1. Аппаратное и программное обеспечение компьютера

Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки информации, называют вычислительной техникой. Конкретный набор связанных между собою устройств – вычислительной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем является электронная вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер. Слово “компьютер” означает “вычислитель”. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. А по мере роста потребностей и задач, которые ставило перед собой человечество, росло значение и необходимость вычислений. Как известно, первая ЭВМ была изобретена в 1945 году, она называлась ЭНИАК (17000 электронных ламп, занимаемая площадь – 300 м2).  

 Архитектура ЭВМ

Архитектура – Совокупность программ аппаратных средств взаимодействия человека с компьютером.

Архитектура – это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных узлов. При описании архитектуры компьютера определяется состав входящих в него компонент, принципы их взаимодействия, а также их функции и характеристики.

Архитектура ЭВМ по фон Нейману

В основу построения подавляющего большинства ЭВМ положены общие принципы, сформулированные в 1945 году американским ученым Джоном фон Нейманом.

Компьютер должен иметь следующие устройства:

Арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;

Устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;

Запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;

Внешние устройства для ввода-вывода информации  

Для работы компьютера необходимо правильное сочетание аппаратного состава (технических устройств) и программного обеспечения.

Аппаратное обеспечение (Hardware) включает в себя устройства для ввода, обработки, хранения, вывода информации. Персональный компьютер – универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Существует понятие базовой конфигурации – т.е. такой набор компонентов, дальнейшее уменьшение которого приведет к нецелесообразности использования компьютера для конкретной работы или даже полной бессмысленности работы с ним. Этот набор можно увидеть практически везде, где используют компьютер, в него входят:

- системный блок (плюс дисковод или винчестер, вмонтированный в корпус);

- монитор;

- клавиатура;

- мышь.

Основные элементы персонального компьютера

Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними.

 

 

Процессор. Микропроцессор - это центральный блок компьютера, предназначенный для управления всеми блоками компьютера и выполнения арифметических и логических операций над информацией. Микропроцессор выполняет следующие основные функции:

• чтение и дешифрацию команд из основной памяти;

• чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;

• прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;

• обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств;

• выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.

Одним из самых важных элементов компьютера является память. Все ПК используют три вида памяти: постоянную, оперативную и внешнюю.

Все ПК имеют 4 иерархических уровня памяти:

Микропроцессорная память; (кратковременное хранение, запись и выдача информации, используемые вычислениях в ближайшие такты работы машины)

Основная память (хранение и оперативный обмен информацией с др. устройствами компьютера.)

Кеш-память («сверхоперативная» - промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий информацию, которая может быть запрошена с наибольшей вероятностью.)

Внешняя память («хранилище программ и данных»)

Периферийные устройства компьютера

Для связи пользователя и компьютера существуют устройства, называемые устройствами ввода/вывода, внешними или периферийными устройствами.

Периферийные устройства – это любые дополнительные вспомогательные устройства, которые можно подключить к компьютеру для расширения функциональных возможностей. В технической литературе под периферией принято понимать все, что находится вне системного блока

Внешние устройства обеспечивают взаимодействие компьютера с окружающей средой – пользователями, объектами управления и другими компьютерами.

К внешним относятся:

Устройства ввода информации (Клава, мышь, глаф.планшет, сканеры, граф.манипуляторы и т.п.)

Устройства вывода информации (монитор, дисплей, принтер)

Диалоговые средства пользователя

Средства связи коммуникации

Программное обеспечение ЭВМ

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. После ее завершения в память загружается другая программа и т.д. 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, процедур, правил и касающихся функционирования программной системы для решения поставленной задачи. Повышение производительности и качества труда пользователей при использовании программного обеспечения происходит за счёт автоматизации процедур расчётного и оформительского характера, реализуемых с помощью разнообразных средств программирования (алгоритмических языков, пакетов прикладных программ) и удобных средств ввода и вывода информации. Программное обеспечение в настоящее время составляет сотни тысяч программ, которые предназначены для обработки самой разнообразной информации с самыми различными целями. В состав программного обеспечения включают программы и необходимые для их функционирования данные. Все программы состоят из совокупности операторов и данных, описанных на некотором языке программирования, и создаются с помощью инструментальных программ.

