Реферат по информатике. Архитектура, ОС, ПО. Реферат. Появление персональных компьютеров
 Скачать 212.25 Kb.
|
|
Введение Появление персональных компьютеров — это революционный прорыв на фронте развития информационных технологий. Персональные компьютеры прочно заняли свое место в офисах, торговых фирмах, на производстве и дома. Сегодня компьютер и помощник в нашем бизнесе, и источник свежих новостей из «всемирной паутины» — сети Интернет, и средство мобильной связи, позволяющее с помощью электронной почты быстро передать и получить информацию. Пользователю необходимо знать архитектуру ПК, т.к. без знания тех процессов, которые происходят внутри компьютера, основных устройств, необходимых для работы, пользователь не сможет реализовать свои потребности по выполнению тех или иных задач. В теоретической части данной курсовой работы будет рассмотрена архитектура современного ПК, подробно будут изучены ее элементы: микропроцессор; генератор тактовых импульсов; системная шина; основная память; внешняя память; источник питания; таймер; внешние устройства; устройства ввода и вывода информации; средства мультимедиа; внутримашинный интерфейс. Трудно назвать другую сферу человеческой, которая развивалась бы столь стремительно и порождала бы такое разнообразие проблем, как информатизация и компьютеризация общества. История развития информационных технологий характеризуется быстрым изменением концептуальных представлений, технических средств, методов и сфер их применения. В современных реалиях весьма актуальным для большинства людей стало умение пользоваться промышленными информационными технологиями. Проникновение компьютеров во все сферы жизни общества убеждает в том, что культура общения с компьютером становится общей культуры человека. При включении компьютера операционная система загружается в память раньше остальных программ и затем служит платформой и средой для их работы. Без операционной системы невозможно представить работу с компьютером. Знание операционной системы необходимо для успешного пользования современными компьютерами. Предшественником ОС следует считать служебные программы (такие, как загрузчики), а также библиотеки часто используемых подпрограмм, начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения (конец 1940-х годов). Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора с оборудованием, а библиотеки позволяли избежать многократного программирования одних и тех же действий (осуществления операций ввода-вывода, вычисления математических функций и т. п.). В основу работы компьютеров положен программный принцип управления, состоящий в том, что компьютер выполняет действия по заранее заданной программе. Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается задача соответственно выбранной программе. 3 Для нормального решения задач на компьютере нужно, чтобы программа была отлажена, не требовала доработок и имела соответствующую документацию. Поэтому относительно работы на компьютере часто используют термин программное обеспечение (ПО, software), под которым понимают совокупность программ, выполняемых вычислительной системой. Целью данной работы является широкое определение программного обеспечения, его классификация, назначение и роль, а также тенденции развития в будущем. При работе с современным персональным компьютером пользователя (а особенно начинающего) может подстерегать множество неприятностей: потеря данных, зависание системы, выход из строя отдельных частей компьютера и другие. Одной из причин этих проблем наряду с ошибками в программном обеспечении и неумелыми действиями самого оператора ПЭВМ могут быть проникшие в систему компьютерные вирусы. Вирусы – едва ли не главные враги компьютера. Эти программы подобно биологическим вирусам размножаются, записываясь в системные области диска или приписываясь к файлам, и производят различные нежелательные действия, которые, зачастую, имеют катастрофические последствия. Еще два года назад казалось, что со владычеством вирусов покончено – со смертью DOS и DOS-совместимых программ неминуемо должны были исчезнуть и паразитирующие на них вирусы. Ведь если вирус под DOS, заражающий исполняемые файлы *.com и *.exe-файлы, может написать каждый, кто хоть немного разбирается в программировании, то создать полноценный вирус для Windows гораздо труднее. Однако вирусы остались, хотя и несколько видоизменились. Сегодня самой распространенной группой вирусов стали макровирусы, заражающие не программы, а документы, созданные в Microsoft Word и Microsoft Excel. Путей распространения вирусов существует множество. Вирус может попасть на компьютер пользователя вместе с дискетой, пиратским компакт-диском или с сообщением электронной почты. Чтобы не стать жертвой этой напасти, каждому пользователю следует хорошо знать принципы защиты от компьютерных вирусов. Ведь нет никакой надежды на то, что с приходом нового тысячелетия вирусы исчезнут. Так же, как и нет надежды справиться с ними окончательно в какие-то обозримые сроки, так как таланту авторов антивирусных программ противостоит фантазия компьютерных графоманов. С давних времён известно, что к любому яду рано или поздно можно найти противоядие. Таким противоядием в компьютерном мире стали программы, называемые антивирусными. 