» [Экзамен по информатике][Билет №7]

Программное обеспечение компьютера (системное и прикладное).

Совокупность программ, хранящихся на компьютере, образует его программное обеспечение.

Совокупность используемых в компьютере программ принято называть программным обеспечением. Программное обеспечение создает на компьютере определенную среду для работы и включает в себя инструментарий, с помощью которого вы имеете возможность создавать любые компьютерные объекты. Разнообразие сред определяете составом программного обеспечения компьютера, так как любая, даже самая небольшая программа после ее запуска создает свою рабочую среду.

Программное обеспечение компьютера - совокупность всех пользуемых в компьютере программ.

В жизни все объекты можно сгруппировать по определенным знакам и составить для себя представление о том, где можно использовать того или иного представителя данной группы (класса). То же самое можно сделать и по отношению к компьютерным программам.

Для того чтобы ясно понимать, где и какую программу вам лучше использовать для преобразования информации и получения желаемого результата, необходимо иметь представление об имеющихся разновидностях программ. Все программное обеспечение принято разделять на три класса:

• системное,
• прикладное,
• инструментарий программирования (системы программирования).

Системное программное обеспечение

Этот класс программного обеспечения является необходимой принадлежностью компьютера, так как обеспечивает взаимодействие человека, всех устройств и программ компьютера.

Этот комплекс программ определяет на компьютере системную среду и правила работы в ней. Чем более совершенно системное программное обеспечение, тем комфортнее мы чувствуем себя в системной среде.

Самой важной системной программой является операционная система, которая обычно хранится жестком диске. При включении компьютера ее основная часть переписывается с жесткою диска во внутреннюю память и там находится на протяжении всего сеанса работы компьютера.

Операционная система - это набор программ, управляющих оперативной памятью, процессором, внешними устройствами и файлами; ведущих диалог с пользователем.

Важной частью операционной системой является файловая система ОС. В файлах хранится все: и программное обеспечение, и информация, необходимая для пользователя. С файлами постоянно приходится что-то делать: создавать, удалять, копировать, перемещать, искать и переименовывать. За все эти действия и отвечает файловая система.

Если вы включили компьютер и при этом на экране не происходит никаких изменений, хотя все устройства находятся рабочем состоянии, то это говорит об отсутствии в нем операционной системы.

Операционная система обеспечивает:

• выполнение прикладных программ;
• управление ресурсами компьютера - памятью, процессором и всеми внешними устройствами;
• контакт человека с компьютером.

К наиболее известным операционным системам относятся: MS-DOS, Windows, Unix, OS/2.

К системному ПО можно кроме ОС отнести и множество программ обслуживающего, сервисного характера.

Прикладное программное обеспечение

Все имеющиеся на компьютере прикладные программы составляют прикладное программно обеспечение. Оно определяет на компьютере прикладную среду правила работы в ней. Прикладная среда всегда является «дружественной» по отношению любому человеку, овладевшем несложными приемами работы в ней. Прикладные программы могут работать на компьютере только при условии, что на компьютере уже установлена операционная система.

Каждая прикладная среда предназначена для создания и исследования определенного вида компьютерного объекта. Например, для создания графического объекта предназначена среда графического редактора, для работы с текстом - среда текстового процессора и т. д.

Комплекс прикладных программ в среде операционной системы Windows называют приложением. Нередко его называют также пакётом прикладных программ (ППП).

Наибольшей популярностью пользуются следующие группы прикладного программного обеспечения:

• текстовые процессоры - для создания текстовых документов;
• табличные процессоры (электронные таблицы) - для вычислений и анализа информации, представленной в табличной форме;
• базы данных - для организации и управления данными;
• графические пакеты - для представления информации в виде рисунков и графиков; » коммуникационные программы - для обмена информацией между компьютерами;
• интегрированные пакеты, включающие несколько прикладных программ разного назначения;
• обучающие программы, электронные учебники, словари, энциклопедии, системы проектирования и дизайна;
• игры.

Инструментарий программирования.

Этот класс программ предназначен для создания системного и прикладного программного обеспечения. Методы работы с инструментарием программирования определяются той средой, в которой осуществляется преобразование алгоритма в программу для компьютера.

Базовые инструменты любой среды программирования совершенно одинаковы по своей сути, а отличаются только формой представления.

Представьте себе набор типовых инструментов любого специалиста, будь то слесарь, столяр, портниха, электромонтер, мастер по ремонту автомашин и пр. Их инструменты существенно отличаются Друг от друга, так как служат для решения различных задач. У людей одной и той же профессии базовые наборы инструментов очень похожи и отличаются только формой, качеством, маркой.

Аналогичная картина складывается и с инструментарием программирования. Он может быть разнообразным, но всегда будет существовать некий базовый набор инструментов, для использования которого нужно овладеть специальным языком программирования.

Для создания прикладного ПО широко используются такие языки, как Basic, Pascal, C++, Delphi и др. Во многих учебных заведения используется язык ЛОГО.

Взаимосвязь программного обеспечения (уровни программной конфигурации)

1. Информатика – наука, изучающая закономерности получения, хранения, передачи и обработки информации в природе и человеческом обществе.Слово информатика образовано объединением слов информация и автоматика. В большинстве стран Западной Европы и в США используется термин Computer Science (наука о компьютерах).Системы, способные воспринимать и обрабатывать информацию, будем называть информационными. Информационные системы можно классифицировать на естественные и искусственные. К первым относятся все естественно возникшие системы. Такими системам являются биологические организмы. Искусственными информационными системами являются созданные человеком информационные системы.Предметом изучения в данном курсе является один из разделов информатики – компьютерная информатика. Под компьютерной информатикой будем понимать естественно-научную дисциплину, занимающуюся вопросами сбора, хранения, обработки и отображения информации с использованием средств вычислительной техники. В настоящее время компьютерная информатика используется в различных сферах человеческой деятельности и становится одним из стратегических направлений развития общества Далее под информатикой будем понимать компьютерную информатику.

2. Термин информация происходит от латинского слова informatio – разъяснение, изложение. Первоначальное значение этого термина – «сведения, передаваемые людьми устным, письменным или иным способом». В середине ХХ века термин «информация» превратился в общенаучное понятие, означающее обмен сведениями между людьми, между человеком и автоматом, между автоматами, а также обмен сигналами в животном и растительном мире. В философском смысле информация есть отражение реального мира. Это сведения, которые один реальный объект содержит о другом реальном объекте. Таким образом, понятие информации связывается с определенным объектом, свойства которого она отражает. В информатике под информацией понимается сообщение, снижающее степень неопределенности знаний о состоянии предметов или явлений и помогающее решить поставленную задачу. Изменение некоторой физической величины во времени, обеспечивающее передачу сообщений, называется сигналом .Мы живем в материальном мире, состоящем из физических тел и физических полей. Физические объекты находятся в состоянии непрерывного движения и изменения, которые сопровождаются обменом энергией и переходом ее из одной формы в другую. Для того чтобы в материальном мире происходил обмен информацией, ее преобразование и передача, должны существовать носитель информации, передатчик, канал связи, приемник и получатель информации. Канал связи представляет собой среду, в которой происходит передача информации. Канал связи объединяет источник и получателя информации в единую информационную систему

3.Единицы измерения количества информации. Для количественного выражения любой величины необходимо определить единицу измерения. Так, для измерения длины в качестве единицы выбран метр, для измерения массы - килограмм и так далее. Аналогично, для определения количества информации необходимо ввести единицу измерения. За единицу количества информации принимается такое количество информации, которое содержит сообщение, уменьшающее неопределенность в два раза. Такая единица названа «бит». Если вернуться к опыту с бросанием монеты, то здесь неопределенность как раз уменьшается в два раза и, следовательно, полученное количество информации равно 1 биту. Минимальной единицей измерения количества информации является бит, а следующей по величине единицей является байт, причем 1 байт = 2 3 бит = 8 бит. В информатике система образования кратных единиц измерения количества информации несколько отличается от принятых в большинстве наук. Традиционные метрические системы единиц, например Международная система единиц СИ, в качестве множителей кратных единиц используют коэффициент 10 n , где n = 3, 6, 9 и так далее, что соответствует десятичным приставкам Кило (10 3), Мега (10 6), Гига (10 9) и так далее. Компьютер оперирует числами не в десятичной, а в двоичной системе счисления, поэтому в кратных единицах измерения количества информации используется коэффициент 2 n . Так, кратные байту единицы измерения количества информации вводятся следующим образом: 1 Кбайт = 2 10 байт = 1024 байт; 1 Мбайт = 2 10 Кбайт = 1024 Кбайт; 1 Гбайт = 2 10 Мбайт = 1024 Мбайт.

4. Хранение и передача информации осуществляются за счет преобразования информации в удобную форму в зависимости от условий, в которых находятся источник и потребитель информации. Передача информации может осуществляться напрямую, а также за счет усиления сигнала (рупор, локальная компьютерная сеть, письменная речь и т. д.) или же путем преобразования сигнала и передачи его на далекие расстояния (телефон, телеграф, радио, телевидение, глобальные компьютерные сети и т. д.) . Хранение информации осуществляется на долговременных носителях: камень, пергамент, кожа, бумага, магнитные носители, лазерные диски, серверы вычислительных сетей и т. п. При этом передача освобождается от гнета реального времени, становятся возможными даже сообщения человека самому себе (заметки на память) . Таким образом за счет использования "инструмента" уменьшается нагрузка на человеческую память. В настоящее время основным средством хранения информации является персональный компьютер (ПК) и другие средства вычислительной техники. Процедура хранения информации в ПК состоит в том, чтобы сформировать и поддерживать структуру хранения данных в памяти компьютера. Современные структуры хранения данных должны быть независимы от программ, использующих эти данные, и реализовывать принципы полноты и минимальной избыточности. Такие структуры получили название "базы данных". Процедуры создания структуры хранения (базы данных) , актуализации, извлечения и удаления данных производятся при помощи специальных программ, называемых "системы управления базами данных".

5. В современной вычислительной технике информация чаще всего кодируется с помощью последовательности сигналов всего двух видов: включено или невключено, намагничено или ненамагничено, высокое или низкое напряжение и т.д. Принято обозначать одно состояние цифрой 0, а другое - 1. Такое представление информации в цифровом виде называют двоичным. Набор (последовательность) из нулей и единиц называют двоичным кодом.

Система счисления - совокупность приемов наименования и обозначения чисел. Системы счисления разделяются на две группы: позиционные и непозиционные. Позиционной называется система счисления, в которой значение цифры зависит от ее места (позиции) в ряду цифр, обозначающих число. Системы, не обладающие этим свойством, называются непозиционными (римская система счисления). Основанием позиционной системы счисления называется число цифр, которое используют при записи.

