Понятие об информационной (компьютерной) системе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.

ТЕМА: АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

Цель: изучить составные компоненты персонального компьютера и их назначение. Приобрести навыки работы с клавиатурой компьютера.

ЗАНЯТИЕ 1.

Компьютер, как и человек, представляет собой систему, в которой уживаются «тело» и «душа». «Тело» компьютера – это его «железная», аппаратная часть. Аппаратные средства современных персональных компьютеров представляют собой совокупность электронных, электромеханических, электромагнитных и электронно-оптических устройств. Каждое устройство может выполнять определенный набор действий (функций). Какое именно действие из набора возможных выполняется в данный момент, определяется комбинацией входных управляющих электрических сигналов. Такая комбинация называется командой. «Душа» - это оживляющие эту «груду железа» прикладные и системные программы.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА.

Компьютер – это электронная система, предназначенная для обработки разных видов информации, которая подается в цифровых кодах по заранее составленным программам (алгоритмам).

Функциональная схема компьютера – это некоторая абстрактная модель, которая описывает сервисные возможности вычислительной машины, которые удовлетворяют потребностям пользователя для решения его профессиональных задач.

Все основные компоненты персонального компьютера находятся внутри системного блока, который, как правило, вмещает в себя следующие узлы:

· электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, память, системная шина и др.);

· накопители на жестких и гибких магнитных дисках, на оптических дисках (CD-ROM);

· блок питания, преобразующий переменное напряжение сети в низкое постоянное напряжение, необходимое для работы электронных схем;

· система вентиляции, обеспечивающая необходимый режим для микропроцессора и других электронных узлов компьютера;

· дополнительные узлы: дисковод для компакт-дисков, звуковая карта, внутренний модем и т.д.

Лицевая панель системного блока выполнена в виде набора кнопок управления, карманов и площадок для ввода внешних устройств памяти:

- кнопка Power выполняет роль сетевого выключателя;

- кнопка Reset обеспечивает перезагрузку (повторный запуск) компьютера.

Оборудование, которое расположено вне системного блока, относится к внешним устройствам ввода-вывода, которое называют периферийными устройствами. Однако к периферийным устройствам можно отнести и некоторые устройства внутри самого системного блока (это все типы накопителей).

К основным принципам функционирования компьютеров относят:

ü магистрально-модульный принцип их построения;

ü принцип числового кодирования данных: информация любого вида в памяти вычислительных машин подается с помощью числовых кодов;

ü программный (командный) принцип руководства работой компьютера: все его функциональные возможности реализуются путем выполнения соответствующих программ;

ü принцип произвольного доступа (принцип адресности) и сохранности программы.

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР (МИКРОПРОЦЕССОР) ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

И ЕГО ФУНКЦИИ.

Микропроцессор – это программно-управляющее электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки разной информации, которая подается в числовых кодах и функционирует на базе микросхемы. Слова «программно-управляющее» означает, что микропроцессор работает, выполняя некоторую программу, которая хранится отдельно в оперативной памяти. Микропроцессор – это главная аппаратная составляющая компьютера. Его характеристики (тактовая частота, разрядность, объем адресного пространства), набор исполнительных программ определяют характеристики всего компьютера.

Микропроцессор выполняет следующие функции:

oуправляет и координирует работу всех других устройств компьютера;

oосуществляет чтение кодов команд и данных для обработки из основной памяти;

oосуществляет декодирование команд;

oвыполняет арифметико-логические и другие операции, которые указывают в командах;

oуправляет передачей данных между микропроцессором и оперативной памятью, а также обрабатывает сигналы, которые поступают от внешних устройств.

Составными частями микропроцессора являются регистры, устройство управления и арифметико-логическое устройство.

Устройство управления предназначено для анализа команд и обеспечения их выполнения, а также для управления работой всех аппаратных компонентов компьютера и организации их взаимодействия между собой. Важной функцией устройства управления является реализация механизма прерываний. Прерывание – это действие, которое требует внимания. Именно благодаря прерываниям компьютер может своевременно реагировать на внешние события. Существует 256 разных видов прерываний, которые могут прерывать работу микропроцессора над программой, которая выполняется, и направить его на выполнение другой программы.

Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения арифметических и логических операций, которые задаются кодами исполнительных команд.