Программное обеспечение (ПО) - это совокупность всех программ и соответствующей документации, обеспечивающая использование ЭВМ в интересах каждого ее пользователя.

Классы программных продуктов:

Системное ПО (минимальный набор программных средств для работы ПК, который носит общий характер применения, независимо от специфики предметной области)

Базовое ПО

Операционная система (Windows; Lunix)(посредник человека и компа, управляет ресурсами, обменивается данными между комп. и устройствами)

Операционная оболочка

Сетевая операционная система

Сервисное ПО

Программы диагностики работоспособности ПК

Антивирус

Программы обслуживания дисков

Архиватор

Программы обслуживания сети

Пакеты прикладных программ

Инструментарий технологии программирования

 Прикладное программное обеспечение – служат инструментом для решения функциональных задач различных предметных областей и являются самым многочисленным классом программных продуктов. Прикладные программы называют приложениями. Они включает в себя: текстовые процессоры; табличные процессоры; базы данных; интегрированные пакеты; системы иллюстративной и деловой графики (графические процессоры); экспертные системы; обучающие программы; программы математических расчетов, моделирования и анализа; игры; коммуникационные программы. Прикладное программное обеспечение работает только при наличии системных программ.

Видеокарта управляет созданием и отображением на дисплее изображения. Из технических характеристик можно отметить объем и тип используемой видеопамяти, наличие (или отсутствие) акселератора (ускорителя), полосу пропускания, определяющей частоту вертикальной развертки (регенерации изображения). Любое изображение на экране видеомонитора представляется набором точек, которые называются пикселями (от английского – элемент картинки). Число точек по горизонтали и вертикали экрана определяет разрешающую способность экрана. Чем выше разрешающая способность экрана, тем качественнее изображение. В зависимости от размера видеопамяти и частоты вертикальной развертки позволяют устанавливать несколько различных значений для разрешения экрана (640х480, 800х600, 1024х768, 1280х1024, 1600х1280 и др.) и палитру, т.е. количество цветов, которые используются для воспроизведения изображения (16, 256, 65535, 16.7 млн.).

Объём хранения данных необходимо измерять в своих особых единицах (вспомните, для массы существуют единицы измерения – килограммы, для длины – метры и т.д.). Для измерения количества информации служит единица измерения, называемая БАЙТ (BYTE).  Байт – это основная единица объёма информации. 1 байт информации содержит один символ текста. Один байт состоит из восьми разрядов (цифр) двоичной системы счисления и может состоять из 2⁸ = 256 возможных комбинаций. Один байт передаётся по восьми проводникам, в каждом из которых может быть напряжение или отсутствовать напряжение, т.е. «1» или «0». По десяти проводникам можно передавать 2¹⁰ возможных комбинаций значений. 2¹⁰=1024. А это приблизительно равно 1000. Поэтому были введены единицы измерения информации, в которых стандартные приставки КИЛО, МЕГА, ГИГА лишь приближённо равны обычному своему значению.

1 килобайт = 1 кБ = 1 К = 2¹⁰ байт = 1024 байт

1 Мегабайт = 1 МБ = 1 М = 2²⁰ байт = 1024 К = 1048576 байт

1 Гигабайт = 1 ГБ = 1 Г = 2³⁰ байт = 1024 М =1048576 К = 1073741824 байт.

Дисплей (анг. display — показывать) относится к основным устройствам любого ПК, без которого невозможна эффективная работа. Наиболее важная отличительная особенность современных компьютеров заключается в возможности почти мгновенного взаимодействия (работа в режиме реального времени) между системой и пользователем.

В процессе работы на экране дисплея отображаются как вводимые пользователем команды и данные, так и реакция системы на них.

Принцип работы. Так как информация бывает разной, то используются разнообразные устройства отображения информации. Краткая классификация дисплеев приведена на рисунке. Отличие алфавитно-цифровых и графических дисплеев состоит в том, что:

- первые способны воспроизводить только ограниченный набор символов, причём символы могут выводиться только в определенные позиции экрана (чаще всего на экран можно вывести 24 или 25 строк по 40 или 80 символов в строке);

В зависимости от своего устройства мониторы бывают либо жидкокристаллические, либо с электронно-лучевой трубкой.