В ЭВМ часто используется восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления. В восьмеричной системе счисления числа записываются с помощью восьми цифр (0 1 2 3 4 5 6 7). Сама восьмерка записывается двумя цифрами: 10. Для записи чисел в шестнадцатеричной системе необходимо уже располагать шестнадцатью различными символами, используемыми как цифры:

10-я: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

16-я: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 А В С D E F

6. Решая различные задачи, человек вынужден использовать информацию об окружающем нас мире. И чем более полно и подробно человеком изучены те или иные явления, тем подчас проще найти ответ на поставленный вопрос. Так, например, знание законов физики позволяет создавать сложные приборы, а для того, чтобы перевести текст на иностранный язык, нужно знать грамматические правила и помнить много слов. Часто приходится слышать, что то или иное сообщение несет мало информации или, наоборот, содержит исчерпывающую информацию. При этом разные люди, получившие одно и то же сообщение (например, прочитав статью в газете), по -разному оценивают количество информации , содержащейся в нем. Это происходит оттого, что знания людей об этих событиях (явлениях) до получения сообщения были различными. Поэтому те, кто знал об этом мало, сочтут, что получили много информации, те же, кто знал больше, чем написано в статье, скажут, что информации не получили вовсе. Количество информации в сообщении, таким образом, зависит от того, насколько ново это сообщение для получателя. Однако иногда возникает ситуация, когда людям сообщают много новых для них сведений (например, на лекции), а информации при этом они практически не получают (в этом нетрудно убедиться во время опроса или контрольной работы). Происходит это от того, что сама тема в данный момент слушателям не представляется интересной. Итак, количество информации зависит от новизны сведений об интересном для получателя информации явлении. Иными словами, неопределенность (т. е. неполнота знания) по интересующему нас вопросу с получением информации уменьшается. Если в результате получения сообщения будет достигнута полная ясность в данном вопросе (т. е. неопределенность исчезнет), говорят, что была получена исчерпывающая информация . Это означает, что необходимости в получении дополнительной информации на эту тему нет. Напротив, если после получения сообщения неопределенность осталась прежней (сообщаемые сведения или уже были известны, или не относятся к делу), значит, информации получено не было (нулевая информация ). Единица измерения информации называется бит (bit ) - сокращение от английских слов binary digit , что означает двоичная цифра. В компьютерной технике бит соответствует физическому состоянию носителя информации: намагничено - не намагничено, есть отверстие - нет отверстия. При этом одно состояние принято обозначать цифрой 0, а другое - цифрой 1. Выбор одного из двух возможных вариантов позволяет также различать логические истину и ложь . Последовательностью битов можно закодировать текст, изображение, звук или какую-либо другую информацию. Такой метод представления информации называется двоичным кодированием (binary encoding) .

7. В 1950-60х годах компьютеры были доступны только крупным компаниям из-за своих размеров и цены. В конкурентной борьбе за увеличение продаж фирмы, производящие компьютеры, стремились к удешевлению и миниатюризации своей продукции. Для этого использовались все современные достижения науки: память на магнитных сердечниках,транзисторы, и наконецмикросхемы. К 1965 году мини-компьютерPDP-8занимал объём сопоставимый с бытовымхолодильником, стоимость составляла примерно 20 тыс. долларов, кроме того, наблюдалась тенденция к дальнейшейминиатюризации.

В мае 1966г. Стивен Грейосновывает общество компьютерных любителей (Amateur Computer Society) или ACS, и начинает публиковать новости клуба.

Многочисленные энтузиасты, заинтересованные в изучении возможностей компьютеров, старались выжать все возможное из доступных тогда материалов. Так, например, первый интерпретаторязыка программирования для персонального компьютера был написан по инициативе двух студентов, а история фирмыAppleначалась с гаража, так как у основателей не было другого помещения.

В 1975г. Билл ГейтсиПол Алленрешили написать интерпретатор языка BASIC для компьютераAltair 8800и основали компаниюMicro-Soft, специализировавшуюся на разработке программного обеспечения для компьютеров.

1 апреля1976г. Стив ДжобсиСтив Вознякосновали фирмуApple Computer.

Доступность персональных компьютеров стимулировала написание программного обеспечения; в свою очередь широкий выбор разработанного ПО стимулировал дальнейшее распространение и использование персональных компьютеров в обществе.

Объёмы продаж персональных компьютеров в конце 1970-х годов были невысоки, но для абсолютно нового товара коммерческий успех был ошеломляющ. Причиной этого было появление программного обеспечения, покрывавшего нужды пользователей в автоматизации обработки информации. В начале 1980-х наиболее популярны были язык программирования для «чайников» BASIC, текстовый редакторWordStar(назначения«горячих» клавишкоторого используются до сих пор) и табличный процессор VisiCalc, переросший к настоящему времени в гиганта под названиемExcel. Деловой мир всего мира увидел, что покупать компьютеры весьма выгодно: с их помощью стало возможно значительно эффективнее выполнять бухгалтерские расчёты, составлять документы и так далее. В результате оказалось, что для многих организаций необходимые им расчёты можно выполнять не на больших ЭВМ, а на персональных компьютерах, что значительно дешевле. Распространение персональных компьютеров к концу семидесятых годов привело к некоторому снижению спроса на большие и миниЭВМ. Это стало предметом серьёзного беспокойства корпорации IBM - ведущей компании по производству ЭВМ.

В 1979 году руководство IBM решило произвести как бы мелкий эксперимент (что-то вроде одной из десятков проводившихся в фирме работ по созданию нового оборудования) - попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров («если другие фирмы начали производство персональных компьютеров, то почему бы и нам не попробовать?»). Чтобы на этот эксперимент не тратить слишком много денег, руководство фирмы предоставило подразделению, ответственному за данный проект, невиданную в фирме свободу. В частности, ему было разрешено не конструировать персональный компьютер «с нуля», а использовать блоки, изготовленные другими фирмами. И это подразделение сполна использовало предоставленный шанс. Прежде всего в качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel 8088. Его использование позволило значительно увеличить потенциальные возможности компьютера, так как новый микропроцессор позволял работать с 1Мегабайтомпамяти, в то время как все имевшиеся тогда компьютеры на базе8 разрядовбыли ограничены64Килобайтами. В компьютере были использованы и другие комплектующие различных фирм, а его программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирмеMicrosoft.

В августе 1981г. новый компьютер под названием IBM 5150был официально представлен публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. Через один-два года компьютер IBM PC стал стандартом персонального компьютера. Сейчас такие компьютеры («совместимые с IBM PC») составляют значительную часть всех производимых в мире персональных компьютеров.

Успех IBM PC проистекает из удивительного отказа IBM лицензировать любые компоненты новой машины в сочетании с открытой архитектурой, расширяемостью и приемлемой ценой. Инновацией можно назвать разве что созданиеBIOS- встроенной программной оболочки для изоляции специфических особенностей "железа" от программ - но вряд ли покупатели могли оценить эту инновационность в тот момент. Зато сторонние производители получили возможность делать полностью совместимые клоны и модули расширения без каких либо юридических и финансовых проблем. Кроме того, в IBM PC широко использовались покупные элементы что уменьшало затраты на запуск производства. Уже к1986году IBM теряет лидирующее положение на рынке IBM PC-совместимых компьютеров в пользу специализированных компаний-сборщиков. До наших дней дошли некоторые торговые марки сборочных компаний тех времен:Dell,Compaqи некоторые другие.

8.Предмет информатики как науки составляют:

аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

программное обеспечение средств вычислительной техники;

средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Средства взаимодействия в информатике принято называть интерфейсом. Поэтому средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения иногда называют также программно-аппаратным интерфейсом, а средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами - интерфейсом пользователя.

Основной задачей информатики как науки - это систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники. Цель систематизации состоит в том, чтобы выделять, внедрять и развивать передовые, более эффективные технологии автоматизации этапов работы с данными, а также методически обеспечивать новые технологические исследования.

Информатика - практическая наука. Ее достижения должны проходить проверку на практике и приниматься в тех случаях, если они отвечают критерию повышения эффективности. В составе основной задачи сегодня можно выделить такие основные направления информатики для практического применения:

архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);

интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);

программирование (приемы, методы и средства разработки комплексных задач);

преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);

защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных);

автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);

стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, между форматами представления данных, относящихся к разным типам вычислительных систем).

На всех этапах технического обеспечения информационных процессов для информатики ключевым вопросом есть эффективность. Для аппаратных средств под эффективностью понимают соотношение производительности оснащение к его стоимости. Для программного обеспечения под эффективностью принято понимать производительность работающих с ним пользователей. В программировании под эффективностью понимают объем программного кода, созданного программистами за единицу времени. В информатике всю жестко ориентированное на эффективность. Вопрос как осуществить ту или другую операцию, для информатики важный, но не основной. Основным есть вопрос как совершить данную операцию эффективно.

В рамках информатики, как технической науки можно сформулировать понятия информации, информационной системы и информационной технологии.

Информация

Информация - это совокупность сведений (данных), которая воспринимается из окружающей среды (входная информация), выдается в окружающую среду (исходная информация) или сохраняется внутри определенной системы.

Информация существует в виде документов, чертежей, рисунков, текстов, звуковых и световых сигналов, электрических и нервных импульсов и т.п..

Важнейшие свойства информации:

объективность и субъективность;

достоверность;

адекватность;

доступность;

актуальность.

Данные являются составной частью информации, представляющие собой зарегистрированные сигналы.

Во время информационного процесса данные преобразовываются из одного вида в другого с помощью методов. Обработка данных включает в себя множество разных операций. Основными операциями есть:

сбор данных - накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решения;

формализация данных - приведение данных, которые поступают из разных источников к единой форме;

фильтрация данных - устранение лишних данных, которые не нужны для принятия решений;

сортировка данных - приведение в порядок данных за заданным признаком с целью удобства использования;

архивация данных - сохранение данных в удобной и доступной форме;

защита данных - комплекс мер, направленных на предотвращение потерь, воспроизведения и модификации данных;

транспортирование данных - прием и передача данных между отдаленными пользователями информационного процесса. Источник данных принят называть сервером, а потребителя - клиентом;

преобразование данных - преобразование данных с одной формы в другую, или с одной структуры в другую, или изменение типа носителя.

9.Персональный компьютер - это однопользовательская электронно-вычислительная машина на базе микропроцессора. Периферийные устройства Телекоммуникации и компьютерные сети В настоящее время большинство компьютеров работают не изолированно друг от друга. Два и более компьютеров, соединенных друг с другом посредством кабелей, телефонных линий, радиоканалов и т.д. называются компьютерной сетью. Они подключаются к глобальным и локальным сетям, что обеспечивает им возможность обмена информацией с другими компьютерами. Локальная сеть - это группа из нескольких компьютеров, объединенных между собой посредством кабелей, телефонных линий или радиоканалов, через которые компьютеры могут обмениваться информацией. Глобальные сети - это сети в состав которых входит множество сетей и обмен данными в которых ведется по определенным правилам. Одной из разновидностей глобальных сетей является Интернет.

