Одесский национальный морской

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МОРСКОЙ

УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА "ТЕХНИЧЕСКАЯ КИБЕРНЕТИКА"

Учебное пособие

Вычислительная техника и программирование

( I часть )

Под общей редакцией

Проф. Меркта Р.В.

Одесса - 2015

Содержание

ОСНОВЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ.. 2

СРЕДСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ.. 2

Моделирование как метод исследования. 2

Аналоговые методы исследования. 2

Цифровые методы исследования. 2

АРИФМЕТИЧЕСКИЕ И ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦВМ... 2

Элементы теории информации. 2

Способы кодирования информации в ЦВМ... 2

Машинная арифметика. 2

Логические основы и элементная база ЦВМ... 2

АРХИТЕКТУРА ЭВМ... 2

Обобщенная структурная схема ЭВМ... 2

Основные устройства. 2

ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР.. 2

Логическая организация оперативной памяти. 2

Кэш - память. 2

Источники питания. 2

Дополнительные устройства материнской платы.. 2

Накопители. 2

Управление обменом данными. 2

Видеосистемы, мониторы.. 2

Видеоадаптеры.. 2

Периферийные устройства. 2

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.. 2

Виды программного обеспечения. 2

Функции и виды операционных систем.. 2

Файловая структура ОС.. 2

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА MS DOS. 2

Организация памяти в ОС.. 2

Переход к работе с другим логическим устройством.. 2

Форматирование носителей. 2

Копирование файлов. 2

Специальные (стартовые) файлы MS DOS. 2

Файл конфигурации ( CONFIG.SYS ) 2

Командные файлы (типа ВАТ) 2

Организация файловой системы, управление работой с файлами. 2

Имена файлов в MS DOS. 2

Использование "множественных" символов. 2

Директории. 2

Древовидная структура директорий. 2

Команды MS DOS. 2

ОПЕРАЦИОННЫЕ ОБОЛОЧКИ.. 2

Основное меню.. 2

Меню команд. Ошибка! Закладка не определена.

Команды основной строки меню команд. Ошибка! Закладка не определена.

Команды альтернативной строки меню команд. Ошибка! Закладка не определена.

Запуск программ, групповые операции. 2

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА WINDOWS. 2

Запуск Windows и выход из системы.. 2

Рабочий стол Windows. 2

Меню Пуск (Главное меню) 2

Работа с окнами. 2

Файловая система Windows. 2

Окно Мой компьютер. 2

Программа Проводник (Explorer) 2

Выбор (выделение) файлов и папок. 2

Создание и переименование папок и файлов. 2

Копирование и перемещение папок и файлов. 2

Удаление и восстановление папок и файлов. 2

ОСНОВЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

СРЕДСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Команда - это информация, представленная в форме, которая позволяет ввести ее в машину и поместить в устройство для хранения информации, или память машины, и определяющая действия машины на протяжении некоторого интервала времени, необходимого для реализации одной элементарной операции.

В общем случае команда (группа символов, воспринимаемых машиной как инструкция) состоит из нескольких смысловых частей. Одна часть команды является кодом операции и определяет, что должна сделать машина, т. е. характер или вид операции. Остальные части, называемые адресами, указывают, откуда взять данные для выполнения операции и куда направить результат. В качестве адресов служат номера ячеек (точнее, полей памяти) запоминающего устройства машины, в которых хранятся данные или куда необходимо эти данные поместить. Далее приведена

Структура трехадресной команды:

Адрес команды

Код операции

Адрес 1

Адрес 2

Адрес 3

Команды перед вводом в вычислительную машину кодируются в виде цифровых последовательностей и после ввода размещаются и хранятся в ячейках памяти машины так же, как и обычные числа по адресному принципу. Отличие состоит лишь в том, что адреса команд указывают места расположения в памяти кодовых комбинаций, используемых для управления обработкой информации, а адреса, входящие в состав команд, обозначают места хранения кодов исходных данных и результатов. Список таких команд образует программу работы вычислительной машины, содержащую исчерпывающую информацию о той последовательности действий, которую должна выполнить машина для решения поставленной задачи, т. е. об алгоритме решения задачи.

Процесс составления программ называется программированием. Программу для каждой задачи вводится в устройство для хранения информации машины обычно вместе с исходными данными. После запуска программы решение выполняется автоматически.