4 Архитектура персонального компьютера Основные понятия об архитектуре современного ПК Компьютер — это многофункциональное электронное устройство для накопления, обработки и передачи информации. Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности компьютера при решении различных задач. В основу построения большинства ЭВМ положены принципы, сформулированные в 1945 г. Джоном фон Нейманом: Принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности). Принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными). Принцип адресности (основная память структурно состоит из нумерованных ячеек). ЭВМ, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру (архитектуру фон Неймана). Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, которая воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ. Архитектура ПК определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: центрального процессора, основной памяти, внешней памяти, периферийных устройств. Характерной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что память представляет собой единое адресное пространство, предназначенное для хранения как программ, так и данных. Классификация элементов архитектуры современного ПК Архитектура компьютера определяется совокупностью ее свойств, существенных для пользователя. Структуру и функциональные возможности машины можно разделить на основные и дополнительные. Основные функции определяют назначение ЭВМ: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами. Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают эффективные режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность и др. Функции ЭВМ реализуются с помощью ее компонентов: аппаратных и программных средств. В состав современного ПК входят: микропроцессор (МП); генератор тактовых импульсов; системная шина; основная память (ОП); внешняя память; источник питания; таймер; внешние устройства (ВУ) (внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК; диалоговые средства пользователя; устройства ввода и вывода информации; средства мультимедиа; внутримашинный интерфейс; шины расширений; локальные шины. 5 Подробная характеристика элементов архитектуры современного ПК Конструктивно ПК выполнены в виде центрального системного блока, к которому через разъемы подключаются внешние устройства: дополнительные устройства памяти, клавиатура, дисплей, принтер и др. Системный блок обычно включает в себя системную плату, блок питания, накопители на дисках, разъемы для дополнительных устройств и платы расширения с контроллерами — адаптерами внешних устройств. На системной плате (материнской плате), как правило, размещаются: микропроцессор; математический сопроцессор; генератор тактовых импульсов; блоки (микросхемы) ОЗУ и ПЗУ; адаптеры клавиатуры, НЖМД и НГМД; контроллер прерываний; таймер и др. Микропроцессор (МП) — это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией. В состав микропроцессора входят: устройство управления (УУ) — формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления, обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов; арифметико-логическое устройство (АЛУ) — предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией; микропроцессорная память (МПП) — служит для кратковременного характера, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессор; интерфейсная система микропроцессора — реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс (interface) — совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода (I/O — Input/Output port) — аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК. 6 Генератор тактовых импульсов Он генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины. Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, т.к. каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов. Системная шина. Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина включает в себя: кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода; кодовую шину адреса (КША), включающую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства; кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины; шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания. Системная шина обеспечивает три направления передачи информации: между микропроцессором и основной памятью; между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств; между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств. Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя). ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). 