10. Периферийные устройства Для ввода и вывода информации к компьютеру подключаются дополнительные устройства, называемые периферийными. Перечислим основные из тгих: Монитор -устройство для изображения текстовой и графической информации;Клавиатура - устройство для ввода символьной информации;Мышь - указательное устройство, упрощающее ввод информации и управление работой;Принтер - устройство для вывода текстовой и графической информации на печать;Модем - модулятор/демодулятор, устройство для преобразования и усиления сигналов, поступающих из линий связи в компьютер и выходящих из него;

11. Под программным обеспечением понимается совокупность программ, выполняемых вычислительной системой.

К программному обеспечению относится также вся область деятельности по проектированию и разработке ПО.

Технология проектирования программ;

Методы тестирования программ;

Методы доказательства правильности программ;

Анализ качества работы программ;

Документирование программ;

Разработка и использование программных средств, облегчающих процесс проектирования программного обеспечения, и многое другое.

Программное обеспечение � неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданным для него ПО.

Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области применения. Все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютерах программах.

Программное обеспечение современных компьютеров включает миллионы программ � от игровых до научных.

Программы, работающие на компьютере, можно разделить на три категории:

- прикладные программы , непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ: редактирование текстов, рисование картинок, обработка информационных массивов и т. д.;

- системные программы , выполняющие различные вспомогательные функции, например создание копии используемой информации, выдачу справочной информации о компьютера, проверку работоспособности устройств компьютера и т. д.;

- Вспомогательное ПО (инструментальные системы и утилиты )

Понятно, что грани между указанными тремя классами программ весьма условны, например, в состав программы системного характера может входить редактор текстов, т. е. программа прикладного характера.

Прикладное ПО . Для IBM PC разработаны и используются сотни тысяч различных прикладных программ для различных применений. Наиболее широко применяются программы:

q подготовки текстов (документов) на компьютере редакторы текстов;

q подготовки документов типографского качества издательские системы;

q обработки табличных данных табличные процессоры;

q обработки массивов информации системы управления базами данных.

Прикладная программа это любая конкретная программа, способствующая решению какой-либо задачи в пределах данной проблемной области.

Например, там, где на компьютер возложена задача контроля за финансовой деятельностью какой-либо фирмы, прикладной будет программа подготовки платежных ведомостей.

Прикладные программы могут носить и общий характер, например, обеспечивать составление и печатание документов и т.п.

Прикладные программы могут использоваться либо автономно, то есть решать поставленную задачу без помощи других программ, либо в составе программных комплексов или пакетов.

12.Архитектура фон Неймана - широко известный принцип совместного хранения команд и данных в памяти компьютера.Вычислительные системы такого рода часто обозначают термином «машина фон Неймана», однако соответствие этих понятий не всегда однозначно. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают принцип хранения данных и инструкций в одной памяти.

13. Операционная система (ОС) - программа или совокупность программ, управляющая основными действиями ЭВМ, ее периферийными устройствами и обеспечивающая запуск всех остальных программ, а также взаимодействие с оператором. Функции ОС : * Управление памятью; * Управление доступом к устройствам ввода-вывода; * Управление файловой системой; * Управление взаимодействием процессов, диспетчеризация процессов; * Управление использованием ресурсов; * Загрузка программ в оперативную память и их выполнение; * Интерфейс с пользователем; * Межмашинное взаимодействие (сеть); * Защита самой системы и пользовательских данных и программ; * Разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы. Многозадачность (multitasking, multiprogramming) - свойство операционной системы и ЭВМ, при которой один процессор может обрабатывать несколько разных программ или разных частей одной программы одновременно. При этом все программы вместе удерживаются в оперативной памяти и каждая выполняется за какой-то период времени. Например, одна программа может работать, пока другие ожидают включения периферийного устройства или сигнала (команды) оператора. Способность к многозадачности зависит в большей степени от операционной системы, чем от типа ЭВМ. Наиболее распространенной многозадачной системой является Unix фирмы AT&T’s Bell Laboratories (США). Виды ОС: * Многопользовательская система , система с коллективным доступом, система коллективного доступа (multiuser system, multiaccess system) - вычислительная система или ее часть (например операционная система), позволяющая нескольким пользователям одновременно иметь доступ к одной ЭВМ со своего терминала (локального или удаленного). Многопользовательский характер работы достигается благодаря режиму разделения времени, который заключается в очень быстром переключении ЭВМ между разными терминалами и программами и соответственно быстрой отработке команд каждого пользователя. При этом последний не замечает задержек времени, связанных с обслуживанием других пользователей. Примерами разработок указанного вида могут служить помимо Windows операционные системы: NetWare, созданная и развиваемая фирмой Novell (США) для локальных информационных вычислительных систем; Unix фирмы AT&T’s Bell Laboratories (США); REAL/32 и др. * Однопользовательская система (one user system) - операционная система, не обладающая свойствами многопользовательской. Примерами однопользовательских ОС являются MS DOS фирмы Microsoft (США) и ОС/2, созданная совместно Microsoft и IBM. * Сетевая операционная система, СОС (NOS, Network Operating System) - операционная система, предназначенная для обеспечения работы вычислительной сети. Примерами сетевых операционных систем являются Windows NT, Windows 2000, Novel Netware, Unix, Linux и др. Типы ОС : * графические (с наличием графического пользовательского интерфейса - GUI) - текстовые (только командная строка); * бесплатные - платные; * открытые (с возможностью редактировать исходный код) - закрытые (без возможности редактировать исходный код); * клиентские - серверные; * высокая стабильность (устойчивость к сбоям аппаратной части)- низкая стабильность; * простая в администрировании (для рядового пользователя) - сложная, для системных администраторов; * 16-разрядная - 32-разрядная - 64-разрядная (в далеком прошлом были еще и 8-разрядные); * с высоким уровнем безопасности данных - с низким уровнем безопасности;

14. Системный блок – основная часть компьютера. Он состоит из металлического корпуса, в котором располагаются основные компоненты компьютера. С ним соединены кабелями клавиатура, мышь и монитор. Внутри системного блока расположены:микропроцессор , который выполняет все поступающие команды, производит вычисления и управляет работой всех компонентов компьютера;оперативная память, предназначенная для временного хранения программ и данных;системная шина, осуществляющая информационную связь между устройствами компьютера;материнская плата , на которой находятся микропроцессор, системная шина, оперативная память, коммуникационные разъемы, микросхемы управления различными компонентами компьютера, счётчик времени, системы индикации и защиты;блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;вентиляторы для охлаждения греющихся элементов;устройства внешней памяти , к которым относятся накопители на гибких и жестких магнитных дисках, дисковод для компакт-дисков СD-ROM, предназначенные для длительного хранения информации.Аппаратной основой системного блока является материнская плата - самостоятельный элемент, который управляет внутренними связями и с помощью системы прерываний взаимодействует с внешними устройствами. На материнской плате расположены все важнейшие микросхемы.Персональные компьютеры делятся на стационарные и портативные. Стационарные обычно устанавливаются рабочем столе. Портативные компьютеры делятся на следующие категории:

переносные (portable), которые имеют небольшую массу и габариты и поддаются транспортировке одним человеком;

наколенные (laptop), выполненные в виде дипломата;

блокнотные (notebook), имеющие габариты большого блокнота;

карманные (pocket), которые помещаются в карман.

15. Компью́терная па́мять (устройство хранения информации , запоминающее устройство ) - часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных, используемая в вычислениях, в течение определённого времени. Память, как и центральный процессор, является неизменной частью компьютера с 1940-х. Память в вычислительных устройствах имеетиерархическую структуру и обычно предполагает использование нескольких запоминающих устройств, имеющих различные характеристики.

В персональных компьютерах «памятью» часто называют один из её видов - динамическая память с произвольным доступом(DRAM), - которая в настоящее время используется в качестве ОЗУ персонального компьютера.

Задачей компьютерной памяти является хранение в своих ячейках состояния внешнего воздействия, запись информации. Эти ячейки могут фиксировать самые разнообразные физические воздействия (см. ниже). Они функционально аналогичны обычномуэлектромеханическому переключателю и информация в них записывается в виде двух чётко различимых состояний - 0 и 1 («выключено»/«включено»). Специальные механизмы обеспечивают доступ (считывание , произвольное или последовательное) к состоянию этих ячеек.

Процесс доступа к памяти разбит на разделённые во времени процессы - операцию записи (сленг. прошивка , в случае записиПЗУ) и операцию чтения, во многих случаях эти операции происходят под управлением отдельного специализированного устройства - контроллера памяти.

Также различают операцию стирания памяти - занесение (запись) в ячейки памяти одинаковых значений, обычно 00 16 или FF 16 .

Наиболее известные запоминающие устройства, используемые в персональных компьютерах: модули оперативной памяти (ОЗУ),жёсткие диски (винчестеры), дискеты (гибкие магнитные диски), CD- или DVD-диски, а также устройства флеш-памяти.

16.Файловый менеджер (англ.file manager ) - компьютерная программа, предоставляющаяинтерфейс пользователядля работы сфайловой системойифайлами. Файловый менеджер позволяет выполнять наиболее частые операции над файлами - создание, открытие/проигрывание/просмотр, редактирование, перемещение, переименование, копирование, удаление, изменение атрибутов и свойств, поиск файлов и назначение прав. Помимо основных функций, многие файловые менеджеры включают ряд дополнительных возможностей, например, таких, как работа с сетью (черезFTP,NFSи т. п.),резервное копирование, управлениепринтерамии пр.

Выделяют различные типы файловых менеджеров, например:

Навигационные и пространственные - иногда поддерживается переключение между этими режимами.

Двухпанельные - в общем случае имеют две равноценных панели для списка файлов, дерева каталогов и т. П

17. Операционные системы для автономного компьютера

Операционная система компьютера представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, который действует как интерфейс между приложениями и пользователями с одной стороны, и аппаратурой компьютера с другой стороны. В соответствии с этим определением ОС выполняет две группы функций:

предоставление пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры компьютера расширенной виртуальной машины, с которой удобней работать и которую легче программировать;

повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторым критерием.

ОС как виртуальная машина

Для того чтобы успешно решать свои задачи, современный пользователь или даже прикладной программист может обойтись без досконального знания аппаратного устройства компьютера. Ему не обязательно быть в курсе того, как функционируют различные электронные блоки и электромеханические узлы компьютера. Более того, очень часто пользователь может не знать даже системы команд процессора. Пользователь-программист привык иметь дело с мощными высокоуровневыми функциями, которые ему предоставляет операционная система.