Элементы теории информации

Как видно из сказанного, широко используемый на практике термин «информация», содержание которого кажется очевидным, тем не менее, весьма трудно поддается точному определению. Материалистическое толкование этого понятия предполагает, что передача информации имеет место тогда, когда некоторый объект (источник) посылает сигналы какого-либо вида другому объекту (приемнику), имеющему кибернетическую природу, т. е. способному использовать содержание этих сигналов для управления. С этих позиций можно считать, что информация есть содержание указанных сигналов, а информационные процессы могут протекать только в кибернетических системах.

Важнейшей задачей теории информации является разработка методов оценки количества информации и способов его измерения. Существует много подходов к решению этой проблемы, которые интересуют нас (применительно к задачам настоящей главы) с точки зрения определения понятия «единица информации».

Материалистический подход предполагает, что содержащаяся в сообщениях информация является результатом каких-то событий, произошедших в источнике сообщений. В общем случае указанные события носят вероятностный характер, и для сравнения таких источников информации требуется численная оценка неопределенности получения возможных результатов происходящих в них событий.

Если, например, рассмотреть источник, в котором результаты событий равновероятны, то можно предположить, что неопределенность Н одиночного результата (до его реализации) зависит от общего количества возможных результатов n, т. е. что H = f(n) . В качестве функциональной зависимости, связывающей n и Н, принята связь вида

Основание операции логарифмирования в этой формуле может быть любым, однако, по причинам, которые станут понятны далее, принято использовать в качестве основания логарифмирования число 2. В этом случае при n = 2, т. е. когда событие имеет два равновероятных исхода, неопределенность события

Неопределенность такого события принята в качестве единицы неопределенности - двоичной единицы, или бита (от английского словосочетания «binary unit» - двоичная единица).

Для связи неопределенности результатов сообщения с их вероятностью представим формулу для Н в виде

Поскольку 1/n есть вероятность Р любого из равновероятных результатов события, то

Таким образом, если имеет место событие, которое может иметь результаты М₁ ,..., М_n, с вероятностями Р₁ ,..., Р_n соответственно, то мера его неопределенности (мера разнообразия события) может быть выражена формулой

Полученное выражение совпадает с видом выражения для энтропии в статистической физике, поэтому величину Н называют информационной энтропией (или энтропией) события. Можно доказать, что энтропия Н события всегда положительна и может быть равна нулю только в том случае, когда в каком либо событии с вероятностями исходов P₁,..,P_n одна из вероятностей Р, равна единице, а остальные - нулю.Другими словами, если возможен лишь один результат события, то неопределенность события Н= 0.

С этих позиций, рассматривая сообщение как информацию о результате события, можно предположить, что количество информации в таком сообщении будет тем большим, чем большей была неопределенность сообщения до его получения.

Исходя из этого количество I информации можно оценить по формуле где Р^’- вероятность исхода события после поступления сообщения о нем, а Р - вероятность исхода события до поступления сообщения. Поскольку Р’ всегда равно единице (событие уже имеет соответствующий исход), то

Учитывая, что при передаче сообщений всегда используется набор некоторых символов (например, алфавит, состоящий из букв или цифр), можно оценить количество информации, содержащееся в сообщении из m элементов, а также количество информации, приходящейся на один элемент текста, используя зависимость

Здесь n - количество элементов в используемом для передачи сообщений алфавите; p_i-вероятность появления в тексте соответствующего элемента алфавита (вероятности предполагаются неравными). Очевидно, что в сообщении, состоящем из m элементов, количество информации I = I_эл m.

Если, например, алфавит - набор используемых для передачи сообщений символов - содержит лишь два символа (единицу и ноль или точку и тире), появление которых равновероятно, т. е. Р=0,5, то на один элемент сообщения приходится количество информации

I = -2* 0,5 log 0,5 = 1.

Таким образом, единицей количества информации (как и неопределенности) является бит - количество информации, содержащейся в сообщении о результате события, связанного с одним актом выбора из двух равновероятных возможностей.

