ メモリ カードおよびフラッシュ ドライブ) およびドライブ (ドライブ) - メディアにデータを提供し、メディアからデータを読み取るデバイス。 リジッド - 結合するデバイス

A・P・シェスタコフ

膨大な種類のコンピューター技術とその異常に急速な進歩にもかかわらず、機械設計の基本原則はほとんど変わっていません。 特に、コンピュータは最初の世代から、プロセッサ、メモリ (内部および外部)、および情報の入出力デバイスという主要なデバイスで構成されています。 それぞれの目的をさらに詳しく考えてみましょう。

プロセッサはコンピュータの主要なデバイスであり、あらゆる種類の情報を実際に処理します。 プロセッサのもう 1 つの重要な機能は、コンピュータを構成するすべてのノードの調整された動作を保証することです。 したがって、プロセッサの最も重要な部分は、算術論理演算ユニット ALU と制御ユニット CU です。

各プロセッサは、明確に定義された一連のユニバーサル命令を実行できます。これは、ほとんどの場合、マシン命令と呼ばれます。 このセットが正確に何であるかは、特定のプロセッサのデバイスによって決まりますが、それほど大きくはなく、さまざまなプロセッサで基本的に同じです。 コンピュータの仕事は、プログラムの形で用意された一連のコマンドを実行することです。 プロセッサは、次のコマンドの読み取り、その分析と実行を整理し、必要に応じてデータを受信したり、処理の結果を必要なデバイスに送信したりできます。 プロセッサ自体も、次に実行するプログラム命令を選択する必要があり、この選択の結果は、その時点で処理されている情報に依存することがよくあります。

プロセッサの内部には、処理されたデータと一部のサービス情報を格納するための特別なセル (レジスタ) が常に存在しますが、意図的にプログラムを格納する場所を提供していません。 この重要な目的のために、コンピューターでは別のデバイス、つまりメモリが使用されます。 最も重要なタイプのみを検討します。 コンピュータのメモリ、その範囲は常に拡大しており、ますます新しいタイプが補充されているためです。

メモリは全体として、データとそれらを処理するためのプログラムの両方を格納するように設計されています。フォン ノイマンの基本原理によれば、単一のデバイスが両方のタイプの情報に使用されます。

最初のコンピューターから始めて、メモリはすぐに内部と外部に分割され始めました。 歴史的には、プロセッサ キャビネットの内側または外側に配置することが実際に行われてきました。 しかし、マシンのサイズが小さくなるにつれて、メイン プロセッサ パッケージ内により多くのデバイスを配置できるようになり、この分割の本来の直接的な意味が次第に失われました。 ただし、用語は保持されています。

現代のコンピューターの内部メモリの下では、マザーボードにある高速電子メモリを理解するのが通例です。 現在、そのようなメモリは最新の半導体技術に基づいて製造されています（以前は、フェライトコアに基づく磁気デバイスが使用されていました-特定の物理的原理が重要ではないという別の証拠）。 内部メモリの最も重要な部分は、RAM - ランダム アクセス メモリと呼ばれます。 その主な目的は、現在解決されているタスクのデータとプログラムを保存することです。 おそらく、すべてのユーザーは、電源がオフになると RAM の内容が完全に失われることを知っています。 RAMに加えて、最新のコンピューターの内部メモリの構成には、最初の知り合いでスキップできる他のタイプのメモリも含まれています。 ここでは、特に、電源を入れた瞬間にコンピュータを最初に起動するために必要な情報を格納する読み取り専用メモリ (ROM) についてのみ説明します。 その名前から明らかなように、ROM 内の情報はコンピューターの状態に依存しません (理解を深めるために、ROM 内の情報と生物の「生まれつきの」無条件反射との類似点を指摘できます。 ）。 以前は、ROMの内容は工場で完全に形成されていましたが、現在の最新のテクノロジーにより、必要に応じてコンピューターボードから取り外さずに更新することができます。