ОС как система управления ресурсами

Операционная система не только предоставляет пользователям и программистам удобный интерфейс к аппаратным средствам компьютера, но и является механизмом, распределяющим ресурсы компьютера.К числу основных ресурсов современных вычислительных систем могут быть отнесены такие ресурсы, как процессоры, основная память, таймеры, наборы данных, диски, накопители на магнитных лентах, принтеры, сетевые устройства и некоторые другие. Ресурсы распределяются между процессами. Процесс (задача) представляет собой базовое понятие большинства современных ОС и часто кратко определяется как программа в стадии выполнения. Программа - это статический объект, представляющий собой файл с кодами и данными. Процесс - это динамический объект, который возникает в операционной системе после того, как пользователь или сама операционная система решает «запустить программу на выполнение», то есть создать новую единицу вычислительной работы. Например, ОС может создать процесс в ответ на команду пользователя run prgl. exe, где prgl. exe - это имя файла, в котором хранится код программы.

18.Компьютерный вирус – это программа, способная создавать свои копии, внедрять их в различные объекты или ресурсы компьютерных систем, сетей и производить определенные действия без ведома пользователя. Для борьбы с вирусами разрабатываются антивирусные программа. Говоря медицинским языком, эти программы могут выявлять (диагностировать), лечить (уничтожать) вирусы и делать прививку “здоровым” программам. Различают следующие виды антивирусных программ:

Программы – детекторы (сканеры);

Программы – доктора (или фаги, дезинфекторы);

Программы – ревизоры;

Программы – фильтры (сторожа, мониторы);

Программы – иммунизаторы.

19. Чтобы предотвратить заражение вирусами и атаки троянских коней, необходимо выполнять некоторые рекомендации:

Не запускайте программы, полученные из Интернета или в виде вложения в сообщение электронной почты без проверки на наличие в них вируса Необходимо проверять все внешние диски на наличие вирусов, прежде чем копировать или открывать содержащиеся на них файлы или выполнять загрузку компьютера с таких дисков Необходимо установить антивирусную программу и регулярно пользоваться ею для проверки компьютеров. Оперативно пополняйте базу данных антивирусной программы набором файлов сигнатур вирусов, как только появляются новые сигнатуры Необходимо регулярно сканировать жесткие диски в поисках вирусов. Сканирование обычно выполняется автоматически при каждом включении ПК и при размещении внешнего диска в считывающем устройстве. При сканировании антивирусная программа ищет вирус путем сравнения кода программ с кодами известных ей вирусов, хранящихся в базе данных создавать надежные пароли, чтобы вирусы не могли легко подобрать пароль и получить разрешения администратора. Регулярное архивирование файлов позволит минимизировать ущерб от вирусной атаки Основным средством защиты информации – это резервное копирование ценных данных, которые хранятся на жестких дисках.

20. Архивация - это сжатие одного или более файлов с целью экономии памяти и размещение сжатых данных в одном архивном файле. Архивация данных - это уменьшение физических размеров файлов, в которых хранятся данные, без значительных информационных потерь. Архивация проводится в следующих случаях:

 Когда необходимо создать резервные копии наиболее ценных файлов

 Когда необходимо освободить место на диске

 Когда необходимо передать файлы по E-mail

Архивный файл представляет собой набор из нескольких файлов (одного файла), помещенных в сжатом виде в единый файл, из которого их можно при необходимости извлечь в первоначальном виде. Архивный файл содержит оглавление, позволяющее узнать, какие файлы содержатся в архиве.

Архиватор WinRAR

WinRAR – это 32 разрядная версия архиватора RAR для Windows. Это - мощное средство создания архивов и управления ими. Есть несколько версий RAR, для разных операционных систем: Windows, Linux, UNIX, DOS, OS/2 и т.д.

21.Локальная сеть объединяет компьютеры, расположенные недалеко друг от друга и дает возможность:

совместно использовать программы и данные;

совместно использовать сетевое периферийное оборудование и компьютеры;

осуществлять администрирование сети.

Соединение компьютеров в сеть дает значительный экономический эффект: от оптимизации работы с информацией до экономии на оборудовании и программном обеспечении. Такая сеть может принадлежать предприятию или частному лицу. В многоквартирных домах локальные сети объединяют владельцев компьютеров из разных квартир. Сеть может быть одноранговой. В ней все компьютеры равноправны, хотя и могут выполнять разные функции (например, один из компьютеров может быть шлюзом в Интернет, к другому может быть подключен сетевой принтер и т.п.) Другой вид сеть на основе сервера . В последнем случае, один из компьютеров – сервер (от английского слова server – обслуживающее устройство) занимается обслуживанием других компьютеров – рабочих станций. Сервер - более мощный компьютер, с большим объемом памяти. На нем хранится большая часть информации и устанавливаются сетевые версии программного обеспечения. Каждый компьютер, подключаемый к локальной сети, снабжается специальным модулем – сетевым адаптером (сетевой картой). Через сетевые адаптеры компьютеры соединяются друг с другом или со специальным устройством, осуществляющим коммутацию (соединение) каналов передачи информации (такое устройство называется хаб или свитч ). Важнейшая характеристика сети – скорость передачи информации. Она зависит от используемых сетевых адаптеров и пропускной способности канала связи. Чтобы «общаться» друг с другом в сети все компьютеры должны соблюдать определённые правила обмена информацией –сетевой протокол .Компьютеры и локальные сети, удаленные на большие расстояния, тоже можно объединять в сеть. Такая сеть называется глобальной . Основная задача такой сети – совместный доступ к информации . Глобальные сети могут бытьгосударственными, региональными или корпоративными (то есть принадлежат государственным или региональным властным структурам, крупным корпорациям). Глобальные сети могут быть соединены между собой . В результате образуются межсетевое объединение (английское название - internet). Соединение двух глобальных сетей выполняется через компьютер, который называетсямостом (в случае объединения сетей с одинаковыми протоколами), шлюзом (если протоколы разные) или брандмауэром (если он защищает одну сеть от несанкционированного проникновения из другой сети).

22. По назначениюИнформационно-управляющие системы.Системы поддержки принятия решений.Информационно-поисковые системы.Информационно-справочные системы.Системы обработки данных.По структуре аппаратных средствОднопроцессорные.Многопроцессорные ИС.Сосредоточенные вычислительные системы.Системы с удаленным доступом (с телеобработкой).Вычислительные сети.По характеру обслуживания пользователейПакетная обработка.Режим индивидуального пользования.Режим коллективного пользования.По характеру взаимодействия с пользователямиДиалоговый режим.Интерактивный режим.

23. Назначение и состав устройств персонального компьютера

Персональный компьютер (ПК) предназначен для хранения и переработки информации. Информация может представлять собой текст, таблицы, рисунки, фотографии, звукозаписи и т. п. Информация хранится и обрабатывается в цифровом виде. Единица измерения информации - байт. Один байт (1б) соответствует примерно одному символу текста. Для удобства введены также более крупные единицы измерения информации: килобайт (Кб), мегабайт (Мб), гигабайт (Гб).

Современный ПК включает в себя следующие элементы:

системный блок;

• клавиатура;

Кроме перечисленных, в состав ПК могут входить модем или факс-модем, плоттер, устройства воспроизведения и записи звука и некоторые другие устройства.

Системный блок

В системном блоке размещаются основные устройства ПК, осуществляющие переработку и хранение информации. Непосредственно переработку информации производит процессор, размещенный на материнской плате системного блока. Основная характеристика процессора - его быстродействие, иначе называемое «тактовая частота». Единица измерения тактовой частоты - мегагерц (МГц), Современные офисные ПК оснащены процессорами с тактовой частотой 200...400 МГц. Кроме того, на материнской плате системного блока расположено оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), или оперативная память 1 . ОЗУ хранит информацию, в данный момент перерабатываемую процессором. Необходимо отметить, что информация в оперативной памяти хранится только при включенном ПК. После выключения ПК вся информация из ОЗУ пропадает. Основная характеристика ОЗУ - объем хранимой информации. Современные офисные ПК оснащены ОЗУ объемом 32...64 Мб. Постоянное хранение информации производится на жестком диске 2 , который также называют «винчестер». Основная характеристика жесткого диска - объем хранимой информации. Современные офисные ПК оснащены жестким диском объемом 3...7 Гб. Для работы с внешними носителями информации системный блок имеет 1 или 2 дисковода для дискет 3 , а также устройство для работы с лазерными компакт-дисками 4 . В последнее время используются почти исключительно дискеты размером 3,5" с объемом хранимой информации 1,44 Мб. Иногда еще встречаются дискеты размером 5" с объемом хранимой информации до 1,2 Мб. Компакт-диск может содержать информацию объемом до 640 Мб. Кроме перечисленных устройств, в системном блоке расположены и другие устройства, обеспечивающие работу ПК: блок питания, видеоплата, контроллеры, платы управления внешними устройствами.

Монитор служит для отображения информации. Подавляющее число современных мониторов цветные. Большинство мониторов оснащено электронно-лучевой трубкой и работает по принципу телевизора. Монитор имеет собственную кнопку включения и выключения, а также кнопки или регуляторы для настройки яркости, контрастности и размера изображения. Современные офисные ПК имеют мониторы с размером экрана по диагонали 15" (38 см) или 17" (43 см).

Клавиатура

Клавиатура предназначена для ввода информации и управления ПК. В настоящее время чаще всего используются так называемые «стандартные клавиатуры 101/102 клавиши».

Мышь предназначена для перемещения курсора по экрану и управления различными объектами. В настоящее время чаще всего встречаются двухкнопочные мыши.

Презентация к уроку

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цель: Объяснить, что такое программное обеспечение и зачем оно существует. Научить различать системное, прикладное ПО.

Задачи:

А) Образовательные – познакомить учащихся с понятиями «программное обеспечение», «операционная система», «системное ПО», «прикладное ПО», закрепить полученные знания;
Б) Развивающие – развивать творческую и мыслительную деятельность учащихся на уроке посредством анализа демонстрационных примеров, способность к обобщению, быстрому переключению, способствовать формированию навыков коллективной и самостоятельной работы, умения чётко и ясно излагать свои мысли;
В) Воспитательные – способствовать развитию смысловой памяти, умений анализировать, сравнивать, отбирать материал, формированию поисковой самостоятельности и коммуникативных качеств учащихся.

Ход урока

I. Организационный момент

Организация рабочих мест.

II. Постановка целей и задач урока

Сегодня на уроке мы рассмотрим следующие вопросы:

• что такое программное обеспечение;
• типы и состав программного обеспечения.

III. Повторение материала

1. Повторение материала по теме «Устройства компьютера».