В следующих параграфах будут более подробно рассмотрены способы представления информации в ЦВМ. Здесь только отметим, что в качестве адресуемой, неделимой порции информации, из которой формируются подлежащие обработке в ЦВМ объекты (слова), используется байт - укрупненная единица, содержащая 8 бит. Для оценки больших объемов информации введены еще более крупные единицы информации: килобайт (Кбайт) = 2¹⁰ = 1024 6айт., мегабайт (Мбайт) = 2²⁰ = 1048 576 байт и т.д.

Рассмотренный способ оценки количества информации никак не учитывает содержание сообщений, однако применительно к рассматриваемым далее вопросам вполне приемлем, поскольку является основой для построения эффективных способов кодирования, хранения и обработки информации в ЦВМ.

Машинная арифметика

Способы изображения числовой информации в ЦВМ тесно связаны с организацией выполнения арифметических действий над этими изображениями чисел.

Операция умножения может выполняться как ряд последовательных сложений и сдвигов двоичных кодов чисел, а операция деления - как последовательность вычитаний, поэтому можно предположить, что четыре действия арифметики в ЦВМ можно свести лишь к двум: сложению и вычитанию и некоторым вспомогательным действиям над кодами, например сдвигам. Если же найти метод, позволяющий осуществлять операцию вычитания с помощью сложения (в сочетании с некоторой предварительной подготовкой чисел, участвующих в операции), то вычислительный процесс можно свести к последовательности сложений и преобразований операндов (кодов чисел, участвующих в операциях). Иначе говоря, выполнять все арифметические действия с помощью схемы, реализующей сложение (сумматора) и ряда вспомогательных схем (для преобразования кодов, их сдвигов).

Одним из достоинств двоичной системы счисления является возможность простой реализации не только сумматоров, но и схем, осуществляющих преобразования кодов из одной формы в другую, что позволяет практически осуществить выполнение всех арифметических операций с помощью операции суммирования кодов операндов.

Для изображения знака мантиссы и знака порядка числа также используются двоичные цифры 1 и 0. Например, знак «минус» изображается как «1», знак «плюс» - как «0». Так, число - 7 в ячейке памяти записывается как 1,111 ..., а число +7 - как 0,111 ... (запятая в ячейке никак не представлена и приведена здесь для удобства изложения) .

Такой способ записи положительных и отрицательных двоичных чисел называется прямым кодом. Он может использоваться для выполнения на сумматоре операций сложения положительных чисел и умножения чисел с произвольными знаками на основании правил двоичного сложения и умножения. Для реализации с помощью двоичного сумматора операций сложения чисел, имеющих разные знаки, разработаны специальные коды: дополнительный и обратный. Идея состоит в том, что операцию вычитания чисел, записанных в любой позиционной системе счисления, можно заменить операцией сложения уменьшаемого с алгебраическим дополнением вычитаемого. Например, операцию 53 - 23 = 30 можно заменить операцией

где 77 - алгебраическое дополнение (100 - 23) числа ( -23) .

Очевидно, что если не учитывать старшую единицу результата, то ответ получится правильным (30) . Как следует из примера, такая замена операций вычитания сложением связана с поиском алгебраического дополнения отрицательного числа, что в свою очередь требует реализации операции вычитания (в нашем примере 100 - 23 = 77) .

Это противоречие легко устраняется в двоичной системе счисления, где алгебраическое дополнение числа можно получить путем простого преобразования прямого кода отрицательного числа. Опуская доказательство, можно сказать, что обратный код отрицательного числа можно получить путем замены всех значащих цифр его мантиссы на противоположные, т. е. нулей - единицами, а единиц - нулями.

Например, обратный код отрицательного числа -0,1010110 имеет вид 1,0101001. Дополнительный код этого числа отличается от обратного тем, что в младший разряд обратного кода добавляется единица, т. е.

Здесь 1,0101010 - это дополнительный код числа -0,1010110. Простота аппаратного получения этих кодов делает идею замены операции вычитания сложением кодов технически реализуемой и, значит, позволяет свести выполнение всех арифметических действий к сложению кодов.