Регистры служат для временного хранения информации в форме двоичных кодов. Регистры – это внутренние участки памяти микропроцессора. В них сохраняются адреса команд, которые выполняются, коды команд, значения операндов перед выполнением операций и значения результатов вычислений, выполненных арифметико-логическим устройством.

Основными характеристиками микропроцессора являются тактовая частота, быстродействие, разрядность и объем адресной памяти.

Тактовая частота – количество тактов, производимых процессором за 1 секунду. Операции, производимые процессором, не являются непрерывными, они разделены на такты. Эта характеристика определяет скорость выполнения операций и непосредственно влияет на производительность процессора, определяется в миллионах герцах (МГц).

Быстродействие микропроцессора – количество операций, производимых в 1 секунду, измеряется в бит/сек, тесно связано с его тактовой частотой. Эту связь можно определить по формуле

(1)

где f – тактовая частота процессора в МГц, k – количество тактов, нужных для выполнения заданного действия. Это довольно упрощенная формула.

Разрядность – это количество битов (двоичных кодов), которые может одновременно (параллельно) обрабатывать микропроцессор за один такт.

Объем адресной памяти – это объем информации в байтах, с которой может работать микропроцессор.

УСТРОЙСТВА ВВОДА

Устройства ввода обеспечивают ввод информации (программ и данных) в память компьютера. Основными устройствами ввода информации являются клавиатура и сканер.

Клавиатура – это «уши» компьютера, с помощью которых он принимает команды и выполняет их, это устройство для ручного ввода текстовой, числовой и управляющей информации в персональный компьютер, которое обеспечивает диалоговое общение пользователя с ПЭВМ.

Она имеет несколько групп клавиш:

- алфавитно-цифровые и знаковые клавиши, расположенные так же, как и на пишущей машинке, в центре клавиатуры;

- функциональные клавиши, расположенные в левой части клавиатуры или в ее верхнем ряду;

- дополнительная цифровая клавиатура с клавишами управления перемещением курсора, расположенная в правой части клавиатуры;

- служебные клавиши для смены и фиксации регистров и других целей, расположенные в разных местах клавиатуры.

Алфавитно-цифровые и знаковые клавиши при их нажатии вызывают появление на экране соответствующего им символа.

Функциональные клавиши F1, …, F12 являются программируемыми и в разных программах могут выполнять различные, заранее заданные функции.

Служебные клавиши выполняют следующие основные функции:

НАЗВАНИЕ КЛАВИШ	НАЗНАЧЕНИЕ
Enter	Клавиша ввода информации, служащая для завершения ввода очередной строки информации
Esc (Escape – выход)	Отмена каких-либо действий, выход из программы, из меню и т.п.
Ctrl и Alt	Самостоятельного значения не имеют, но при нажатии совместно с другими управляющими клавишами изменяют их действие.
Shift	Обеспечивает смену регистра клавиш (верхнего на нижний и наоборот).
Insert	Переключает режимы вставки (новые символы вводятся посреди уже набранных, раздвигая их) и замены (старые символы замещаются новыми).
Delete	Удаляет символы с позиции курсора.
Back Space или ß	Удаляет символы перед курсором.
Home и End	Обеспечивают перемещение курсора в первую и последнюю позицию строки соответственно.
Page Up Page Down	Обеспечивают перемещение по тексту на одну страницу (один экран) назад и вперед соответственно.
Tab	Клавиша табуляции, обеспечивает перемещение курсора вправо сразу на несколько позиций до очередной позиции табуляции.
Caps Lock	Фиксирует верхний регистр, обеспечивает ввод прописных букв вместо строчных.
Print Screen	Обеспечивает печать информации, видимой в текущий момент на экране.
Длинная нижняя клавиша без названия	Предназначена для ввода пробелов.
Клавиши á,â,ß и à	Служат для перемещения курсора вверх, вниз, влево и вправо на одну позицию или строку.

Малая цифровая клавиатура используется в двух режимах – ввода чисел и управления курсором. Переключение этих режимов осуществляется клавишей Num Lock.

Сканер – это устройство, позволяющее вводить в компьютер изображения с бумаги или другой плоской поверхности.