Задание 1 : Определите, устройством ввода или вывода информации является каждое из устройств, названия которых приведены ниже (соедините стрелками). Приложение 1 .

Задание 2 : «Что это за устройство и для чего предназначено?» Приложение 2 .

IV. Объяснение нового материала

2. Объяснение нового материала по теме «Программное обеспечение компьютера». Для этого используются презентация по теме урока, практические задания на компьютере и с использованием интерактивной доски, цифровые образовательные ресурсы.Слайд 1

Вначале рассматривается теоретический материал по теме:

А) дается понятие – программа, программное обеспечение. Слайд 2
Б) классификация компьютерных программ. Слайд 3
В) понятие, классификация, примеры системного программного обеспечения. Слайды 4, 5, 6
Г) основные понятия программирование, язык программирования, система программирования, назначение и режим работы систем программирования. Слайды 7, 8
Д) понятие прикладных программ, классификация приложений, примеры. Слайды 9, 10, 11

V. Обобщение новых знаний

Для этого учащимся предлагается выполнить следующие задания. Задания проверяются после их выполнения. Задания можно выполнять по группам.

Задание 1 : (работа в паре).

Найдите лишнее.

А) Текстовый редактор, Microsoft Access, графический редактор, переводчик, проверка диска на фрагментацию.
Ответ: проверка диска на фрагментацию

Б) операционная система, архиваторы, табличный процессор, антивирусная программа.
Ответ: табличный процессор

В) отладчик, транслятор, языки-программирования, программа-оболочка
Ответ: программа-оболочка

Задание 2 : (работа в паре)

Сравните, чего больше:

А) Графических редакторов или прикладных программ?
Ответ: прикладных программ

Б) Антивирусных программ или системных программ?
Ответ: системных программ

Задание 3: Определите, разновидностью системного или прикладного ПО является вид программного обеспечения. Приложение 3 .

Задание 4 : (работа в группе):

Укажите, какое ПО необходимо людям в следующих ситуациях (заполните таблицу). Приложение 4 .

Задание 5 (работа в группе): Заполните следующую таблицу, определив ПО на данном компьютере. Приложение 5 .

VI. Подведение итогов урока

повторить пройденный материал, используя конспект урока (Слайд 12), рассмотреть основные вопросы к уроку (Слайд 13), оценивание работы учащихся на уроке.

VII. Домашнее задание

постройте граф, описывающий состав программного обеспечения компьютера.

Список литературы:

1. Л.Л. Босова, Информатика и ИКТ: учебник для 8 класса. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.
2. Л.Л. Босова, Информатика и ИКТ: рабочая тетрадь для 8 класса. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.

Рассмотрим состав и назначение основных блоков ЭВМ на примере настольного персонального компьютера (ПК или PC – personal computer) архитектуры x86-64. Внешний вид такого ПК за последние десять лет не претерпел существенных изменений, если, конечно, это не ультрасовременный моноблок, планшет или ноутбук. Минимальный набор необходимых для работы устройств по-прежнему включает системный блок и внешние (периферийные) устройства: монитор (дисплей) и клавиатуру. Современный компьютер чаще всего имеет в своём составе также манипулятор-мышь и звуковые колонки.

Системный блок – корпус, в котором размещены основные электронные компоненты или модули ПК. Иногда, особенно в магазинах, именно его и называют компьютером, так как монитор продаётся отдельно. Типоразмеры корпуса бывают двух основных видов:

Вертикального расположения (tower – башня), разновидности: baby-tower, mini-tower, midi-tower, big-tower;

Горизонтального расположения (desktop), разновидности: small-footprint, slimline, (ultra) superslimline.

Состав системного блока (рис. 4.3):

Системная (или материнская) плата (motherboard) с расположенными на ней электронными компонентами, платами и разъёмами;

Накопители или приводы для сменных накопителей;

Блок питания (БП).

Рис. 4.3. Состав ПК

Блок питания смонтирован вместе с корпусом системного блока. Мощность блока питания варьируется в зависимости от типа корпуса – от 100–150 Вт (slim) до 300–330 Вт (big tower), выпускаются и более мощные модели 500 и даже 800 Вт.

На материнской плате размещаются все внутренние устройства компьютера (без которых компьютер принципиально не может работать – процессор и память), а также интегрируется всё больше устройств, относящихся к внешним (аудио-, видео-, сетевой и другие интерфейсные контроллеры).

Тип и характеристики различных элементов и устройств материнской платы, как правило, определяется типом и архитектурой центрального процессора. Как правило, именно центральный процессор или процессоры, их семейство, тип, архитектура и исполнение определяют тот или иной вариант архитектурного исполнения материнской платы.

По числу процессоров, составляющих центральный процессор, различают однопроцессорные и многопроцессорные (мультипроцессорные) материнские платы. Большинство персональных компьютеров являются однопроцессорными системами и комплектуются однопроцессорными материнскими платами.

Центральный процессор (ЦП, или CPU – Central Processing Unit) современного компьютера – микропроцессор (МП) – функционально законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное на одной или нескольких СБИС. Именно процессор выполняет в соответствии с программой обработку информации и управление устройствами компьютера. В составе микропроцессора объединяются шиной уже знакомые нам АЛУ и УУ, а также регистры микропроцессорной памяти (МПП), часто имеется кэш-память и математический сопроцессор чисел с плавающей запятой. Тактовая частота процессора может существенно превосходить частоту системной шины и получаться из неё путём умножения. Частоту шины задаёт генератор тактовых импульсов (ГТИ), а процессора – его внутренний умножитель частоты.

Основные функции микропроцессора:

Выборка команд из памяти;

Декодирование команд, т.е. выделение из машинной команды кода операции и операндов, определение её назначения;

Выполнение операций, закодированных в командах;

Управление передачей информации между своими регистрами памяти, оперативной памятью и внешними устройствами;

Обработка прерываний (запрос на обработку по требованию внешнего устройства или при выполнении программы, например, переполнение).

Среди регистров МПП следует отметить счётчик адреса команд (автовычисление адреса следующей команды), регистр состояния (флаговый регистр – переполнение, ноль, знак результата), указатель стека (последний вошёл – первый вышел, неявная адресация), регистры общего назначения (хранение различных данных, работа с ними быстрее, чем с памятью).

В современных персональных компьютерах разных фирм применяются процессоры двух основных архитектур:

Полная система команд переменной длины – Complex Instruction Set Computer (CISC);

Сокращённый набор команд фиксированной длины – Reduced Instruction Set Computer (RISC).

Весь ряд процессоров фирмы Intel, устанавливаемых в персональные IBM-совместимые компьютеры, имеют архитектуру CISC, а процессоры Motorola, используемые фирмой Apple для своих персональных компьютеров, имеют архитектуру RISC. Обе архитектуры имеют свои преимущества и недостатки.

CISC-процессоры имеют обширный набор команд (сотни), из которых программист может выбирать наиболее подходящие для решения задачи. Недостатком этой архитектуры является то, что большой набор команд усложняет внутреннее устройство управления процессором, увеличивает время исполнения команды на микропрограммном уровне. Команды имеют различную длину и время исполнения.

RISC-архитектура имеет ограниченный набор команд, и каждая команда выполняется за один такт работы процессора. Небольшое число команд упрощает устройство управления процессора. К недостаткам RISC-архитектуры можно отнести то, что если требуемой команды в наборе нет, программист (а точнее компилятор) вынужден реализовать её с помощью нескольких команд из имеющегося набора, увеличивая размер программного кода.

Процессоры для ПК выпускают многие фирмы, но законодателем моды здесь являются фирмы Intel и AMD (Advanced Micro Devices). Одним из приоритетных направлений увеличения производительности признано увеличение количества вычислительных ядер процессора, содержащихся в одном корпусе. Многоядерные процессоры способны осуществлять независимое параллельное выполнение нескольких потоков команд одновременно.

Одним из представителей последних моделей производительных процессоров семейства Intel Core i7 третьего поколения является Intel Core i7-3970X Processor Extreme Edition. Этот самый мощный (на сегодня сентябрь 2012 г.) шестиядерный процессор для настольных ПК можно охарактеризовать следующими параметрами:

Тактовая частота – 3,5 (с технологией Turbo Boost – 4,0) ГГц;

Кеш память (технология Smart Cache) – 15 МБ;

Разрядность – 64 бит;

Размер корпуса – 52,5 на 45 мм;

Количество транзисторов – 2,27 млрд.;

Тип разъёма материнской платы – FCLGA2011;

Технология Hyper-Threading (гиперпоточность) – позволяет каждому ядру процессора одновременно выполнять две задачи (два потока команд), в результате чего шесть физических ядер определяются операционной системой как 12 виртуальных;

Технология виртуализации VT (Virtualization Technology) – поддержка нескольких операционных систем на одном компьютере;

Технология Turbo Boost – автоматически ускоряет работу процессора при необходимости за счёт «передачи» неиспользуемых ресурсов производительности активным ядрам (путём повышения их тактовой частоты свыше номинальной);

Технология SpeedStep – энергосбережение за счёт динамического изменения частоты и энергопотребления процессора в зависимости от используемого источника питания.

Одна из последних разработок фирмы AMD – «первый в мире реально восьмиядерный процессор для ПК» AMD FX 8350 (8-Core Black Edition), имеет во многом сходные в сравнении с представленным процессором Intel характеристики. Стоимость процессоров AMD может оказаться на 10% дешевле аналогичных процессоров Intel. Однако многие разработчики программ отдают предпочтение спецификациям процессоров Intel, поэтому не все программы оптимизированы для работы на процессорах AMD, хотя для обычного пользователя эта разница может быть и незаметна.

Оперативным запоминающим устройством (ОЗУ, или RAM – Random Access Memory) называется память с произвольным (и чтение, и запись) доступом. Оперативная, т.е. рабочая, память предназначена для хранения исполняемых программ и соответствующих им данных. Стандартный размер адресуемой ячейки ОЗУ равняется одному байту. Информация в ОЗУ сохраняется всё время, пока на схемы памяти подаётся питание, т.е. она является энергозависимой.

Существует два вида ОЗУ, отличающиеся техническими характеристиками: динамическое ОЗУ, или DRAM (Dynamic RAM), и статическое ОЗУ, или SRAM (Static RAM). Разряд динамического ОЗУ построен на одном транзисторе и конденсаторе, наличие или отсутствие заряда на котором определяет значение, записанное в данном бите. При записи или чтении информации из такой ячейки требуется время для накопления (стекания) заряда на конденсаторе. Поэтому быстродействие динамического ОЗУ на порядок ниже, чем у статического ОЗУ, разряд которого представляет собой триггер на четырёх или шести транзисторах. Однако из-за большего числа элементов на один разряд в одну СБИС статического ОЗУ помещается гораздо меньше элементов, чем у динамического ОЗУ. Например, современные СБИС динамических ОЗУ способны хранить 256–1024 Мбайт информации, а схемы статических ОЗУ только 256–512 Кбайт. Кроме этого, статические ОЗУ более энергоёмки и значительно дороже. Обычно в качестве оперативной или видеопамяти используется динамическое ОЗУ.