Пусть, например, необходимо осуществить операцию вычитания двоичных чисел 0,1110101 и 0,1010101 с помощью операции суммирования кодов. По правилам действий над двоичными числами

0,1110101

0,1010101

0,0100000

Воспользовавшись дополнительным кодом, получим:

Прямой код Дополнительный код

0,1110101 0,1110101

+

1,1110101 1,0101011

10,0100000

Старшая единица в разрядах знака во внимание не принимается (она оказывается вне разрядной сетки машины), результат равен 0,0100000. Как следует из примера, положительные числа в дополнительный и обратный коды не преобразуются. При выполнении операций сложения и вычитания знак результата получается автоматически (благодаря свойствам кодов). При умножении и делении знак произведения и частного выясняется с помощью отдельной схемы путем сложения содержимого знаковых разрядов по правилам:

Логические основы и элементная база ЦВМ

При обработке двоичных кодов вычислительная машина выполняет некоторые преобразования над их изображениями (наборами сигналов), в процессе которых образуются новые наборы сигналов, интерпретируемые как результаты операций. В устройствах, выполняющих указанные функциональные преобразования, в качестве входной информации используются обрабатываемые двоичные коды, а в качестве выходной - генерируются новые коды (результаты обработки).

Поскольку переменные и функции от них, принимающие только два значения (0 или 1), называют логическими, а двоичные коды, являющиеся объектами обработки в вычислительных машинах, представляют собой последовательности двоичных цифр, поступающие на обработку отдельные разряды этих кодов можно рассматривать как логические переменные, а полученные результаты - как логические функции.

Для связи простых переменных в выражениях (образования логических функций) используются знаки логических связей (знаки логических операций), составляющие аппарат алгебры логики - науки, которая формулирует правила действий над логическими переменными.

Рассмотрим некоторые из логических операций, широко используемых в теории ЦВМ для описания функционирования отдельных элементов аппаратуры и алгоритмов работы построенных на их базе устройств.

Операция отрицания реализует действие, называемое инверсией и заключающееся в изменении значения аргумента на противоположное, обозначается чертой над аргументом этой операции (читается как НЕ) . Так, если А = 1, то , если А = 0, то. , Функциональный элемент, реализующий операцию отрицания, называется инвертором, или схемой НЕ. Наборы таких элементов необходимы, например, для генерации дополнительных или обратных кодов отрицательных двоичных чисел.

Операция логического умножения, или конъюнкция, позволяет образовать логическую функцию, принимающую значение, равное единице, только тогда, когда все ее аргументы равны единице. Логическая связь этого типа обозначается символом который читается как И. Значение конъюнкции любого числа аргументов определяется с помощью таблицы логического умножения, имеющей вид:

Отсюда можно получить ряд обобщений: , используемых для упрощения выражений, содержащих более двух аргументов. Функциональный элемент, реализующий конъюнкцию аппаратно, называется схемой совпадения.

Операция логического сложения, или дизъюнкция, используется для образования логической функции, принимающей значение, равное нулю, только тогда, когда все ее аргументы также равны нулю. Такая логическая связь обозначается символом , который читается как ИЛИ. Значение дизъюнкции любого числа аргументов определяется с помощью таблицы логического сложения, имеющей вид:

На основании таблицы легко выводятся следующие обобщения

являющиеся основой для упрощения выражений, содержащих несколько аргументов. Функциональный элемент, аппаратно реализующий дизъюнкцию, называется собирательной схемой.

Операции логического умножения и сложения, подобно операциям алгебраического сложения и умножения, подчиняются переместительному, сочетательному и распределительному законам. На основании этих правил и указанных выше обобщений осуществляются преобразования и упрощения сложных логических зависимостей, содержащих функции типа И, ИЛИ и НЕ.

В алгебре логики используются и другие типы функций, однако можно доказать, что любые из них могут быть представлены как некоторые комбинации функций типа И, ИЛИ и НЕ, называемых поэтому основными. Это означает, что технические устройства, реализующие сколь угодно сложные операции преобразования данных, могут быть построены из элементов, реализующих лишь основные логические функции.

Поскольку в качестве таких элементов используются электронные схемы, современные цифровые вычислительные машины получили название электронных вычислительных машин (ЭВМ).

В качестве аргументов, поступающих на входы электронных схем, используются комбинации электрических сигналов, изображающие подлежащие преобразованию данные. При этом на выходах таких схем должны вырабатываются комбинации выходных электрических сигналов, изображающие результаты выполненных преобразований.