Манипуляторы – это устройства ввода, которые обеспечивают очень естественный способ общения пользователя с компьютером и широко используются в современных операционных системах и программах. Самым распространенным манипулятором является мышь.

УСТРОЙСТВА ВЫВОДА

Устройства вывода обеспечивают вывод результатов работы. Основными устройствами вывода являются монитор и принтер.

Монитор – это «язык» компьютера, с помощью которого он передает всю нужную информацию о своей работе. Он предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Обычно экран дисплея содержит 25 текстовых строк, при этом в каждой строке должно быть не более 80 символов. Разрешение – важнейшая характеристика монитора – количество точек на экране по вертикали и по горизонтали в передаваемом изображении. Чем выше разрешение, тем лучше качество графического изображения.

Печатающее устройство, или принтер, предназначено для вывода информации на бумагу. Обычно принтеры могут выводить не только текстовую, но и графическую информацию.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Классифицируйте ЭВМ по этапам развития.

2. Что такое ЭВМ?

3. Какие основные блоки входят в состав компьютера?

4. Что определяет тактовая частота?

5. В чем назначение материнской платы и каков ее основной показатель?

6. Какие функции выполняет процессор?

7. Перечислите основные технические параметры микропроцессора.

8. Каково назначение запоминающего устройства?

9. Дайте определение оперативного запоминающего устройства.

10. Для чего необходимо постоянно запоминающее устройство?

11. Что такое внешнее запоминающее устройство? Какие устройства к ним относятся?

12. Перечислите устройства ввода/вывода информации, поясните их назначение.

13. Для чего предназначен сканер?

14. Каково назначение системной шины?

15. Что такое компьютер?

16. Что такое архитектура ЭВМ?

17. Как вы понимаете термин «программа»? В чем отличие программы от данных?

18. Назовите принципы построения ЭВМ, сформулированные фон Нейманом.

20. Какое устройство ЭВМ относится к внешним?

а) арифметико-логическое устройство;

б) центральный процессор;

в) принтер;

г) оперативная память.

21. Какое устройство компьютера моделирует мышление человека?

а) оперативная память; б) процессор;

в) внешняя память; г) регистры процессора.

22. В высказывание "Программа, хранящаяся во внешней памяти, после вызова на выполнение попадает в ... и обрабатывается ... вместо многоточий выбрать правильные выражения:

а) устройство ввода, процессором;

б) процессор, регистрами процессора;

в) постоянное запоминающее устройство, процессором;

г) оперативную память, процессором.

23. Какие из перечисленных устройств компьютера не являются обязательными для его нормального функционирования?

а) системный блок; б) принтер;

в) клавиатура; г) монитор.

24. Функции системной шины состоят в:

а) постоянном хранении самозагружаемой части операционной системы;

б) передаче информации между микропроцессором и устройством компьютера;

в) архивном копировании больших объемов данных.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.

ТЕМА: АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

Цель: изучить составные компоненты персонального компьютера и их назначение. Приобрести навыки работы с клавиатурой компьютера.

ЗАНЯТИЕ 1.

Компьютер, как и человек, представляет собой систему, в которой уживаются «тело» и «душа». «Тело» компьютера – это его «железная», аппаратная часть. Аппаратные средства современных персональных компьютеров представляют собой совокупность электронных, электромеханических, электромагнитных и электронно-оптических устройств. Каждое устройство может выполнять определенный набор действий (функций). Какое именно действие из набора возможных выполняется в данный момент, определяется комбинацией входных управляющих электрических сигналов. Такая комбинация называется командой. «Душа» - это оживляющие эту «груду железа» прикладные и системные программы.

ПОНЯТИЕ ОБ ИНФОРМАЦИОННОЙ (КОМПЬЮТЕРНОЙ) СИСТЕМЕ.

Компьютер – это многофункциональная электронная автоматическая машина для сбора, обработки и передачи информации. Информация (данные) представляется в компьютере с помощью дискретных физических сигналов (цифровых сигналов), а для их обработки используется программный способ задания алгоритмов. Работа компьютера имитирует (моделирует) информационную деятельность человека.