Статическое ОЗУ используется в качестве небольшой буферной сверхбыстродействующей памяти. Эта память называется кэш-памятью (от англ. cache – запас). Время обращения к данным в кэш-памяти на порядок ниже, чем у ОЗУ, и сравнимо со скоростью работы самого процессора. Запись в кэш-память осуществляется параллельно с запросом процессора к ОЗУ. Данные, выбираемые процессором, одновременно копируются и в кэш-память. Если процессор повторно обратится к тем же данным, то они будут считаны уже из кэш-памяти. Такая же операция происходит и при записи процессором данных в память. Они записываются в кэш-память, а затем в интервалы, когда шина свободна, переписываются в ОЗУ.

Современные многоядерные процессоры имеют встроенную кэш-память, которая находится внутри корпуса процессора и разделяется на несколько уровней. Самой быстрой памятью, работающей на частоте процессора, является кэш первого уровня (L1-cache). По сути, она является неотъемлемой частью процессора, поскольку расположена на одном с ним кристалле и входит в состав функциональных блоков. Подразделяется на кэш команд и кэш данных. Кэш первого уровня имеет небольшой объём – обычно не более 128 Кбайт. Кэш-память второго уровня имеет уже меньшее быстродействие, но больший объём – единицы Мбайт, при этом весь объём складывается из равных долей кэша каждого ядра. И, наконец, кэш третьего уровня является наименее быстродействующей микропроцессорной памятью, но всё равно значительно превосходящей по быстродействию оперативную память. Кэш третьего уровня обычно расположен отдельно от ядра ЦП, достигает объёма в десятки Мбайт и является общим для всех ядер, при этом каждое ядро процессора может динамически использовать до 100 % от доступного объёма кэш-памяти.

Управление записью и считыванием данных в кэш-память выполняется автоматически. Когда кэш-память полностью заполняется, то для записи последующих данных устройство управления кэш-памяти по специальному алгоритму автоматически удаляет те данные, которые реже всего использовались процессором на текущий момент. Использование процессором кэш-памяти увеличивает производительность процессора, особенно в тех случаях, когда происходит последовательное преобразование относительно небольшого числа данных, которые постоянно во время преобразования хранятся в кэш-памяти.

В одном адресном пространстве с ОЗУ находится специальная память, предназначенная для постоянного хранения таких программ, как тестирование и начальная загрузка компьютера, управление внешними устройствами. Она является энергонезависимой, т.е. сохраняет записанную информацию при отсутствии напряжения питания. Такая память называется постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) или ROM (Read Only Memory). Постоянные запоминающие устройства можно разделить по способу записи в них информации на следующие категории:

ПЗУ, программируемые однократно. Программируются при изготовлении и не позволяют изменять записанную в них информацию;

Перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ). Позволяют перепрограммировать их многократно. Стирание хранящейся в ППЗУ информации осуществляется или засветкой полупроводникового кристалла ультрафиолетовым излучением, или электрическим сигналом повышенной мощности.

Системная (общая) шина обеспечивает обмен информацией между функциональными узлами. Общая шина делится на три отдельные шины по типу передаваемой информации: шина адреса, шина данных, шина управления. Каждая шина характеризуется шириной или разрядностью – числом параллельных проводников для передачи информации. Другая важная характеристика – тактовая частота шины, на которой работает контроллер шины при управлении передачей информации.

Шина адреса предназначена для передачи адреса ячейки памяти или порта ввода-вывода. Ширина шины адреса определяет максимальное количество ячеек, которое она может адресовать напрямую. Если ширина шины адреса равна N , то количество адресуемой памяти равно 2 N . Шина данных предназначена для передачи команд и данных. В современных компьютерах по шестидесятичетырёхразрядной шине данных за один такт передаётся 8 байт информации. Ширина шины управления зависит от типа шины и алгоритма её работы или, как говорят, протокола работы шины.

Примерный протокол работы системной шины состоит из четырёх пунктов. Первый такт – процессор выставляет на шину адреса адрес ячейки памяти или порта внешнего устройства и устанавливает на шине управления сигналы, определяющие тип обмена. На втором такте работы процессор получает сигнал готовности выбранного устройства к приёму или передаче информации. Если сигнал готовности не получен, второй такт может повторяться бесконечное число раз. На третьем такте процессор или открывает шину для приёма данных, или, при записи, выставляет на шину данных передаваемую информацию. На четвёртом такте происходит обмен информацией, и работа протокола передачи заканчивается.

Приведём основные типы шин, используемых в компьютерах, и их характеристики.

PCI (Peripheral Component Interconnect – стандарт подключения внешних компонентов) применяется в настольных компьютерах. Это интерфейс шины, связывающей процессор с оперативной памятью, в которую врезаны разъёмы для подключения внешних устройств. Данный интерфейс поддерживает частоту шины 33 МГц и обеспечивает пропускную способность 132 Мбайт/с. Последующие версии интерфейса с частотой шины 66 МГц обеспечивают пиковую производительность 264 Мбайт/с для 32-разрядных данных и 528 Мбайт/с для 64-разрядных данных (при частоте 66,66 МГц – 533 Мбайт/с). Важным нововведением стала поддержка так называемого режима plug-and-play , сформировавшегося в промышленный стандарт на самоустанавливающиеся устройства. После физического подключения внешнего устройства к разъёму шины PCI происходит обмен данными между устройством и материнской платой, и устройство автоматически получает номер используемого прерывания, адрес порта подключения и номер канала прямого доступа к памяти (в отличие от устаревшей шины ISA, где настройка прерываний осуществлялась переключателями на карте адаптера).

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) применяется в переносных компьютерах класса ноутбук и имеет параметры, сравнимые с параметрами шины PCI.

AGP (Accelerated Graphics Port) – локальная шина, введённая для повышения производительности графической подсистемы компьютера, позволяет организовать непосредственную связь видеоконтроллера и оперативного запоминающего устройства. Имеет конвейерную организацию выполнения операций чтения/записи, что позволяет избежать задержек при обращении к модулям памяти. При установке режима параллельной передачи восьми блоков за один такт обеспечивается пиковая скорость передачи 2112 Мбайт/с. В настоящее время для увеличения производительности видеосистемы используется новая, более быстрая и прогрессивная шина PCI Express.

PCI Express , в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда. В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором. Каждое соединение обладает пропускной способностью до 250 Мбайт/с. Эта величина обеспечивается в обоих направлениях одновременно, что составляет 0,5 Гбайт/с для каждого соединения (в спецификации PCI Express 2.0 – 1 Гбайт/с) независимо от общего количества подключений. Кроме того, важной особенностью является масштабирование, т.е. возможность одновременного использования нескольких каналов сразу для получения соответствующей производительности. Так, пропускная способность PCI Express 2.0 со слотом ´32 составляет 32 Гбайт/с.

Контроллеры (адаптеры) служат для подключения внешних (по отношению к процессору) устройств к системной шине. В современных компьютерах контроллеры клавиатуры, накопителей на жёстких и гибких магнитных дисках (НЖМД и НГМД соответственно), накопителей на оптических дисках (НОД), аудио-, видео- и сетевые адаптеры чаще всего располагаются на системной плате. Набор микросхем, определяющих возможности системной платы (а также реализующих функции контроллеров и портов), называют чипсетами (Chipsets). Для подключения дополнительных контроллеров на системной плате имеются соответствующие стандарту шины разъёмы (слоты расширения).

Внешние устройства

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) необходимы для долговременного хранения больших объёмов информации. Сюда относятся следующие устройства:

НЖМД (винчестеры, HDD – Hard Disk Drive) объёмом в сотни Гбайт, чаще всего расположен внутри системного блока, но бывают и съёмные модели;

НГМД (FDD – Floppy Disk Drive) обычно предназначен для дискет диаметром 3,5 дюйма и объёмом 1,44 Мбайт;

Накопители на магнитной ленте (стримеры) с картриджами до 16 Гбайт;

НОД – двух основных типов: объёмом 700 Мбайт (CD-Compact Disk) и 4,7 Мбайт (DVD-Digital Versatile Disk);

Флеш-накопители.

Магнитные накопители в качестве запоминающей среды используют ферромагнитные материалы со специальными свойствами, позволяющими фиксировать два состояния. Диски, по сравнению с лентой, обладают меньшим временем доступа. Винчестеры удобны в работе, но не обладают мобильностью. Дискеты почти изжили себя. Малый объём, небольшая скорость чтения/записи и ненадёжность делают их применение нецелесообразным.

Принцип действия НОД основан на использовании чередующихся участков поверхности с разными отражающими свойствами (углубления или затемнения). Сменные носители CD и последующие DVD удобны в использовании как ROM больших объёмов. К достоинствам компакт-диска можно отнести его относительную дешевизну в массовом производстве, высокую надёжность и долговечность, нечувствительность к воздействию магнитных полей. Существуют однократно записываемые, обозначаемые буквой R (Recodable), и многократно перезаписываемые – RW (ReWritable) «болванки». Например, CD-R, DVD-RW. Следует отметить, что существует множество порой несовместимых разновидностей форматов оптической записи.

Флеш-память (Flash-memory) представляет собой микросхему многократно перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ). Носители на её основе называются твердотельными, поскольку не имеют движущихся частей. Благодаря своей компактности, относительной дешевизне и низкому энергопотреблению флеш-память широко используется в портативных устройствах, работающих на батарейках и аккумуляторах – цифровых фотокамерах и видеокамерах, цифровых диктофонах, MP3-плеерах, КПК, мобильных телефонах, а также смартфонах и коммуникаторах. Кроме того, она используется для хранения встроенного программного обеспечения в различных устройствах (маршрутизаторах, мини-АТС, принтерах, сканерах), различных контроллерах. В последнее время широкое распространение получили USB флеш-накопители («флешка», USB-драйв, USB-диск), практически вытеснившие дискеты.

Многие производители вычислительной техники видят память будущего исключительно твердотельной, поэтому на рынке комплектующих практически одновременно появились флеш-памяти нескольких стандартов, отличающиеся принципом действия, размерами и характеристиками. Наибольшую популярность на сегодняшний день получили устройства, построенные по архитектуре NOR (от англ. Not-OR – элемент ИЛИ-НЕ) или NAND (от англ. Not-AND – элемент И-НЕ), в основе принципа действия которых лежат транзисторы с плавающим затвором. Размер и стоимость NAND-чипа может быть существенно меньше, быстрее осуществляется запись и стирание. Однако эта архитектура не позволяет обращаться к произвольной ячейке. NAND и NOR-архитектуры сейчас существуют параллельно и не конкурируют друг с другом, поскольку находят применение в разных областях хранения данных.