Характеристика таких сигналов зависит от типа используемых для построения схем элементов и здесь не рассматривается. Для удобства изложения будем далее считать, что отсутствие сигнала изображает двоичный код нуль, а его присутствие - двоичный код единица. Не вдаваясь в детали технической реализации логических схем, перечислим основные из них и рассмотрим приемы использования аппарата алгебры логики для описания и проектирования этих устройств.

Инвертор - схема, реализующая операцию отрицания (схема НЕ). Схема инвертора работает следующим образом: если сигнал на входе схемы отсутствует (код нуля), то на ее выходе есть сигнал (код единицы), и наоборот.

Схема совпадения - реализующая операцию (схема И). Код единицы на выходе такой схемы может появиться только в том случае, если на всех ее входах одновременно присутствуют коды единицы.

Собирательная схема - реализующая операцию (схема ИЛИ). Код нуля на выходе схемы может появиться только тогда, когда на всех ее входах одновременно присутствуют коды нуля.

Схемы И, ИЛИ и НЕ являются теми «кирпичиками», из которых строится все «здание» ЭВМ. Каким же образом осуществляется проектирование на этой элементной базе более крупных составляющих машин: блоков, узлов и устройств? Основой для такого проектирования является математический аппарат алгебры логики.

Вначале в соответствии с назначением проектируемого узла составляют таблицы, связывающие наборы его входных и выходных сигналов. Затем с помощью аппарата алгебры логики составляют логические формулы, описывающие указанные связи. После анализа и упрощения формул (если это возможно) на основании содержащихся в них логических функций создают структурную схему будущего узла. Для получения принципиальной схемы такого узла необходимо заменить каждый элемент структурной схемы конкретным физическим элементом, реализующим соответствующую операцию. В качестве примера ниже приведен разработки принципиальной схемы сумматора:

АРХИТЕКТУРА ЭВМ

Основные устройства

Логическая структура ЭВМ может быть представлена в виде следующего набора функциональных устройств (с точки зрения решаемых ими задач, что не означает явного выделения каждого из них в конструктивном плане).

Центральный процессор. Предназначен для автоматического выполнения последовательностей операций, указанных в программах. При этом процессор управляет взаимодействием всех устройств ЭВМ, так или иначе участвующих в передаче, хранении и обработке данных. Основными функциональными блоками процессора является арифметико-логическое устройство, центральное устройство управления и внутренняя память, называемая регистрами и предназначенная для динамического хранения различной информации, связанной с выполняемой программой.

Арифметико-логическое устройство. Служит для выполнения арифметических и логических операций над данными (сложение, вычитание, умножение, деление, логические операции). В качестве операндов (данных) могут использоваться числа в форме с фиксированной и плавающей запятой, логические и алфавитно-цифровые коды.

Центральное устройство управления. Организует согласованную работу всех устройств ЭВМ. По сигналам ЦУУ осуществляется выборка из ОЗУ и расшифровка команд программы, пересылка данных из ОЗУ в АЛУ, выполнение необходимых операций, реализация прерываний.

Оперативное запоминающее устройство. Оно предназначено для приема, хранения и выдачи команд программ, данных, промежуточных и окончательных результатов вычислений. Поэтому можно сказать, что это устройство является основным и непосредственным источником программ и обрабатываемых по этим программам данных, а также местом динамического хранения результатов этой обработки.

Конструктивно оперативное запоминающее устройство реализуется в виде отдельных блоков, имеющих местное устройство управления. Каждый блок имеет фиксированное число физических структур, предназначенных для размещения информации. В машинах первых поколений такие структуры памяти имели одну и ту же информационную емкость (разрядность), которая в современных устройствах, использующих другие подходы к организации и использования физических структур памяти, составляет 32 или 64 разряда.

Прием и выдача информации осуществлялась оперативной памятью по запросам процессора. Запросы содержат адреса, указывающие, из каких ячеек (или групп ячеек) должна выбираться информация, в какие записываться. В современных ЭВМ эти адреса, вырабатываемые процессором при выполнении команд, испытывают многоэтапные преобразования и в результате могут принимать числовые значения из вполне определенного множества (множества допустимых адресов), называемого адресным пространством машины. Совокупность адресуемых 32 или 64 разрядных порций информации (с которыми можно сопоставить адреса указанных порций данного адресного пространства) в современных устройствах и образуют пространство памяти. Максимальная емкость пространства памяти определяется и ограничивается, таким образом, принятой разрядностью адреса.

