Введение
В настоящее время уровень развития информационно-технических средств обработки, хранения и передачи информации развит настолько, что их использование встречается практически во всех сферах деятельности человека. Современные условия развития общества требуют от специалистов быстрого поиска и принятия правильных решений сложившихся задач. Основным средством, выступающим в роли помощника, в подобных случаях является компьютер. Вследствие широкого распространения компьютеров и информационного бума, который переживает человечество, с азами информатики должен быть знаком всякий грамотный современный человек. [1]
Важная роль информатики заключается в том, что она, по существу, является научным фундаментом процесса информатизации современного общества. Потребность в ней как образовательной дисциплине заключается в социальном заказе на подготовку специалистов с новым мировоззрением. Оно основано на понимании роли информации, знании новейших и перспективных информационных и вычислительных технологий, систем и сетей.[6]
На данный момент сложнейшие вычислительные задачи, как и множество других операций, казалось бы, не связанных с числами, решаются именно с помощью компьютеров.
Современный компьютер -- это универсальное многофункциональное электронное автоматическое устройство для работы с информацией. Компьютеры в современном обществе взяли на себя значительную часть работ, связанных с информацией. По историческим меркам компьютерные технологии обработки информации еще очень молоды и находятся в самом начале своего развития, однако уже сегодня они преобразуют или вытесняют традиционные процессы обработки информации. [4]
1. Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера
Персональный компьютер -- универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В таком комплекте компьютер обычно поставляется. Понятие базовой конфигурации может меняться. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства
* системный блок;
* монитор;
* клавиатура;
* мышь.
Системный блок.
Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, -- внешними, Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.
Корпуса персональных компьютеров поставляются вместе с блоком питания и, таким образом, мощность блока питания также является одним из параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной является мощность блока питания 250-300 Вт. Размеры и тип системного блока тесно связаны с используемой системной платой. В зависимости от ее рабочего расположения в блоке (горизонтального или вертикального) корпуса подразделяются на два типа: десктоп (desktop -- настольный) и башня (tower). В настоящее время наибольшее развитие получили системные блоки в виде башни (Рис. 1) с вертикальным размещением материнской платы.
Рис. 1
Внутренние устройства системного блока
Материнская плата
Материнская плата -- основная плата персонального компьютера (рис. 2). На ней размещаются:
* npoцeccop -- основная микросхема, выполняющая больщинство математических и логических операций;
* микропроцессорный комплект (чипсет) -- набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы;
* шины - наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера (шина данных, адресная шина, командная шина);
* оперативная память (оперативное запоминшощее устройство, ОЗУ) -- набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компью-тер включен;
* ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) -- микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;
* разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).
Рис. 2
Адресная шина. У процессоров семейства Реntium (а именно они наиболее pacпpостранены в пеpcoнальных компьютерах) адресная шипа 32-pазрядная, то есть состоит из 32 параллельных проводников. В зависимости от того, есть напряжение на какой -то из линий или нет, говорят, что на этой линии выставлена единица или ноль. Комбинация из 32 нулей и единиц образует 32-разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. К ней и подключается процессор для копирования данных из ячейки в один из своих регистров.
Шина данных. По этой шине пpoисхoдит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В современных персональных компьютерах шина данных, как правило, 64-разрядная, то есть состоит из 64 линий, по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 байтов.
Шина команд. Для того чтобы пpoцеccop мог обрабатывать данные, ему нужны команды. Oн должен знать, что следует сделать с теми байтами, которые хранятся в его регистрах. Эти команды поступают в процессор тоже из оперативной памяти, но не из тех областей, где хранятся массивы данных, а оттуда, где хранятся пpoграммы. Команды тоже представлены в виде байтов Самые простые команды укладываются в один байт, однако есть и такие, для которых нужно два, три и более байтов. В большинстве современных процессоров шина команд 32-разрядная, хотя существуют и 64-разрядные процессоры и даже 128-разрядные.
Процессор.
Процессор основная микросхема компьютера, на которой и производятся все вычисления. Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках данные могут не толькo храниться, нo и изменяться.
Внутренние ячейки процессора называют регистрами. Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах. Среди регистров процессора есть и такие, которые в зависимости от своего содержания способны модифицировать исполнение команд. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом ocнoвано исполнение программ.
Оперативная память.
Оперативная память (RAM -- Random Access Memory) -- это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Существует много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM) .
Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти.
Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронные микро-элементы -- триггеры, состоящие из нескольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и, соответственно, дороже.
Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используют в качестве вспомогательной памяти (так называемой кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора.
Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который выражается числом. В большинстве современных процессоров предельный размер адреса обычно составляет 32 разряда, а это означает, что всего независимых адресов может быть 232. Одна адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек, в которых можно сохранить 8 бит, то есть один байт данных.
Внешняя память
Жёсткий диск -- основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. На самом деле это не один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью.
Таким образом, этот диск имеет не две поверхности, как должно быть у обычного плоского диска, а 2n поверхностей, где n-- число отдельных дисков в группе. Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения-записи данных.
Видеокарта (видеоадаптер)
Видеокарта (видеоадаптер, графические адаптер, графическая плата) (рис. 3) -- обязательное устройство ПЭВМ, предназначенное для формирования, обработки изображения и выдачи его на экран монитора. Основным параметром в этих стандартах являются разрешение (число пикселов по горизонтали и вертикали), число одновременно отображаемых на экране цветов и частота кадровой развертки.
Все современные видеосистемы (видеоадаптер и монитор) работают в текстовом и графическом режимах. В текстовом режиме экран монитора по горизонтали и вертикали разделяется на отдельные позиции, содержащие группу пикселов, число которых достаточно для вывода одного знака (символа). Для преобразования кодов символов в точечные изображения на экране служит знакогенератор, который представляет собой ПЗУ с построчными изображениями символов. При получении кода сим-вола знакогенератор формирует на выходе соответствующую ему двоичную последовательность, которая затем преобразуется в видеосигнал. Текстовый режим в современных ПЭВМ используется только на этапе начальной загрузки операционных систем. В графическом режиме каждая точка изображения (пиксел) кодируется от 1 бит (монохромный режим) до 32 бит (цветной режим).
Максимальное разрешение и количество воспроизводимых цветов конкретной видеосистемы, в первую очередь, зависят от общего объема видеопамяти и числа бит, приходящихся на один элемент изображения.
Рис. 3
Монитор
Монитор -- устройство визуального представления данных. Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его основными потребительскими параметрами являются; тип, размер и шаг маски экрана, максимальная частота регенерации изображения, класс защиты.
Сейчас наиболее распространены плоские жидкокристаллические (ЖК) (рис. 4).
Принцип работы жидкокристаллического монитора (ЖК-монитора), или LCD-монитора (Liquid Cristal Display -- дисплей на жидких кристаллах), основан на оптическом свойстве некоторых прозрачных жидкостей изменять угол поворота плоскости поляризации света в связи с изменением ориентации их молекул под воздействием управляющего напряжения.
Преимуществами ЖК-дисплея являются его габаритные размеры, масса, электропотребление и электромагнитное излучение, которое во много раз меньше электромагнитного излучения самого безопасного ЭЛТ-монитора.
Размер монитора измеряется между противоположными углами видимой части экрана по диагонали. Единица измерения -- дюймы.
Частота регенерации (обновления) изображения показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение (поэтому ее также называют частотой кадров
Частоту регенерации изображения измеряют в герцах (Гц). Чем она выше, тем четче и устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз, тем больше времени можно работать с компьютером непрерывно. У жидко-кристаллических мониторов изображение более инерционно, так что мерцание подавляется автоматически. Для них частота обновления в 75 Гц считается комфортной.
Рис. 4
Клавиатура
Клавиатура (рис. 5) -- клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с, помощью монитора получают от неё отклик.
Клавиатура относится к стандартным средствам персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами). Необходимое программное обеспечение для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме ПЗУ в составе базовой системы ввода-вывода (BIOS), и потому компьютер реагирует на нажатия клавиш сразу после включения.
Рис. 5
Мышь
Мышь -- устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой плоскую коробочку с двумя-тремя кнопками. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) На экране монитора.
В отличие от рассмотренной ранее клавиатуры мышь не является стандартным органом управления, и персональный компьютер не имеет для нес выделенного порта. Для мыши нет и постоянного выделенного прерывания, а базовые средства ввода и вывода (ВIOS) компьютера, размещенные в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), не содержат программных средств для обработки прерываний мыши.
В связи с этим в первый момент после включения компьютера мышь не работает.
Она нуждается в поддержке специальной системной программы -- драйвера мыши.
2. Подсчёт количества информации и арифметические основы ЭВМ
Задача 1
Измерьте объем следующего информационного сообщения в битах, байтах, килобайтах и мегабайтах:
Я только тот люблю цветок, который врос корнями в землю!..
Решение:
Для кодировки одного символа используется 8 бит информации, всего 58 символов.
8*58=464бит
464:8=58 байт