Одним из перспективных типов флеш-памяти является FRAM (ферроэлектрическая память с произвольным доступом), кристалл которой можно представить состоящим из трёх слоёв. Две крайние пластины представляют собой матрицу проводников для подачи напряжения на средний слой. Средний слой, имеющий толщину порядка 1,5 нм, изготовлен из ферроэлектрического материала. При подаче сигнала записи на матрицу изменяются магнитные и электропроводные свойства участка, расположенного на пересечении проводников.

Устройства ручного ввода информации.

Клавиатура (Keyboard) представляет собой «доску» (Board), на которой в 5 или в 6 рядов расположены клавиши (Key). Стандартной в России является 101/102-клавишная клавиатуры с английскими и русскими символами. Подключается через порт PS/2, USB, беспроводной инфракрасный (ИК или IR – InfraRed) или радиоинтерфейс (например, Bluetooth). Виртуальные клавиатуры существуют только в виде изображения на экране и соответствующего программного кода, а физически – отсутствуют. Ввод осуществляется с помощью мыши либо – всё чаще – обычным касанием, если экран является сенсорным. Лазерная клавиатура имеет виртуальные клавиши, которые проецируются на любую достаточно ровную рассеивающую поверхность (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Лазерная клавиатура

Манипулятор мышь необходима для работы с графическими объектами, например, интерфейсом Windows. В настоящее время распространены мыши с оптическим принципом действия, подключаются аналогично клавиатуре. Используются и другие типы манипуляторов: джойстик, трекбол, трекпойнт, сенсорная панель (тачпад – touchpad), графический планшет (диджитайзер).

Устройства вывода информации.

Монитор, а также дисплей, видеомонитор, видеодисплей – устройство визуального отображения текстовой и графической информации без её фиксации. Для персональных компьютеров используются мониторы следующих типов:

На основе электроннолучевой трубки (ЭЛТ);

На основе жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ, LCD – Liquid Crystal Display);

Плазменные мониторы (PDP – Plasma Display Panels);

Электролюминесцентные мониторы (FED – Field Emission Display);

Самоизлучающие мониторы (LEP – Light Emission Plastics).

Основные характеристики мониторов: размер экрана монитора, который задаётся обычно размером его диагонали в дюймах и форматом – отношением ширины к высоте; разрешающая способность, определяемая числом пикселей (элементов разложения изображения) по горизонтали и вертикали (800´600, 1024´768, 1800´1440, 2048´1536 и др.); частота кадровой развёртки определяет скорость смены кадров изображения и влияет на утомляемость глаз при продолжительной работе на компьютере.

На разрешающую способность монитора и качество изображения влияет объём видеопамяти видеоадаптера. Современные видеоконтроллеры для хранения цвета каждого пикселя используют до 4 байт памяти, для чего необходимо иметь объём видеопамяти до 128 Мбайт. Больший объём видеопамяти позволяет устанавливать более высокий режим разрешения и большее число цветов для каждого пикселя.

Мониторы на основе ЭЛТ постепенно вытесняются плоскими мониторами на жидкокристаллических индикаторах. Экран ЖК монитора выполнен в виде двух электропроводящих стеклянных пластин, между которыми помещён слой кристаллизующейся жидкости. Для создания электростатического поля стеклянная пластина покрыта матрицей прозрачных проводников, а пиксель формируется на пересечении вертикального и горизонтального проводника. Если на пересечении проводников ставят активный управляющий элемент – транзистор, то такие экраны называются TFT-матрицы (Thin Film Transistor – тонкоплёночный транзистор), имеют лучшую яркость и угол обзора до 45°. Этот показатель отличает TFT-экраны от экранов с пассивной матрицей, которые обеспечивали качество изображения только при фронтальном наблюдении.

В плазменных мониторах изображение формируется светом, выделяемым при газовом разряде в каждом пикселе экрана. Конструктивно плазменная панель состоит из трёх стеклянных пластин, на две из которых нанесены тонкие прозрачные проводники: на одну вертикально, на другую – горизонтально. Между ними находится третья пластина, в которой в местах пересечения проводников двух первых пластин имеются сквозные отверстия. Эти отверстия при сборке заполняются инертным газом: неоном или аргоном, они и образуют пиксели. Плазма газового разряда, возникающая при подаче высокочастотного напряжения на вертикальный и горизонтальный проводники, излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, который вызывает свечение люминофора. Каждый пиксель представляет собой миниатюрную лампу дневного света. Высокая яркость и контрастность, отсутствие дрожания изображения, а также большой угол отклонения от нормали, при котором изображение сохраняет высокое качество, являются большими преимуществами таких мониторов. К недостаткам можно отнести недостаточную пока разрешающую способность и достаточно быстрое (пять лет при офисном использовании) ухудшение качества люминофора. Пока такие мониторы используются только для конференций и презентаций.

Электролюминесцентные мониторы состоят из двух пластин, с ортогонально нанесёнными на них прозрачными проводниками. На одну из пластин нанесён слой люминофора, который начинает светиться при подаче напряжения на проводники в точке их пересечения, образуя пиксель.

Самоизлучающие мониторы используют матрицу пикселей, построенную на основе полупроводникового материала, излучающего свет при подаче на него напряжения (светодиод). Достоинства таких мониторов заключаются в том, что они обеспечивают 180-градусный обзор, работают при низком напряжении питания и имеют малый вес.

К устройствам вывода информации относят принтеры и плоттеры (графопостроители). Принтеры – печатающие устройства для вывода информации на бумажный носитель. По основным принципам действия можно выделить матричные , струйные и лазерные принтеры .

Матричные принтеры формируют изображение с помощью специальных иголок печатающей головки, которые ударяют по листу бумаги через красящую ленту. Эти иглы собраны в прямоугольную матрицу. Матричные принтеры не требовательны к качеству бумаги, надёжны, просты в эксплуатации и обладают большим рабочим ресурсом. Они сохраняют безусловное лидерство в реализации такой функции, как получение сразу нескольких копий документа (с использованием копировальной бумаги). Ресурс печатающей головки – около 700 млн. символов. Скорость печати матричных принтеров лежит в очень широких пределах – 200–1400 сим/мин. Однако на сегодняшний день она недостаточна. Кроме того, матричный принтер имеет высокий уровень шума. Это, а также относительно высокая цена, переводит описанный способ печати в разряд устаревших.

К особенностям струйного принтера относят низкий уровень шума, зависимость скорости от качества печати, невозможность использования бумаги в рулоне. Головки для струйной печати заканчиваются микроскопическими отверстиями, или дюзами (форсунками, соплами), через которые чернила наносятся на бумагу. Количество дюз может колебаться от десятков до нескольких сотен. Ионизированные капельки чернил через сопла распыляются на бумагу. Распыление происходит в тех местах, где необходимо сформировать изображение или буквы. Скорость печати струйных принтеров лежит в пределах 2–4,5 ppm (ppm – страниц в минуту) для текста (около 200 знаков в секунду) и 0,3–1,5 ppm для графики. Максимальное значение печатных страниц в минуту – до семи.

Лазерные принтеры характеризуются наиболее высоким качеством и скоростью печати. Средний лазерный принтер печатает 10 страниц в минуту. Высокоскоростные принтеры, которые, как правило, используются в компьютерных сетях, могут печатать до 20 и более страниц в минуту. Принцип печати лазерного принтера сходен с применяемым в ксероксах и заключается в следующем: на фоточувствительном барабане с помощью луча лазера создаётся электростатическое изображение страницы. На барабан помещается специально окрашенный порошок, который называется тонером. Тонер «прилипает» только к той области, которая представляет собой буквы или изображение на странице. Барабан поворачивается и прижимается к бумаге, перенося на неё тонер. Полученное на бумаге изображение фиксируется путём термического закрепления («запекания») тонера.

Для получения цветного изображения с качеством, близким к фотографии, или изготовления допечатных цветных проб используются термические принтеры или, как их ещё называют, цветные принтеры высокого класса. В настоящее время распространение получили три технологии цветной термопечати: струйный перенос расплавленного красителя (термопластиковая печать); контактный перенос расплавленного красителя (термовосковая печать); термоперенос красителя (сублимационная печать). Кроме того, принцип термопечати на специальной термобумаге используется во многих кассовых и факсимильных аппаратах.

Плоттеры (от англ. plot – график, диаграмма) используются для вывода графической информации (схем, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель широкого формата. Все современные плоттеры по конструкции можно разделить на два больших класса: планшетные для формата А3–А2 (реже А1–А0); барабанные (рулонные) плоттеры с шириной бумаги формата А1 или А0, которые используют рулоны бумаги длиной до нескольких десятков метров и позволяют создавать длинные рисунки и чертежи.

Плоттеры бывают векторные с вычерчиванием изображения с помощью пера и растровые: термографические, электростатические, струйные и лазерные. Большинство плоттеров имеют пишущий узел перьевого типа. Используются специальные фломастеры с возможностью их автоматической замены (по сигналу программы) из доступного набора. Кроме фломастеров, применяются чернильные, шариковые пишущие узлы, рапидографы и многие другие устройства, обеспечивающие различную ширину линий, насыщенность, цветовую палитру и т.д. На базе перьевых плоттеров были созданы режущие плоттеры. Пишущий узел в таких плоттерах заменяется на резак. Изображение переносится на бумагу, например, на самоклеящуюся плёнку или аналогичный носитель. Буквы или знаки, полученные с помощью режущего плоттера, можно увидеть на витринах, вывесках, указателях и т.п.

Сканеры подобны устройствам копирования, только вместо печати копии сканер передаёт оцифрованные данные в компьютер. Поток данных со сканера с помощью программного обеспечения преобразуется в цифровое изображение. В основу работы сканеров положен процесс регистрации отражённого света от поверхности сканируемого документа. Сканеры могут отличаться типом интерфейса, способом сканирования документов.

Ручной сканер – самый старый тип сканера, разработанный в конце 80-х гг. Пользователь вручную медленно перемещает сканер по поверхности документа, а отражённый луч принимается с помощью линз и преобразуется в цифровую форму. Современные ручные сканеры могут иметь размеры большой авторучки и внутреннюю память, что позволяет использовать их автономно.

Настольные сканеры бывают планшетные, роликовые, барабанные и проекционные. Основной отличительный признак планшетного сканера – подвижная сканирующая головка. Она перемещается под стеклом, на которое помещается сканируемый оригинал документа. Такой сканер прост и удобен в эксплуатации, особенно для книг, но имеет большие габариты по сравнению с ручными.

