Раздел 2. Технические и программные средства реализации информационных процессов

Тема 3. Классификация компьютеров. Состав вычислительной системы.

Вычислительная система. Компьютер. Принцип действия. История развития средств вычислительной техники. Методы классификации компьютеров.

Тема 4. Аппаратное обеспечение. Программное обеспечение. Классификация прикладных программных средств.

Блочно-модульная конструкция современных компьютеров. Внутренние и внешние устройства. Аппаратный интерфейс.

Тема 5. Устройство персонального компьютера (ПК). Базовая конфигурация ПК. Системный блок. Монитор. Клавиатура. Мышь. Внутренние устройства системного блока. Память. Процессор. Устройства ввода и вывода данных.

Методические указания

Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных, называют вычислительной техникой. Конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка, называют вычислительной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем является компьютер. Компьютер – это универсальное, электронное, автоматическое устройство для накопления, обработки и передачи информации.

История развития средств вычислительной техники начинается с попытки автоматизировать вычислительные операции с помощью механических приспособлений. Чарлз Бэббидж создал проект первой вычислительной машины с программным управлением. Этапы создания и развития технологии микроэлектроники находят отражение в смене поколений ЭВМ (I – VI поколения). Каждое поколение характеризуется технической базой и особенностями применения.

Компьютеры могут классифицироваться по различным принципам, в частности: по этапам создания и элементной базе, по размеру и вычислительной мощности, по принципу действия, по доступности, по назначению, по функциональным возможностям, по совместимости, по числу потоков и команд.

Различают две части персонального компьютера (ПК): аппаратную часть – «железо» (Hardware) и программное обеспечение (Software). Для обозначения алгоритмических средств применяют термин «интеллект» (Brainware). Программированию задачи предшествует разработка способа ее решения в виде последовательности действий – разработка алгоритма решения задачи.

Архитектура ПК основана на блочно-модульном принципе, что позволяет гибко изменять его конфигурацию по мере необходимости. Существует понятие базовой конфигурации: системный блок, монитор, клавиатура, мышь. Классическая архитектура компьютера была разработана американским ученым Фон Нейманом. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических устройств компьютера: процессор, оперативная память, внешняя память и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость. Конструктивно ПК выполняется в виде центрального системного блока, к которому через разъемы подключаются внешние устройства. Системный блок включает блок питания, системную (материнскую) плату, на которой размещается микропроцессор, блоки (микросхемы) запоминающих устройств основной памяти (ОЗУ и ПЗУ), системную шину и др.

Микропроцессор (центральный процессор)– основная микросхема компьютера, выполняющая большинство математических и логических операций. Процессор – программно-управляемое устройство, выполненное в виде одной или нескольких больших или сверхбольших интегральных схем. Передача информации между процессором и остальными устройствами ПК осуществляется с помощью системной шины, состоящей из шины управления, шины данных и адресной шины. По ним циркулируют управляющие сигналы, данные, адреса памяти и номера устройств ввода и вывода. Отдельные блоки ЭВМ обмениваются по шинам операндами. Процессор характеризуется моделью, разрядностью, тактовой частотой, кэш-памятью.

Персональный компьютер имеет внутреннюю и внешнюю память. Внутренняя память подразделяется на микропроцессорную, кэш-память, основную память (ОЗУ и ПЗУ).

Оперативная память (ОЗУ) – набор микросхем, предназначенных для временного хранения информации, используемой в процессе работы, это динамическая память (1 бит представлен в виде наличия или отсутствия заряда на конденсаторе). ОЗУ - энергозависимая память.

Кэш-память (сверхоперативная память). Является буфером между микропроцессорной памятью (память небольшой емкости и высокого быстродействия) и ОЗУ, служит для увеличения скорости выполнения операций. В ней на некоторое время запоминаются данные, которые будут использоваться процессором в ближайшее время, что экономит время на пересылку данных и команд из процессора в ОЗУ.

Постоянная память (ПЗУ)– микросхема, предназначенная для длительного хранения неизменяемой информации (загрузочных программ ОС, программ тестирования устройств ПК и программ первоначальной загрузки ПК – драйверов базовой системы ввода-вывода BIOS). ПЗУ - энергонезависимая память.

Устройства внешней памяти подразделяются на дисковые накопители (жесткий магнитный диск и др.) и ленточные (стриммеры).

Программное обеспечение (ПО) - это совокупность программ, позволяющая организовать решение задач на ЭВМ. Интерфейс - это способ общения пользователя с персональным компьютером, пользователя с прикладными программами и программ между собой. Интерфейсы отличаются по способу доступа к командным файлам программ: командно-строчный (текстовый) интерфейс, графический полноэкранный интерфейс, графический многооконный пиктографический интерфейс.

Программное обеспечение делится на: системное, прикладное и системы программирования (инструментальные средства). Системное программное обеспечение обеспечивает надежную и эффективную работу компьютера и вычислительной сети, процесс обработки информации. Системное ПО подразделяется на базовое и сервисное. К базовому ПО относится операционная система (ОС). К сервисному ПО относятся программы для диагностики работоспособности компьютера, программы-архиваторы, антивирусные программы, программы обслуживания сети, программы для обслуживания дисков, драйверы внешних устройств.

Прикладное ПО (пакеты прикладных программ) предназначено для решения задач в конкретной предметной области. Интегрированные пакеты – набор нескольких программных продуктов, поддерживающих единые информационные технологии и реализованные на общей вычислительной и операционной платформе, например, пакеты прикладных программ Microsoft Office. Пакет Microsoft Office включает в себя основные офисные компьютерные технологии: текстовый процессор (технология обработки текстовых данных), табличный процессор (технология обработки данных, представленных в табличном виде), система управления базами данных (технология обработки данных различной природы), графический редактор (технология обработки графических изображений).

Важной частью ПО являются системы программирования (инструментальные средства), позволяющие разрабатывать, отлаживать и внедрять программные продукты на различных языках программирования.

Литература: [1, гл.2, §§2.1.- 2.3., гл.3]; [2, гл.2].

Вопросы для самопроверки

1. Что такое вычислительная система?

2. Определение компьютера.

3. Принцип действия компьютера.

4. Поколения ЭВМ.

5. Классификация компьютеров.

6. Что относят к аппаратному обеспечению вычислительных систем?

7. Что относят к программному обеспечению вычислительных систем?

8. Уровни программного обеспечения.

9. Классификация прикладных программных средств.

10. Классификация служебных программных средств.