Обрабатываемые процессором при выполнении команд адреса называют логическими. На последнем этапе их последующих преобразований (когда эти адреса становятся пригодными для непосредственного управления оперативной памятью при организации выборки данных) адреса называют физическими, или абсолютными. В тех случаях, когда емкость пространства памяти, определенная логическими адресами, превышает емкость пространства памяти, определенного физическими адресами (адресами физического пространства), то соответствующие логические адреса называют виртуальными (а определенное ими пространство - виртуальным адресным пространством).

Таким образом, объём виртуального адресного пространства может превышать емкость физического пространства оперативной памяти, доступной процессору в данной ЭВМ. В этом случае данные, адресуемые в виртуальном пространстве, частично размещаются в физическом пространстве оперативной памяти, а частично - на внешних запоминающих устройствах. Очевидно, что при обращении к данным, хранящимся вне пределов оперативного запоминающего устройства, они должны быть предварительно перенесены в физическое пространство основной памяти (этот процесс осуществляется автоматически операционной системой). Такая возможность позволяет писать программы, не учитывая емкость физического пространства оперативного запоминающего устройства конкретного процессора, что упрощает программирование и расширяет вычислительные возможности ЭВМ.

Однако прогресс в области увеличения емкости оперативной памяти (в современных ЭВМ она уже измеряется в Гигабайтах) постепенно снижает необходимость такого рода взаимодействий (за исключением больших задач).

Важнейшими характеристиками оперативного запоминающего устройства являются формат и цикл обращения. Первая характеристика указывает размер порции данных, считываемых или записываемых за одно обращение (за один акт взаимодействия блока памяти с его устройством управления). Циклом обращения называют минимальный интервал времени между двумя последовательными обращениями к одному и тому же блоку памяти. Эта характеристика (вместе с форматом обращения) определяет быстродействие вычислительной машины.

Устройства управления внешними устройствами.Они необходимы для выполнения вспомогательных функций управления, характерных для конкретного типа устройств и не связанных непосредственно с передачей данных. Это может быть, например, расшифровка команды ввода-вывода информации и выработка сигналов, управляющих выполнением конкретной операции внешним устройством: подвод магнитных головок к дорожке диска и т. п. Одно устройство управления может управлять работой одного или нескольких внешних устройств данного типа. Обычно групповые устройства управления работают с быстродействующими устройствами внешней памяти, а каждое «медленное» устройство снабжается отдельными устройствами управления.

Аппаратура устройства управления либо входит в состав соответствующего устройства (обычно это «медленные» устройства, например, принтеры), либо ее изготавливают в виде самостоятельного блока (устройства управления быстрыми устройствами внешней памяти - магнитными дисками).

Связь внешних устройств и их устройств управления с процессорами осуществляется с помощью магистралей - наборов электрических линий (шин) и электронных схем, формирующих проходящие по шинам сигналы. Эта система сопряжения, называемая интерфейсом, организована так, что для включения любого внешнего устройства в вычислительную систему достаточно соединить стандартные электрические разъемы устройства и магистрали.

Такая простота включения внешних устройств в состав вычислительных систем достигается благодаря следующим особенностям интерфейса:

· стандартному формату данных и управляющих сигналов, которыми внешнее устройство обменивается с процессором (специфика внешнего устройства учитывается в нем самом или в его устройстве управления);

· стандартному формату команд для всех внешних устройств - для процессора внешние устройства различаются только адресами (все преобразования команд в управляющие сигналы осуществляются во внешнем устройстве или в его устройстве управления);

· унификации электрических параметров сигналов, передаваемых по всем шинам интерфейса.

Внешние запоминающие устройства. Во многих случаях всю информацию, связанную с решением задач на ЭВМ, невозможно или нецелесообразно постоянно располагать в оперативном запоминающем устройстве.

В качестве средств памяти для временного или постоянного хранения значительной части программ и данных используются внешние запоминающие устройства, обладающие значительно большей емкостью, чем оперативные. Во внешних запоминающих устройствах хранится, например, основная часть программ операционных систем ЭВМ, подготовленные к выполнению программы пользователей, исходные данные для работы этих программ. Сюда могут выводиться для временного или постоянного хранения результаты вычислений и любая другая информация. Внешние запоминающие устройства в вычислительном процессе непосредственно не участвуют, а хранящаяся в них информация вызывается в оперативное запоминающее устройство (или пересылается из оперативного запоминающего устройства во внешние) по мере необходимости, либо передается на устройства вывода.