Мониторы с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ)

Мониторы с (ЭЛТ, CRT — Cathode Ray Tube) по принципу действия напоминают обыкновенные цветные телевизоры, имеют чуть меньший размер и обладают очень четким изображением. В качестве основного элемента формирования изображения используется кинескоп. Изображение на экране ЭЛТ появляется вследствие свечения нанесенных на его поверхность триад элементов люминофора (вещества, испускающие свет при попадании на них разогнанных электронов). Если говорить простыми словами, каждая точка изображения на экране монитора с ЭЛТ состоит из трех расположенных рядом друг с другом элементов люминофора. Каждый элемент при попадании триады, начинает излучать свет с разной интенсивностью, собственным цветом (красным, зеленым или синим) Общий результат свечения всех трех элементов виден человеческому глазу как какой-то один из бесконечного количества цветов. Для того чтобы разогнанные электроны попадали именно на те элементы триад, которые нужно, перед ними установлена специальная маска, представляющая собой металлический экран с проделанными в нем отверстиями, расположенными напротив элементов триад.

- вторые отображают как графическую, так и текстовую информацию, при этом экран разбит на множество точек (пикселей), каждая из которых может иметь тот или иной цвет. Из этих светящихся точек и формируется изображение.

Жидкокристаллические мониторы

Работа таких мониторов (LCD, Crystal Display) основана на изменении ориентации молекул жидких кристаллов (и как следствие изменение их оптических свойств) под воздействием внешнего электрического поля. Экран LCD монитора представляет собой матрицу ячеек таких кристаллов, каждая из которых может светиться нужным цветом. К достоинствам таких мониторов следует отнести их малые габариты и вес, низкое энергопотребление, абсолютно плоскую поверхность экрана, идеальную геометрию без каких-либо искажений, присущих мониторам с ЭЛТ, отсутствие проблем с плохой фокусировкой, несведением лучей и мерцанием картинки, практически полное отсутствие излучений, возможность поворота экрана и изображения на нем на 90 градусов (что бывает очень полезно, например, при компьютерной верстке). С другой стороны, современные жидкокристаллические мониторы обладают и рядом существенных недостатков: достаточно высокая цена (по сравнению с мониторами на ЭЛТ); маленький угол обзора, как по горизонтали, так и по вертикали (вдвоем смотреть на экран монитора уже не так комфортно, так как при большом угле обзора возникают искажения); недостаточное быстродействие (заметны искажения при просмотре быстро двигающихся или меняющихся объектов); возможность нормального использования монитора только при фиксированном разрешении; худшая цветопередача, чем у традиционных с ЭЛТ, высокая вероятность присутствия на мониторе одной или более «мертвых» точек постоянно светящихся одним цветом.

Режимы видеоадаптеров:

MDA (монохромный) режим. Позволяют получать разрешение до 1280х1024

CGA (Color Graphic Adapter) имеет характеристики 320 х 200 при 4-х цветах.

EGA (Enhanced Graphic Adapter) имеет разрешение 640 х 350, но при этом доступны всего лишь 4 цвета (16 цветов – при 320х200).

VGA (Video Graphic Array) режим основан на подаче аналогового сигнала, что позволяет получать до 16 цветов (из 256) при разрешении 640х480.

Перечисленные дисплеи называются иначе цифровыми, поскольку на экран поступает цифровой RGB сигнал из 3 пушек (Red, Green, Blue). Развитием данного режима является стандарты SVGA, позволяющие получить 32-битный цвет при разрешениях, зависящих от

возможностей аппаратного обеспечения.

Устройства вывода можно классифицировать следующим образом:

1. По принципам записи (обновления) изображения:

− с произвольным сканированием луча, при котором изображение формируется при перемещении луча по экрану в соответствии с координатами строящихся элементов изображения (каллиграфические, штриховые устройства);

− с растровым сканированием луча, при котором изображение представляется в виде матрицы точек; изображение на экране формируется при перемещении луча в соответствии с разверткой слева-направо по строке и сверху-вниз по строкам с подсветкой требуемых точек; 2) по принципам отображения:

− периодическая регенерация информации на экране из неотображающей памяти;

− использование отображающего устройства сохранения изображения;

3) по технологическим способам вывода (свечение люминофора, плазмы, перенос красителя и т.п.).