В листопротяжном (или его ещё называют роликовым) сканере оригинал пропускается через ролики механизма подачи бумаги и попадает в поле зрения линейки датчиков. Он компактен, может функционировать автоматически, имеет низкую стоимость. К недостаткам относятся сложность выравнивания оригиналов, ограниченный диапазон типов оригинала, неудобство работы с листами разного размера, возможность повреждения оригинала.

Барабанные сканеры, как правило, имеют барабан в виде прозрачного цилиндра из органического стекла, на поверхности которого закрепляется оригинал. Находящиеся рядом сканирующие датчики считывают изображение. Сканирование выполняется с наиболее высоким разрешением с оригинала практически любого типа, однако барабанные сканеры имеют большой размер, высокую стоимость. Кроме того, на них невозможно непосредственное сканирование книг и журналов.

Проекционные сканеры внешне напоминают фотоувеличитель или проекционный аппарат, а по сути – цифровой фотоаппарат. К преимуществам такого сканера относятся: удобство выравнивания оригинала; небольшая занимаемая площадь; разнообразие сканируемых оригиналов; возможность комбинирования плоских и трёхмерных оригиналов. Недостатками являются зависимость от источника внешнего освещения; ограничения на размер оригинала; трудность расположения нестандартных оригиналов (например, книги в развёрнутом виде).

4.6 Вопросы и тестовые задания для самоконтроля

1. Кого называют первым программистом, кто при создании аналитической машины Беббиджа предложил использовать перфокарты для программирования вычислительных операций:

1) Блез Паскаль;

2) Готфрид Лейбниц;

3) Чарльз Бэббидж;

4) Ада Лавлейс?

2. Французский учёный, построивший первую счётную машину в 1642 г. Она была механической с ручным приводом и могла выполнять операции сложения и вычитания:

1) Блез Паскаль;

2) Готфрид Лейбниц;

3) Чарльз Бэббидж;

1) Ада Лавлейс.

3. Немецкий математик, построивший в 1672 г. механический калькулятор, который мог выполнять операции сложения, вычитания, умножения и деления:

1) Блез Паскаль;

2) Готфрид Лейбниц;

3) Чарльз Бэббидж;

4) Ада Лавлейс.

4. Кем и в каком году были разработаны принципы работы электронной вычислительной машины?

5. Какие блоки входят в архитектуру фон-неймановской ЭВМ и каково назначение каждого из блоков?

6. Каковы общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров, сформулированные Джоном фон Нейманом

7. Какова структура машинной команды?

8. Основу элементной базы ЭВМ первого, второго, третьего поколения составляют (для каждого поколения выберите нужный ответ):

1) электронные лампы;

2) полупроводниковые транзисторы;

3) интегральные схемы;

4) интегральные схемы большой и сверхбольшой степени интеграции.

9. В качестве небольшой буферной сверхбыстродействующей памяти используется:

1) оперативная память (ОЗУ);

2) постоянная память (ПЗУ);

3) микропроцессорная память (регистры общего и специального назначения);

4) кэш-память.

10. Для временного хранения информации в персональном компьютере используется:

1) оперативная память (ОЗУ);

3) операционная система;

11. Для хранения исполняемых программ во время их работы и чтения/записи соответствующих данных предназначена:

1) оперативная память (ОЗУ);

2) постоянная память (ПЗУ);

4) кэш-память.

12. Для хранения программ, необходимых для начальной загрузки компьютера после включения питания, предназначена:

1) оперативная память (ОЗУ);

2) постоянная память (ПЗУ);

3) микропроцессорная память (регистры);

4) кэш-память.

13. Для вычисления адреса следующей исполняемой команды, хранения признаков состояния (переполнения, знака), и различных данных предназначена:

2) оперативная память (ОЗУ);

3) постоянная память (ПЗУ);

4) микропроцессорная память (регистры);

5) кэш-память.

14. Что собой представляет принцип открытой архитектуры?

15. Что включает в себя минимальный набор необходимых для работы устройств (минимальная конфигурация компьютера)?

16. Назовите внешние устройства компьютера, известные Вам и их назначение.

Программное обеспечение – совокупность готовых к исполнению программ, хранящихся в оперативной и внешней памяти компьютера.

К программному обеспечению (ПО) относится также вся область деятельности по проектированию и разработке ПО:

• технология проектирования программ (например, нисходящее проектирование, структурное и объектно-ориентированное проектирование и др.);
• методы тестирования программ;
• методы доказательства правильности программ;
• анализ качества работы программ;
• документирование программ;
• разработка и использование программных средств, облегчающих процесс проектирования программного обеспечения, и многое другое.

Программное обеспечение современных компьютеров включает миллионы программ - от игровых до научных.

Виды программного обеспечения

Можно выделить три основных вида программного обеспечения: системное , прикладное и инструментальное .

Прикладная программа или приложение - программа, предназначенная для выполнения определенных пользовательских задач и рассчитанная на непосредственное взаимодействие с пользователем. В большинстве операционных систем прикладные программы не могут обращаться к ресурсам компьютера напрямую, а взаимодействуют с оборудованием и проч. посредством операционной системы. Также на простом языке - вспомогательные программы.

Представители прикладного программного обеспечения:

Текстовые и графические редакторы

Программы работы с электронными таблицами

Системы управления базами данных

Средства просмотра web-страниц

Обучающие системы, электронные энциклопедии, игры

Специализированные программные системы, предназначенные для автоматизации определенного вида профессиональной деятельности, например, банковские системы.

Инструментальное программное обеспечение - программное обеспечение, предназначенное для использования в ходе проектирования, разработки и сопровождения программ, в отличие от прикладного и системного программного обеспечения.

При разработке программного обеспечения необходимо представлять алгоритмы в форме, понятной компьютеру. Для этого используются комплексы программ, называемые системами программирования. Они составляют основу инструментального программного обеспечения.

К инструментальным программам, например, относятся:

• редакторы;
• средства компоновки программ;
• отладочные программы, т.е. программы, помогающие находить и устранять ошибки в программе;
• вспомогательные программы, реализующие часто используемые системные действия;
• графические пакеты программ и т.п.

Системное программное обеспечение - это комплекс программ, которые обеспечивают эффективное управление компонентами компьютерной системы, такими как процессор, оперативная память, устройства ввода-вывода, сетевое оборудование, выступая как «межслойный интерфейс», с одной стороны которого аппаратура, а с другой — приложения пользователя. В отличие от прикладного программного обеспечения, системное не решает конкретные прикладные задачи, а лишь обеспечивает работу других программ, управляет аппаратными ресурсами вычислительной системы и т.д.

Системное программное обеспечение предназначено для:

• создания операционной среды функционирования других программ (другими словами, для организации выполнения программ);
• автоматизации разработки (создания) новых программ;
• обеспечения надежной и эффективной работы самого компьютера и вычислительной сети;
• проведения диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;
• выполнения вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование, восстановление файлов программ и баз данных и т.д.).

Системное программное обеспечение разрабатывается так, чтобы компьютер мог эффективно выполнять прикладные программы.

Прикладная программа – это любая конкретная программа, способствующая решению какой-либо задачи в пределах данной проблемной области.

Прикладные программы могут носить и общий характер, например, обеспечивать составление и печатание документов и т.п.

В состав системного программного обеспечения входят драйверы – программы, управляющие работой устройств ввода-вывода и некоторых других устройств, позволяющие настраивать параметры их работы. Также входят антивирусы и программы, связанные с обслуживанием компьютера. Системные программы часто называют утилитами (от лат. utilis – полезный) .

Утилиты либо расширяют и дополняют соответствующие возможности операционной системы, либо решают самостоятельные важные задачи. Кратко опишем некоторые разновидности утилит:

• программы контроля, тестирования и диагностики, которые используются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации; указывают причину и место неисправности;
• программы-драйверы, которые расширяют возможности операционной системы по управлению устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и т.д.; с помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся;
• программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют записывать информацию на дисках более плотно, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл;
• антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусами;
• программы оптимизации и контроля качества дискового пространства;
• программы восстановления информации, форматирования, защиты данных;
• коммуникационные программы, организующие обмен информацией между компьютерами;
• программы для управления памятью, обеспечивающие более гибкое использование оперативной памяти;
• программы для записи CD-ROM, CD-R и многие другие.

Самой важной частью системного программного обеспечения является операционная система.

Операционная система – совокупность программных средств, обеспечивающая управление аппаратной частью компьютера и прикладными программами, а также их взаимодействие между собой и пользователем.

Операционная система является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения компьютера (software).

Операционная система обеспечивает управление всеми аппаратными компонентами компьютера (hardware).

Структура:

1. Ядро – переводит команды с языка программ на язык «машинных кодов», понятный компьютеру.
2. Драйверы – программы, управляющие устройствами.
3. Интерфейс – оболочка, с помощью которой пользователь общается с компьютером.

Функции ОС:

• Управление памятью;
• Управление доступом к устройствам ввода-вывода;
• Управление файловой системой;
• Управление взаимодействием процессов, диспетчеризация процессов;
• Управление использованием ресурсов;
• Загрузка программ в оперативную память и их выполнение;
• Интерфейс с пользователем;
• Межмашинное взаимодействие (сеть);
• Защита самой системы и пользовательских данных и программ;
• Разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы.

Операционная система выполняет следующие функции:

Обеспечение пользовательского интерфейса, то есть программных средств диалога человека и компьютера;

Управление выполнением других программ на компьютере, в том числе организация их доступа к устройствам (процессору, памяти, устройствам ввода-вывода);

Управление хранением информации на компьютере в виде иерархической системы папок, содержащих файлы.

В функции операционной системы входит:

• осуществление диалога с пользователем;
• ввод-вывод и управление данными;
• планирование и организация процесса обработки программ;
• распределение ресурсов (оперативной памяти и кэша, процессора, внешних устройств);
• запуск программ на выполнение;
• всевозможные вспомогательные операции обслуживания;
• передача информации между различными внутренними устройствами;
• программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.).

Основная причина необходимости операционной системы состоит в том, что элементарные операции для работы с устройствами компьютера и управления ресурсами компьютера - это операции очень низкого уровня, поэтому действия, которые необходимы пользователю и прикладным программам, состоят из нескольких сотен или тысяч таких элементарных операций.

Операционная система скрывает от пользователя сложные и ненужные подробности и предоставляет ему удобный интерфейс для работы. Она выполняет также различные вспомогательные действия, например копирование или печать файлов. Операционная система осуществляет загрузку в оперативную память всех программ, передает им управление в начале их работы, выполняет различные действия по запросу выполняемых программ и освобождает занимаемую программами оперативную память при их завершении.

Вот названия некоторых распространенных ОС для персональных компьютеров: MS-DOS, Windows, Linux.

Операционные системы разные, но их значение и функции одинаковые. Операционная система является базовой и необходимой составляющей ПО компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе.