Апаратне та програмне забезпечення комп’ютера

Комп’ютер являє собою сукупність засобів, які призначені для автоматизації процесів обробки та зберігання інформації. Він здатний виконувати обчислення, опрацьовувати тексти, розпізнавати та формувати зображення, перетворювати та аналізувати сигнали, керувати різноманітними об’єктами і технологічними процесами, розв’язувати арифметичні та логічні задачі, тощо. Технічні засоби, що входять до складу комп’ютера, називають його апаратним забезпеченням (hardware). До таких засобів належать: монітор, системний блок і всі його складові), клавіатура, маніпулятор (мишка), колонки, принтери, сканери, тощо.

Роботою комп’ютера необхідно керувати, тобто вказати, які ж операції він повинен виконати і у якій послідовності.

Сукупність чітких, однозначних, зрозумілих комп’ютеру команд (інструкцій), що визначають послідовність операцій, які необхідно виконати для одержання розв’язку певної задачі, називають програмою. Сукупність таких програм називається програмним забезпеченням (software).

До програмного забезпечення комп’ютера належать: Операційна система (наприклад, WindowsXP), пакет програм MicrosoftOffice (MSExcel, MSWord, MSAccess,…), різноманітні ігри, якщо вони встановлені на даному комп’ютері, драйвери до принтерів, сканерів, тощо. Таким чином, роботу комп’ютера можна розглядати як опрацювання даних за програмою. Комп’ютер приймає вхідні дані (інформацію), обробляє їх та видає результат – вихідні дані. Наприклад, комп’ютеру задана задача помножити 7 на 8. У цьому випадку вхідними даними будуть цифри, які множаться, а вихідними – їх добуток. Американський вчений Дж. фон Нейман у1946р. сформулював загальні принципи організації та функціонування комп’ютера, тобто описав його архітектуру. Проілюструємо її, адже сучасні комп’ютери використовують саме архітектуру цього вченого:

Згідно з цією схемою до складу апаратної частини комп’ютера повинні входити такі основні пристрої: пристрій управління, арифметично – логічний пристрій, оперативна пам'ять і пристрої введення та виведення. Щоб розв’язати певну задачу, до пам’яті комп’ютера вноситься програма, яка визначає процес розв’язання цієї задачі, а також необхідні дані. Команда і дані потрапляють по АЛП, після чого команда виконується, а результат зберігається в оперативній пам’яті. Пристрій управління визначає, якою ж має бути наступна команда, яка надійде для опрацювання в АЛП. Процес продовжується до тих пір, доки пристрою управління не трапиться команда завершення роботи програми. Якщо серед команд програми є команда виведення, то описується відповідний пристрій, наприклад принтер, і якщо він увімкнений і заправлений папером, то здійснюється друк результатів. Здебільшого пристрій управління та арифметично – логічний пристрій не розглядаються окремо, а об’єднуються одним словом - процесор.

Як приклад розглянемо таку задачу: Обчислити

Отже, в арифметично – логічний пристрій потрапляє увесь цей вираз. Тоді пристрій управління вирішує, якою ж першою має виконуватися дія. Оскільки у комп’ютері уже є закладені послідовності дій (це замість нас зробили програмісти та розробники програмного забезпечення), то пристрій управління обирає дію 8*2. АЛП рахує цей вираз і результат множення надсилає до оперативної пам’яті. Оперативна пам'ять сигналізує процесору про отримання результату і відразу після цього пристрій управління обирає команду 16/5. АЛП виконує операцію і подає її до оперативної пам’яті. Знову пристрій управління втручається і подає на обробку АЛП дію 255-3,2. АЛП передає результат в оперативну пам'ять. Тоді пристрій управління знову шукає команду, яку необхідно виконати і натрапляє на закінчення обчислень. Кінцевий результат процесор видає на монітор чи інший пристрій виведення (якщо ці дії виконувалися для користувача), або у оперативну пам'ять (якщо це внутрішній результат комп’ютера). У випадку, якщо процесору не вистарчає інформації, він видає повідомлення про внесення коректив для виконання команди, а корективи у свою чергу вносяться із пристроїв введення. Отже, процесор– це пристрій для обробки даних (інформації).

Давайте розглянемо, які пристрої введення та виведення нам відомі. Пристрої введення – це клавіатура, мишка, сканер, диски, дискети, модеми, тобто усе, чим користувач може занести інформацію у комп’ютер. Пристрої виведення – це монітор, колонки, принтер, диски, дискети, модеми, тобто усе, чим комп’ютер може передати інформацію у зрозумілому для користувача вигляді. Як ви вже мабуть зауважили, деякі пристрої можуть бути пристроями і введення і виведення, залежно від обставин і функцій використання.

Одним із принципів роботи комп’ютерів, запропонованих Дж. фон Нейманом, є принцип єдиної лінійної пам’яті. Одна і та сама комірка пам’яті для однієї задачі може містити команду, а для іншої – дані. «Лінійної» означає, що всі комірки пам’яті пронумеровані від 0 до N. Номер комірки називають її адресою. Різні комп’ютери мають різні розміри (кількість комірок) оперативної пам’яті. Тому у середині 60-х років, коли фірма ІВМ випустила серію обчислювальних машин (тобто комп’ютерів), склався стандарт одиниці виміру пам’яті – 1 байт. Тому, на сьогоднішній день, читаючи опис конфігурації комп’ютера, ми зустрічаємось з таким позначеннями, як наприклад, оперативна пам'ять - 256Mb (мега байт).

Внутрішні складові персонального комп’ютера

Більшість обов’язкових пристроїв є, так званими, «внутрішніми» пристроями комп’ютера. Саме вони забезпечують обробку, виконання і зберігання інформації та програм. Всі інші («зовнішні») пристрої призначення для взаємодії з користувачем, введення і виведення інформації, передачі інформації між комп’ютерами та виконання інших «зовнішніх» операцій. Розглянемо, з чого ж складається всім нам відомий системний блок і коротко опишемо характеристики основних його складових.

5

До складу внутрішніх пристроїв, що знаходяться в середині системного блоку входять:

^{Процесор – мікросхема, що}

безпосередньо виконує команди комп’ютерних програм. Це мозок комп’ютера. Усі дії, команди, посилання, що може виконувати комп’ютер – все це закладено у цьому малесенькому (трішки більшому за сірникову коробку) пристрої. Чим потужніший процесор – тим швидше «думає комп’ютер»

Оперативна пам’ять –це внутрішня, енергозалежна пам'ять комп’ютера, яка відповідає за роботу системи у ввімкненому стані, швидкодію передачі зображень тощо. Розмір та тип оперативної пам’яті вказаний на наклейці, що розміщена на одній із її сторін. На сьогоднішній день, для оптимальної роботи комп’ютера необхідно 4і більше Gb(гігабайт)ОП.

Системна (материнська) плата –це серце комп’ютера. Це плата, до якої під’єднуються усі внутрішні та зовнішні пристрої комп’ютера. Для кожного існуючого пристрою продумане своє, унікальне гніздо. Тому, при зборі комп’ютера, навіть новачок зможе за кілька годин зібрати свій перший системний блок. Внутрішні пристрої під’єд- нуються безпосередньо до материнської плати за допомогою портів та шлейфів. Для зовнішніх пристроїв ці порти виведені на зовнішню панель системного блоку.

Відеокарта – плата, що забезпечує зв’язок між системним блоком і монітором. Іноді відео карта інтегрується на материнську плату. Це не найкращий варіант, оскільки, при потребі замінити відео карту необхідно буде змінювати усю материнську плату, що потягне за собою неабиякі матеріальні вкладення. Основна задача відео карти – донесення зображення від монітора до користувача.

Мережева карта– додаткова плата, за допомогою якої здійснюється підключення комп’ютера до комп’ютерної мережі. Поєднання декількох комп’ютерів в мережу значно розширює їх можливості – дозволяє декільком користувачам ефективно працювати над спільним проектом, оперативно обмінюватися повідомленнями і інформацією, відкриває шлях до всесвітньої мережі Інтернет. Як і більшість стандартних внутрішніх пристроїв, мережева карта переважно інтегрується на материнську плату.

Звукова карта – додаткова плата, що призначена для обробки звукової інформації, а також для з’єднання системного блоку із зовнішніми пристроями введення/виведення звуку (мікрофонами, наушниками, звуковими колонками, музичними ^{синтезаторами тощо). В сучасних} комп’ютерах здебільшого звукова карта інтегрується на материнську плату. В такому випадку вона завжди присутня в конфігурації комп’ютера і не потребує окремої установки, хоча так само як і у випадку відео карти це не є оптимальним варіантом.

Жорсткий диск – пристрій для довгострокового зберігання великих об’ємів інформації (програм, даних тощо). Хоча з першого погляду – це невеличка коробочка в середині системного блоку, значення його дуже велике. Бо саме на жорсткому диску зберігаються всі програми, з якими ви працюєте, файли і документи, що ми створили і якими користуємось.

Дисковод для гнучких дисків –пристрій для читання даних з гнучких магнітних дисків (дискет). На сьогоднішній день цей пристрій втрачає свою актуальність – дискети дозволяють зберігати невеликі об’єми інформації і працюють занадто повільно, тому їх активно витісняють інші пристрої зберігання інформації (зокрема карти flash-пам’яті та диски).

Дисковод CD-RW або DVD-RW–пристрій для зчитування та запису даних з оптичних носіїв (комп’ютерних дисків). Звичайно, використання такого пристрою значно розширює можливості комп’ютера, бо дозволяє розвантажити жорсткий диск, записуючи на оптичні диски файли і програми. Також ці пристрої відіграють велику роль для безпеки даних, тому що дозволяють легко створювати резервні копії всіх документів, що використовуються на комп’ютері.