Информатика. Информация. Информатика. Информационные технологии
 Скачать 474.56 Kb.
|
Видеоподсистема ЭВМВидеоподсистема ЭВМ включает два устройства: 1) монитор (дисплей), отображающий на своем экране текстовую и графическую информацию пользователю; 2) видеокарта (ВК; видеоконтроллер, видеоадаптер), обеспечивающая формирование изображения, его хранение, обновление и преобразование в сигнал, отображаемый монитором. Видеокарта представляет собой плату, устанавливаемую в специальный слот на материнской плате или интегрированную в материнскую плату. Видеокарта содержит следующие элементы: - графический процессор, обрабатывающий изображение и преобразующий его в сигнал для монитора; - видеопамять, хранящую воспроизводимую на экране информацию; объем видеопамяти превышает 1 Гбайт (2011 г.); - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), преобразующий цифровую информацию об изображении в аналоговый сигнал; характеристиками ЦАП являются частота преобразования и разрядность, определяющая количество цветов, поддерживаемых видеокартой; - видеоакселераторы; различают два типа видеоакселераторов: для плоской (2D) и трехмерной (3D) графики; первые эффективны для работы с прикладными программами общего назначения, вторые ориентированы на работу с разными мультимедийными и развлекательными программами; видеоакселераторы позволяют производить математические вычисления для построения трехмерных сцен на двухмерном экране без участия МП. Рассмотрим три типа мониторов: 1) на основе электронно-лучевой трубки; 2) жидкокристаллические; 3) плазменные. Первый тип мониторов является аналоговым, а остальные – цифровыми. Контроллеры портов ввода-выводаКонтроллер порта ввода-вывода (КПВВ) обеспечивает интерфейс между периферийным устройством, подключенным к порту КПВВ, и системной шиной. Порты ввода-вывода делятся на два типа в зависимости от количества бит, проходящих за один такт передачи: - параллельные, в которых за один такт проходит несколько бит (например, 8 или 16 бит); - последовательные, в которых за один такт проходит один бит. Сетевой адаптерДля доступа ЭВМ к локальной сети используется специальная плата – сетевой адаптер, которая выступает в качестве физического соединения ЭВМ и канала связи. Сетевой адаптер выполняет следующие функции: - подготовку данных, поступающих от ЭВМ, к передаче по каналу связи; - передачу данных по каналу связи; - прием данных из канала связи и перевод их в форму, понятную ЭВМ. Каждый сетевой адаптер имеет уникальный физический адрес, записанный в него на стадии производства.
Обработка информации - получение одних информационных объектов из других информационных объектов путем выполнения некоторых алгоритмов. Компьютер может вводить информацию, обрабатывать, выводить, а также накапливать. Устройства ввода преобразуют вводимую информацию в числа. Например, вы нажимаете клавиши на клавиатуре, из нее в основной блок передаются числа, соответствующие нажимаемой клавише. Если вводится звуковая информация, она также преобразуется в поток чисел, каждое из которых соответствует амплитуде звукового сигнала в данный момент времени. При вводе изображения при помощи сканера полученный образ хранится в виде чисел, описывающих цвет и интенсивность отдельных точек изображения. При передвижении мыши по поверхности стола направление перемещения мыши и расстояние преобразуются в цифровую форму и передаются в компьютер. Что касается хранения информации, то она хранится в цифровом виде. Это удобно для обработки информации компьютером. Помимо введенной для обработки информации в компьютере хранится и другой вид данных - программы для работы с информацией. Программы хранятся в виде чисел и представляют собой ни что иное, как инструкции компьютеру по работе с информацией. Программы предписывают компьютеру, какие следует выполнять операции в ответ на действия человека, работающего с компьютером. Как правило, для решения каждой задачи требуется иметь отдельную программу, хотя бывают и универсальные программы, способные выполнять несколько разных задач. Устройством, обрабатывающим информацию в ЭВМ, является центральный процессор (ЦП). Он также обеспечивает согласование действий всей аппаратуры, входящей в состав компьютера. Располагается процессор в системном блоке. Там же расположены запоминающие устройства (память), предназначенные для хранения информации. Устройства ввода и вывода информации расположены вне системного блока. Они играют посредническую роль, обеспечивая взаимодействие человека и компьютера. Обработка любой информации в процессоре связана с выполнением базовых арифметических и логических операций. Эту работу в процессоре выполняет арифметико-логическое устройство (АЛУ). Устройство управления (УУ) - второй блок процессора, формирует управляющие сигналы и координирует работу всех устройств и выполнение всех процессов в компьютере. Процессор занимает в архитектуре ЭВМ центральное место, осуществляя управление взаимодействием всех основных компонентов, входящих в состав ЭВМ. Он непосредственно осуществляет обработку информации и