外部メモリは、さまざまな情報記憶装置の形で実装され、通常は独立したブロックの形で設計されています。 まず第一に、これにはフロッピーおよびハード磁気ディスク ドライブ (後者はハード ドライブと呼ばれることが多い)、および光学ドライブ (CD ROM を操作するためのデバイス) を含める必要があります。 外部メモリ デバイスは機械的に可動する部品で設計されているため、完全に電子化された内部メモリよりも速度が大幅に遅くなります。 ただし、外部メモリを使用すると、後で使用するために大量の情報を保存できます。 外部メモリ内の情報は、主にコンピュータ自体を対象としており、コンピュータにとって便利な形式で保存されていることを強調します。 たとえば、マシンを使用しない人は、マークのないフロッピー ディスクや CD ROM ディスクの内容をリモートで想像することさえできません。

最新のソフトウェア システムは、内部メモリと外部メモリを 1 つの全体に結合することができ、ほとんど使用されない情報が低速で動作する外部メモリに取り込まれるようになっています。 この方法により、コンピュータが処理する情報量を大幅に拡大することができます。

プロセッサにメモリが追加されている場合、そのようなシステムはすでに動作している可能性があります。 その本質的な欠点は、そのようなシステムでのイベントについて何かを知ることができないことです. 結果に関する情報を取得するには、コンピュータに出力デバイスを追加して、人間の知覚にアクセス可能な形式で表示できるようにする必要があります。 最も一般的な出力デバイスは、テキストとテキストの両方を画面にすばやく効率的に表示できるディスプレイです。 グラフィック情報. 結果を紙にコピーするために、印刷装置またはプリンターが使用されます。

最後に、ユーザーはしばしば新しい情報をコンピュータ システムに入力する必要があるため、入力デバイスも必要になります。 最も単純な入力デバイスはキーボードです。 グラフィカル インターフェイスを備えたプログラムの普及は、別の入力デバイスであるマウスの普及に貢献しました。 最後に、コンピューターに情報を自動的に入力するための非常に効果的な最新のデバイスはスキャナーです。これにより、写真を紙からグラフィックコンピューターファイルに変換できるだけでなく、特別なツールの助けを借りて ソフトウェア読み取った画像内のテキストを認識し、通常のテキスト エディターでの編集に適した形式で保存します。

コンピューターの基本的なデバイスとその機能がわかったので、それらがどのように相互作用するかを調べる必要があります。 これを行うには、図に示す最新のコンピューターの機能図に目を向けます。

コンピュータの主要なデバイスを相互に接続するために、通常はエンジニアがバスと呼​​ぶ特別な情報ハイウェイが使用されます。 タイヤは次の 3 つの部分で構成されています。

情報が交換される必要なメモリセルまたはデバイスのアドレスを設定するアドレスバス。

必要な情報が実際に送信されるデータバス。 そして最後に

このプロセスを調整する制御バス（たとえば、このバス上の信号の1つにより、コンピューターはメモリとI / Oデバイスのアドレスを区別できます）。

例として、プロセッサがメモリ セルの内容を読み取る方法を考えてみましょう。 バスが現在空いていることを確認した後、プロセッサは必要なアドレスをアドレス バスに配置し、必要なサービス情報 (操作 - 読み取り、デバイス - RAM など) を制御バスに設定します。 現在、彼は RAM からの応答を待つことしかできません。 後者は、バス上でアドレス指定された情報を読み取る要求を「見て」、必要なセルの内容を抽出してデータバスに配置します。 もちろん、実際のプロセスはもっと詳細ですが、今は技術的な詳細には関心がありません。 特定の条件下で特定の補助機器が存在する場合、たとえば入力デバイスと内部メモリの間など、プロセッサが直接関与することなく、バスを介した交換が発生する可能性があることに特に注意してください。

また、実際に説明した機能スキームははるかに複雑になる可能性があることも強調します。 最新のコンピューターには、協調して動作する複数のプロセッサ、個々のデバイス間の直接情報チャネル、相互作用する複数の高速道路などが含まれている場合があります。 ただし、最も一般的なスキームを理解すれば、特定のコンピューター システムを理解しやすくなります。

トランク構造により、特定のユーザーに必要な外部デバイスを正確にコンピューターに簡単に接続できます。 そのおかげで、標準ブロックから任意の個々のコンピューター構成を組み立てることが可能です。

参考文献

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