Архитектура ЭВМ – это описание совокупности устройств и блоков ЭВМ, а также связей между ними. Кроме того, архитектура – это описание принципа действия ЭВМ. Для выполнения любых действий компьютеру необходима программа. Программа –это совокупность команд, которые может выполнять вычислительная машина. Благодаря программе ЭВМ действует заранее предписанным ей образом, и процесс вычисления производится автоматически. Данные – информация, предназначенная для обработки в ЭВМ. Данными могут быть числа, текст, изображения, звуки.

АРХИТЕКТУРА ЭВМ ФОН НЕЙМАНА

В 1945 г. появилась знаменитая работа математика фон Неймана, в которой он сформулировал общие принципы работы универсальных вычислительных устройств. Эти принципы, названные впоследствии «принципами фон Неймана», послужили созданию классической архитектуре ЭВМ. Прежде всего, фон Нейман предложил принцип программного управления. Этот принцип позволяет полностью автоматизировать вычисления и создать на его основе ЭВМ. Принцип программного управления состоит в том, что программа должна размещаться в памяти ЭВМ и последовательно, в очередности следования команд, должна исполняться с помощью простых, однотипных действий. То есть программа должна объяснить вычислительной машине последовательность и характер действий, которые она должна выполнять.

Другим принципом, предложенным фон Нейманом, является принцип адресации. Этот принцип связан с работой памяти. Принцип адресации заключается в том, что каждой ячейке памяти ставится в соответствие номер, называемый адресом ячейки. В простейшем случае N ячейкам могут быть присвоены номера, например, от 0 до N-1. Число, хранящееся в ячейке, - это ее значение или содержимое.

Согласно идеям фон Немана вычислительная машина должна состоять из следующих основных устройств:

qОперативная память. Это устройство называют оперативным запоминающим устройством или сокращенно ОЗУ. Оперативная память состоит из пронумерованных ячеек, в каждую из ячеек может быть записано двоичное число.

qАрифметико-логическое устройство. Это устройство может выполнять определенный набор команд, которые отвечают арифметическим и логическим операциям. Результат выполненной команды сохраняется в арифметико-логическом устройстве до прихода следующей команды.

qУстройство управления. Это устройство обеспечивает чтение и запись информации в ячейки памяти. Оно также формирует сигналы для управления работой арифметико-логическим устройством и работой внешних устройств.

qВнешние устройства. В роли таких устройств выступают, прежде всего, устройства ввода и вывода информации. В реальных ЭВМ таким устройствам отвечают клавиатура, монитор, принтер.

В процессе эволюции вычислительных машин арифметико-логическое устройство и устройство управления были объединены в одну микросхему, а архитектура компьютеров значительно усложнилась. Однако основные принципы построения ЭВМ, сформулированные фон Нейманом, остаются в силе.

Конструктивно любой компьютер состоит из четырех основных частей: устройства ввода информации, устройства передачи и обработки информации (центральный процессор), устройства сохранения и накопления информации (память), устройства вывода информации. Все устройства компьютера принято разделять по функциональным признакам на две составляющие: центральные устройства (системный блок) и периферийные (внешние) устройства. Компьютер – аппаратная составляющая компьютерной (информационной) системы. Основным принципом функционирования компьютера является программный. Суть его в том, что компьютер может автоматически, без участия человека, решить ту или иную информационную задачу, последовательно выполняя команды определенной программы.

Команда – это инструкция устройству управления ЭВМ. Другими словами, это объяснение вычислительной машине того, что она должна сделать на элементарном шаге выполнения программы. Программа– это записанный в определенном порядке набор команд, выполнение которых обеспечивает решение конкретной задачи. Взаимодействие между компьютером и человеком с помощью программ называется программным интерфейсом. Физические устройства, с помощью которых человек руководит программами и получает информацию от компьютера (клавиатура, мышь, монитор и т.д.), называются аппаратным интерфейсом.

Программное обеспечение – это набор всех программ, составленных для работы на конкретном компьютере, вместе с соответствующей документацией. Программное обеспечение составляет программные способы компьютерной системы.

Компьютерная (вычислительная) система – это объединение аппаратных (компьютер) и программных (программное обеспечение) способов. Обе части компьютерной системы не могут использоваться отдельно одна от другой. Они должны быть совместимы и обязательно согласованы между собой по параметрам и по структуре. Решить определенную информационную задачу на компьютере данного класса можно тогда и только тогда, когда есть соответствующее программное обеспечение.