программное управление данным процессом: дешифрует и выполняет команды программ, организует обращения к оперативной памяти (ОП), в нужных случаях инициирует операции ввода/вывода и работу периферийных устройств, воспринимает и обрабатывает запросы, поступающие как от устройств ЭВМ, так и из внешней среды (организация прерываний). Выполнение каждой команды состоит из выполнения более мелких операций - микрокоманд, выполняющих определенные элементарные действия. Набор микрокоманд определяется системой команд и логической структурой конкретной ЭВМ. Таким образом, каждая команда ЭВМ реализуется соответствующей микропрограммой, хранящейся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). Микропроцессор выполняет обработку данных в точно отведенные единицы времени (такты), что необходимо для синхронизации процесса. Обработка информации тем быстрее, чем выше тактовая частота. Измеряется она в МГц (MHz, мегагерцах) и ГГц (GHz, гигагерцах). В состав процессора входят следующие устройства: Устройство управления ( УУ), Арифметико-логическое устройство (АЛУ), Регистры процессорной памяти. 1. УУ – управляет работой всех устройств компьютера по заданной программе. а) оно вызывает из памяти очередную команду программы и все участвующие в операции числа; б) отправляет их в АЛУ, а полученный результат пересылает в память. 2. АЛУ - арифметико-логическое устройство предназначено для обработки данных. Оно выполняет над числами и командами необходимые арифметические и логические операции. Получив исходные данные и выполнив необходимые операции, АЛУ выдает промежуточный или конечный результат, компьютер затем отправляет в ЗУ. 3. Регистры – это внутренняя память процессора. Каждая из регистров служит своего рода черновиком, используя который процессор выполняет расчеты и сохраняет промежуточные результаты. У каждого регистра есть определенное назначение. В регистр – счетчик команд (СчК) помещается адрес той ячейки памяти ЭВМ, в компьютере хранится очередная исполняемая команда программы. В регистр команд (РК) помещается эта команда на время ее исполнения. Есть регистры, в которые помещают исходные данные и результаты выполнения команд. Полученный результат может быть переписан из регистра в ячейку ОЗУ. 14. Взаимодействие центральных и внешних устройств ЭВМ. Типы интерфейса. Магистрально-модульный принцип построения компьютера Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура, ресурсы, т. е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. Архитектура современных ПК основана на магистрально-модульном принципе. Модульный принцип позволяет потребителю самому подобрать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости его модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации. Магистраль или системная шина - это набор электронных линий, связывающих воедино по адресации памяти, передачи данных и служебных сигналов процессор, память и периферийные устройства. Обмен информацией между отдельными устройствами ЭВМ производится по трем многоразрядным шинам, соединяющим все модули, шине данных, шине адресов и шине управления. Подключение отдельных модулей компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами. Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и отреагировать на него. За реакцию устройства процессор не отвечает - что функция контроллера. Поэтому внешние устройства ЭВМ заменяемы, и набор таких модулей произволен. Данные по шине данных могут передаваться как от процессора к какому-либо устройству, так и в обратную сторону, т. е. шина данных является двунаправленной. К основным режимам работы процессора с использованием шины передачи данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств, чтение данных с устройств ввода, пересылка данных на устройства вывода. нутримашинный системный интерфейс —система связи и сопряжения узлов и блоков ЭВМ между собой — представляет собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов. Существуют два варианта организации внутримашинного интерфейса. 1. Многосвязный интерфейс: каждый блок ПК связан с прочими блоками своими локальными проводами; многосвязный интерфейс применяется, как правило, только в простейших бытовых ПК. 2. Односвязный интерфейс: все блоки ПК связаны друг с другом через общую или системную шину. В подавляющем большинстве современных ПК в качестве системного интерфейса используется системная шина. Структура и состав системной шины были рассмотрены ранее. Важнейшими функциональными характеристиками системной шины являются: количество обслуживаемых ею устройств и ее пропускная способность, т.е. максимально возможная скорость передачи информации. Пропускная способность шины зависит от ее разрядности (есть шины 8-, 16-, 32- и 64-разрядные) и тактовой частоты, на которой шина работает. В качестве системной шины в разных ПК использовались и могут использоваться: · шины расширений — шины общего назначения, позволяющие подключать большое число самых разнообразных устройств; · локальные шины, специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определенного класса.
В основе устройства ЭВМ лежит системная шина, которая служит для обмена командами и данными между компонентами ЭВМ, расположенными на материнской плате. ПУ подключаются к шине через контроллеры. Такая архитектура ЭВМ называется открытой, так как легко может быть расширена за счет подключения новых устройств. Передача информации по системной шине также осуществляется по тактам. Системная шина включает в себя: - кодовую шину данных для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда из ОЗУ в МПП и обратно; имеет 64 разряда; - кодовую шину адреса для параллельной передачи всех разрядов адреса ячейки ОЗУ; имеет 32 разряда; - кодовую шину инструкций для передачи команд (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки ЭВМ; простые команды кодируются одним байтом, но есть и команды, кодируемые двумя, тремя и более байтами; имеет 32 разряда; - шину питания для подключения блоков ЭВМ к системе энергопитания. Системная шина обеспечивает три направления передачи информации: 1) между МП и ОЗУ; 2) между МП и контроллерами устройств; 3) между ОЗУ и внешними устройствами (ВЗУ и ПУ, в режиме прямого доступа к памяти). Все устройства подключаются к системной шине через контроллеры – устройства, которые обеспечивают взаимодействие внешних устройств и системной шины. Характеристиками системной шины являются количество обслуживаемых ею устройств и ее пропускная способность, то есть максимально возможная скорость передачи информации. Пропускная способность шины зависит от следующих параметров: - разрядность или ширина шины – количество бит, которое может быть передано по шине одновременно (существуют 8-, 16-, 32- и 64-разрядные шины); - тактовая частота шины – частота, с которой передаются биты информации по шине.
Совокупность программ, процедур и правил, а также документации, связанных с функционированием системы обработки данных, составляют программное обеспечение (ПО; software). Программное и аппаратное обеспечение в ЭВМ работают в неразрывной связи и взаимодействии. ПО предназначено для решения конкретных задач. Приложение (application) – это программная реализация решения задачи на ЭВМ. В большинстве случаев, приложения разрабатываются для последующего выхода с ним на рынок ПО. Программный продукт (ПП) – это комплекс взаимосвязанных программ для решения определенной проблемы (задачи) массового спроса, подготовленный к реализации как любой вид промышленной продукции. Жизненный цикл ПП состоит из трех стадий: 1) разработка ПП; 2) эксплуатация и сопровождение; 3) завершение жизненного цикла. Стадия разработки ПП включает следующие частично перекрывающиеся этапы. МС – маркетинг рынка ПО и формирование требований к ПП предназначены для изучения требований к создаваемому ПП, включающие следующие действия: - изучение сегмента рынка ПО, где предполагается использование разрабатываемого ПП, и анализ аналогичных ПП; определение состава и назначения функций обработки данных ПП; - установление требований пользователя к способу взаимодействия с ПП (система меню, использование манипулятора «мышь», типы подсказок, виды экранных документов и т. п.); - определение аппаратных и программных средств, необходимых для эксплуатации ПП. ПС – проектирование структуры ПП связано с разработкой структуры ПП, структуры информационной базы задачи, выбором методов и средств создания программ – технологии программирования. ПР – программирование и тестирование программ являются технической реализацией проектных решений и выполняются с помощью выбранного инструментария разработчика, включающего языки и системы программирования. Разработка отдельных модулей ПП ведется параллельно для сокращения продолжительности этого этапа. Тестирование является важным этапом разработки ПП и часто требует не меньше времени, чем программирование. Программа проверяется на устойчивость работы в случае неверных входных данных, ошибочных действиях пользователя и сбое аппаратного обеспечения. Тестирование разбивается на два этапа. Альфа-тестирование осуществляется в месте его разработки, и его результатом является стабильно работающая программа. Бета-тестирование производится у заказчика ПП для проверки его функциональности и выявления оставшихся ошибок. Тестирование продолжается и на этапе эксплуатации. ДК – документирование ПП заключается в разработке необходимых сведений по установке и обеспечению надежной работы ПП, поддержке пользователей при выполнении функций обработки системой помощи и подсказок, определении порядка взаимодействия ПП с другими программами. Стадия эксплуатации и сопровождения включает следующие этапы. ВР – выпуск ПП на рынок ПО сопровождается различными приемами маркетинга: рекламой, увеличением числа каналов реализации, скидками, службой поддержки и др. ПП может быть выпущен на рынок как коммерческое, условно-бесплатное (shareware) или бесплатное (freeware) ПО. Для получения копии коммерческого пользователь должен предварительно его оплатить. Условно-бесплатное ПО является ознакомительным. Пользователь может попробовать данный ПП в течение определенного периода. По истечению этого периода пользователь должен купить ПО или отказаться от его использования. Бесплатное ПО не имеет ограничений на использование. ЭП – эксплуатация ПП идет параллельно с этапом сопровождения. При этом эксплуатация может начинаться раньше и заканчиваться позже сопровождения. СП – сопровождение ПП заключается в поддержке работоспособности ПП, переход на его новые версии, усовершенствование, исправление обнаруженных ошибок и т. п. Стадия завершения жизненного цикла состоит из одного этапа. СН – снятие ПП с продажи и отказ от сопровождения происходит, как правило, по следующим причинам: - появлением новых технологий и устройств; - плохих отзывах пользователей; - смене политики разработчика этого ПП.  Системный уровень обеспечивает взаимодействие других программ компьютера с базовым уровнем и непосредственно с аппаратным обеспечением. Совокупность ПО системного уровня образует ядро операционной системы (ОС) ЭВМ. Ядро ОС выполняет следующие функции: - управление и распределение памяти ОЗУ и ВЗУ; - управление процессами ввода-вывода; - поддержка файловой системы – упорядоченной совокупности объектов различного типа (файлов), хранящихся в ВЗУ; - управление устройствами через специальные программы – драйверы; - организация взаимодействия и диспетчеризации процессов – выполняемых в данный момент программ и задач; - предоставление интерфейса пользователю для управления перечисленными функциями – системы окон, меню, панелей инструментов для вызова соответствующих функций. Драйвер устройств – это программа, которая обеспечивает взаимодействие (преобразование сигналов, данных) с компонентами ЭВМ. Почти все компоненты взаимодействуют с ОС через драйверы. Служебный уровень автоматизирует работы по проверке и настройке компьютерной системы. Задачи, решаемые на служебном уровне, аналогичны задачам системного уровня, однако ПО служебного уровня решает их эффективней. Таким образом, служебный уровень дополняет системный уровень. Типы служебных программ. 1. Диспетчеры файлов (файловые менеджеры). Предоставляют удобные средства для выполнения большинства операций по обслуживанию файловой системы: копированию, перемещению, переименованию файлов, созданию каталогов (папок), уничтожению объектов, поиску файлов и навигации в файловой системе. 2. Средства сжатия данных (архиваторы). Создают, обновляют и обслуживают архивных файлов, предназначенных для компактного хранения и передачи других файлов. 3. Средства диагностики. Предназначены для автоматизации процессов проверки правильности работы программного и аппаратного обеспечения и оптимизации работы компьютерной системы. 4. Средства просмотра и воспроизведения. Служат для просмотра текстовых файлов, графических изображений, воспроизведения звуковых или видеофайлов. 5. Средства обеспечения компьютерной безопасности. Служат для предотвращения несанкционированного доступа к файлам для их чтения, изменения или повреждения. Прикладной уровень представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых выполняются конкретные задачи (производственные, творческие, развлекательные и учебные). Классификация прикладного ПО. 1. Офисные пакеты. Представляют собой комплексное решение задач, возникающих при документообороте в учреждениях и домашних условиях. Включают текстовый редактор для создания и обработки текстов; табличный процессор для подсчета и анализа числовых данных; систему управления базами данных (СУБД) для хранения и обработки данных; редактор презентаций для подготовки материалов для проведения лекций и презентаций. 2. Графические редакторы предназначены для создания и обработки графических изображений и делятся на три типа: редакторы растровой графики, редакторы векторной графики и редакторы трехмерной графики. Растровая графика состоит из массива точек разных цветов. Векторная графика представляет изображение в виде набора геометрических примитивов: точек, линий, прямоугольников, окружностей и др. Трехмерная графика строится на основе векторной графики, но к ней добавляются новые элементы, имитирующее третье измерение. 3. Системы автоматизированного проектирования (cad-системы) предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ в машиностроении, приборостроении, архитектуре. Позволяют проводить математические расчеты надежности конструкций. 4. Программы для работы в локальных и глобальных сетях: браузеры, клиенты электронной почты, программы для загрузки файлов. 5. Системы автоматизированного перевода. Различают электронные словари и программы перевода текстов на естественных языках. 6. Бухгалтерские системы. Предназначены для автоматизации подготовки начальных бухгалтерских документов предприятия, финансовых отчетов и их учета. 7. Игровые, обучающие и справочные программы. 8. Инструментальные языки и системы программирования. Предназначены для разработки новых программ. Предоставляют программисту удобные средства для создания и отладки программных средств.