Физической основой работы таких устройств - магнитных дисков, является способность ферримагнитных материалов менять магнитное состояние под действием магнитного поля, а после прекращения его действия неограниченно долго сохранять остаточную намагниченность. Запись и считывание информации в этих устройствах осуществляются в процессе взаимного перемещения магнитных головок и носителя. При записи магнитные головки являются источником магнитного поля, меняющего состояние носителя, а при считывании - приемником поля остаточной намагниченности ферримагнитного слоя. Форма организации носителя существенно влияет на информационную емкость таких устройств, способ доступа к находящейся в них информации и скорость записи - считывания.

Запись информации осуществляется в форме магнитных дорожек, имеющих вид концентрических окружностей. Выбор дорожки при записи или считывании осуществляется прецизионным механизмом, перемещающим блоки головок в радиальном направлении диска. Благодаря вращению диска любая информация, хранящаяся на нем, оказывается доступной в течение одного оборота диска вокруг оси, поэтому скорость работы этих устройств достаточно высока и зависит от частоты вращения пакета. Поскольку каждая запись на этих устройствах имеет адрес, к хранящейся на диске информации может быть организован прямой (непосредственный) доступ, поэтому их называют устройствами с прямым доступом. Современные ЭВМ комплектуются накопителями с постоянными (несменяемыми) жесткими магнитными дисками.

Сегодня, кроме жестких дисков, в качестве внешних носителей информации используется большой набор устройств, непрерывно пополняемый носителями, использующими достижения технологи и новые материалы каждый из которых предназначен для обеспечения разнообразных требований решаемых задач.

Устройства ввода-вывода информации. Они предназначены для преобразования информации из формы, удобной для использования человеком, в форму, принятую в машине (при вводе), и обратно (при выводе). Известна большая номенклатура такого рода устройств, и оснащение этими устройствами конкретной ЭВМ зависит от сферы ее использования.

Значительная часть устройств ввода-вывода информации имеют один и тот же недостаток: их быстродействие значительно меньше, чем у других устройств ЭВМ. Только самые «быстрые» из них могут обеспечить скорость обмена соответствующую быстродействию накопителей на магнитных дисках. Причина состоит в том, что многие устройства ввода-вывода информации имеют в своем составе значительное число механических узлов.

Алфавитно-цифровые печатающие устройства. Они являются основным средством вывода алфавитно-цифровой информации в форме твердой копии (отпечатанного на бумаге документа). Существует много способов и принципов реализации печати хранящейся в памяти машины информации - некоторые из них будут рассмотрены позже, при рассмотрении состава оборудования ПЭВМ.

Графопостроители. Эти устройства позволяют выводить информацию в графической форме (схемы, чертежи, графики как результаты выполненных расчетов). При необходимости указанные графические документы могут содержать также элементы текста.

Дисплеи (экранные пульты). Они удобны для организации оперативного обмена информацией между пользователем и ЭВМ. В зависимости от вида вводимой на экран ЭВМ или человеком информации (текста или графики) используются текстовые и графические режимы работы дисплея. Текстовые (алфавитно-цифровые) дисплеи применяются для ввода-вывода символьной информации, емкость (максимальное число символов, отображаемых одновременно) их экранов обычно 2000 знаков. Основными блоками дисплея являются: экран; буферное запоминающее устройство, хранящее выводимую на экран информацию; блок управления.

При работе дисплея в режиме чтения информация с клавиатуры заносится на экран, запоминается в буферном запоминающем устройстве и по команде пользователя передается в ЭВМ по каналу связи. В режиме записи информация передается по специальным каналам из ЭВМ в буферное запоминающее устройство дисплея, а затем высвечивается на экране.

Для указания места вводимого на экран символа используется специальная метка - маркер (курсор), обычно имеющий вид линии подчеркивания. Емкость экрана используемых для комплектации ПЭВМ дисплеев составляет обычно 24 строки по 80 символов, емкость буферного запоминающего устройства 256 Кбайт. Информация, введенная на экр