7 Внешняя память. Она относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными, имеющимися практически на любом компьютере, являются накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках. Назначение этих накопителей — хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. Различаются НЖМД и НГМД лишь конструктивно, объемами хранимой информации и временем поиска, записи и считывания информации. Источник питания. Это блок, содержащий системы автономного и сетевого энергопитания ПК. Таймер. Это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономному источнику питания — аккумулятору и при отключении машины от сети продолжает работать. Внешние устройства (ВУ). Это важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса. Достаточно сказать, что по стоимости ВУ иногда составляют 50 - 80% всего ПК. От состава и характеристик ВУ во многом зависят возможность и эффективность применения ПК в системах управления и в народном хозяйстве в целом. ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими ЭВМ. ВУ весьма разнообразны и могут быть классифицированы по ряду признаков. Так, по назначению можно выделить следующие виды ВУ: внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК; диалоговые средства пользователя; устройства ввода информации; устройства вывода информации; Диалоговые средства пользователя включают в свой состав видеомониторы (дисплеи), реже пультовые пишущие машинки (принтеры с клавиатурой) и устройства речевого ввода-вывода информации. Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, мультиплексоры передачи данных, модемы). 8 В частности, сетевой адаптер является внешним интерфейсом ПК и служит для подключения его к каналу связи для обмена информацией с другими ЭВМ, для работы в составе вычислительной сети. В глобальных сетях функции сетевого адаптера выполняет модулятор-демодулятор. Средства мультимедиа (multimedia — многосредовость) — это комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться с компьютером, используя самые разные, естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию и др. Одним из первых и наиболее используемых составляющих мультимедийных устройств является звуковая плата и необходимые для ее работы акустические системы, позволяющие выполнять обработку и воспроизведение звука. К акустическим системам мультимедиа, прежде всего относятся музыкальные колонки, осуществляющие усиление и передачу звука. Они могут быть активными, т.е. включать в свой состав стереоусилитель, и пассивными, т.е. не применять его. Весомое, если не основное, место занимает накопитель на компакт-дисках CD-ROM, позволяющий работать с большими массивами данных и программ. Для работы CD-ROM необходим контроллер, осуществляющий его подключение и управление. Как правило, контроллеры размещают на звуковых картах для компактности размещения. К системной шине и к МП ПК наряду с типовыми внешними устройствами включены платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора: математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др. Внутримашинный системный интерфейс Внутримашинный системный интерфейс — система связи и сопряжения узлов и блоков ПК 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. Многосвязный интерфейс: каждый блок ПК связан с прочими блоками своими локальными проводами; многосвязный интерфейс применяется, как правило, только в простейших бытовых ПК. Односвязный интерфейс: все блоки ПК связаны друг с другом через общую или системную шину. 9 Уровни организации Архитектура компьютера — набор типов данных, операций и характеристик каждого отдельно взятого уровня. Архитектура связана с программными аспектами. Аспекты реализации (например, технология, применяемая при реализации памяти) не являются частью архитектуры. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного запоминающего устройства (ЗУ), внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.  Большинство современных компьютеров состоит из двух и более уровней. Существуют машины даже с шестью уровнями (рисунок 1). Цифровой логический уровень (0) В самом низу иерархической схемы на рисунке 1 находится цифровой логический уровень, или аппаратное обеспечение компьютера, которое составляют цифровые схемы. Они могут конструироваться из небольшого числа простых элементов путем сочетания этих элементов в различных комбинациях. Цифровая схема — это схема, в которой есть только два логических значения. Обычно сигнал от 0 до 1 В представляет одно значение (например, 0), а сигнал от 2 до 5 В — другое значение (например, 1). Напряжение за пределами указанных величин недопустимо. Крошечные электронные устройства, которые называются вентилями, могут вычислять различные функции от этих двузначных сигналов. Эти вентили формируют основу аппаратного обеспечения, на которой строятся все цифровые компьютеры. 10 Микросхемы можно разделить на несколько классов с точки зрения количества вентилей, которые они содержат. Эта классификация, конечно, очень грубая, но иногда она может быть полезна: МИС (малая интегральная схема): от 1 до 10 вентилей СИС (средняя интегральная схема): от 1 до 100 вентилей БИС (большая интегральная схема): от 100 до 100 000 вентилей СБИС (сверхбольшая интегральная схема): более 100 000 вентилей Эти схемы имеют различные свойства и используются для различных целей. Многие применения цифровой логики требуют наличия схем с несколькими входами и несколькими выходами, в которых выходные сигналы определяются текущими входными сигналами. Такая схема называется комбинационной схемой. Часто используемые комбинационные схемы: |