Операционная система (ОС) представляет собой комплекс системных и служебных программных средств. С одной стороны, она опирается на базовое ПО, входящее в его систему BIOS, с другой стороны, она сама является основой для ПО более высоких уровней – прикладных и большинства служебных приложений. Приложениями ОС принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы. Основная функция всех ОС – посредническая. Она заключается в обеспечении нескольких видов взаимодействия: - взаимодействие между пользователем с одной стороны и программным и аппаратным обеспечением ЭВМ с другой стороны, называемое интерфейсом пользователя; - взаимодействие между программным и аппаратным обеспечением, называемое аппаратно-программным интерфейсом; - взаимодействие между программным обеспечением разного уровня, называемое программным интерфейсом. ОС можно подразделить по типу аппаратного обеспечения, на котором ОС работают. Серверные ОС одновременно обслуживают множество пользователей и позволяют им делить между собой программно-аппаратные ресурсы сервера. Серверы также предоставляют возможность работы с печатающими устройствами, файлами или сетью Интернет. У Интернет-провайдеров обычно работают несколько серверов для того, чтобы поддерживать одновременный доступ к сети множества клиентов. На серверах хранятся страницы веб-сайтов и обрабатываются входящие запросы. Unix и специальная серверная версия ОС Windows являются примерами серверных ОС. Теперь для этой цели стала использоваться и ОС Linux. Следующую категорию составляют ОС для персональных компьютеров. Их работа заключается в предоставлении удобного интерфейса для одного пользователя. Такие системы широко используются и повседневной работе. Основными ОС в этой категории являются Windows XP / Vista / 7, Apple MacOS и Linux. Другим видом ОС являются системы реального времени. Главным параметром таких систем является время. Например, в системах управления производством компьютеры, работающие в режиме реального времени, собирают данные о промышленном процессе и используют их для управления оборудованием. Такие процессы должны удовлетворять жестким временным требованиям. Если по конвейеру передвигается автомобиль, то каждое действие должно быть осуществлено в строго определенный момент времени. Если сварочный робот сварит шов слишком рано или слишком поздно, то нанесет непоправимый вред изделию. Системы VxWorks и QNX являются ОС реального времени. Встроенные ОС используются в смартфонах, карманных компьютерах и бытовой технике. Карманный компьютер – это маленький компьютер, помещающийся в кармане и выполняющий небольшой набор функции, например, телефонной книжки и блокнота. Смартфон – это мобильный телефон, обладающий многими возможностями карманного компьютера. Встроенные микропроцессорные системы, управляющие работой устройств бытовой техники, не считаются компьютерами, но обладают теми же характеристиками, что и системы реального времени, и при этом имеют малые размер и память и ограничения мощности, что выделяет их в отдельный класс. Примерами таких ОС являются Google Andrоid и Apple iOS. Самые маленькие ОС работают на смарт-картах, представляющих собой устройство размером с кредитную карту и содержащих центральный процессор. На такие ОС накладываются очень жесткие ограничения по мощности процессора и памяти. Некоторые из них могут управлять только одной операцией, например электронным платежом, но другие ОС выполняют более сложные функции. Основными функциями ОС являются: 1) распределение ресурсов ЭВМ между процессами – выделение процессам ресурсов ЭВМ в зависимости от их приоритета; 2) поддержание файловой системы – организация хранения и поиска программ и данных на внешних носителях; 3) обеспечение интерфейса пользователя – прием и выполнение команд пользователя.
Диалог – регламентированный обмен информацией между человеком и компьютером в реальном времени, направленный на совместное решение конкретной задачи Обмен информацией осуществляется передачей сообщений и управляющих сигналов Сообщение – порция информации, участвующая в диалоговом обмене: - входные генерируются человеком с помощью средств ввода - выходные генерируются компьютером и выводятся средствами вывода Организация взаимодействия пользователя и компьютера: |