«CМОЛЕНСКИЙ ГУМАНИТАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Андреева А.В. Учебно-методическое пособие по курсу Информатика Рекомендовано Учебно-методической комиссией Смоленского гуманитарного университета в качестве учебного пособия по ...»

1

CМОЛЕНСКИЙ ГУМАНИТАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Андреева А.В.

Учебно-методическое пособие

по курсу «Информатика»

Рекомендовано Учебно-методической комиссией

Смоленского гуманитарного университета

в качестве учебного пособия по направлению «Прикладная информатика»

Смоленск 2011 2 ББК 73 А 655 Рецензенты:

В.И. Мунерман, кандидат техн. наук, доцент, доцент СмолГУ.

Н.А. Максимова, кандидат пед. наук, доцент, доцент СГУ Печатается по решению Редакционно-издательского совета Смоленского гуманитарного университета А 655 Андреева А.В.

Учебно-методическое пособие по курсу «Информатика». – Смоленск:

«Универсум», 2011. – 302 с.

Представлены материалы, посвященные основным вопросам курса информатики. Учебно-методическое пособие содержит указания для выполнения практических работ по курсу, тест для подготовки к экзамену по дисциплине.

Методическое пособие ориентировано на студентов СГУ, обучающихся по всем направлениям и специальностям изучающих курс информатики.

ББК А © Андреева © Смоленский гуманитарный университет, © Оформление ООО «Универсум», ТЕМА 1. Теоретические основы информатики Информатика — это наука, изучающая технические принципы, приемы и средства организации общественного информационного обмена. Ее развитие связано с появлением в середине XX в. электронновычислительных машин, которые стали универсальными средствами для хранения, обработки и передачи информации.

Развитие любой отрасли науки предполагает проведение сложных и дорогостоящих экспериментов для обретения опыта и знаний.

Информатика включает в себя множество математических, инженерных и даже философских аспектов, благодаря которым становится фундаментальной наукой, занимающейся схематичным, представлением информации, вопросами ее «формализованным»

обработки, а также различными средствами, с помощью которых можно производить необходимую обработку информации. Сюда входят, таким образом, вопросы анализа и моделирования взаимосвязей и структур в самых различных областях применения. При этом возникает необходимость в разработке способов решения задач информационной обработки на вычислительных машинах, а также в разработке, организации и эксплуатации самих вычислительных машин и систем.

Задача информатики состоит в исследовании свойств формальных моделей и дальнейшем их развитии, а также в установлении связи между формальными моделями и реальным миром в данной предметной области в смысле постановки задачи.

Понятие информации «Информация», наряду с такими понятиями, как «вещество», «энергия», «пространство» и «время», составляет основу современной научной картины мира. В этот термин вкладывается различный смысл в технике, науке и в быту.

Под информацией в технике понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов, в бытовом аспекте — сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальными устройствами.

Термин «информация» происходит от латинского слова informatio, что означает «сведения, разъяснение, осведомленность, изложение». Это понятие вошло в употребление в середине XX в. К. Шеннон ввел этот термин в узком техническом смысле, применительно к теории связи, которая получила название «Теория информации».

Информация в теории информации — это лишь те сведения, которые полностью снимают или уменьшают существующую неопределенность. По определению К. Шеннона, информация — это снятая неопределенность. А в кибернетике, по определению Н. Винера, под информацией понимают ту часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т. е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы. Семантическая теория трактует информацию как сведения, обладающие новизной.

Под информацией понимается отображение в человеческом сознании знаний и фактов (сведений, данных), используемых или встречающихся в различных областях человеческой деятельности.

Смысл термина «знание» раскроем далее: это осознанные и запомненные людьми свойства предметов, явлений и связей между ними, а также способы выполнения тех и ли иных действий для достижения нужных результатов.

систематизированные факты, сведения или данные передаются с помощью сообщений. В качестве примеров таких сообщений можно привести следующее предложение: «Поезд номер 602 задерживается до 8 часов минут московского времени».

Сообщения могут передаваться между людьми с помощью самых разнообразных способов. Однако любое сообщение всегда материально, то есть представлено некоторой материальной субстанцией — камнем, глиной, бумагой, магнитной шлейкой, электромагнитными или акустическими колебаниями, молекулами или атомами вещества и т. д.

Сообщение — это материальная форма информации.

Фактически, все вышеприведенные примеры, которые трактовались как информация (наскальные рисунки, запахи, звуки, бумажные тексты, фотографии и т. д.), представляют собой примеры сообщений, несущих человеку некоторую важную или не важную для него информацию.

Информация — это нематериальный смысл, извлекаемый человеком из сообщения.

Соответствие между информацией и сообщением, с помощью которого она передается, не является взаимно однозначным. Одна и та же информация может передаваться с помощью различных сообщений, Например, сообщение о задержке рейса, передаваемое в аэропорту на различных языках, — одна и та же информация, а сообщения разные.

Способ выявления смысла сообщения является общепринятым (естественные языки), результатом договоренности между отправителем и получателем сообщения (шифрованные сообщения) или же он может быть предписан заранее им обоим (азбука Морзе). В общем случае говорят, что задается правило или группа правил интерпретации сообщений.

Решающим фактором для извлечения информации из сообщения является знание языка сообщения или способа его кодирования, то есть совокупности правил интерпретации сообщения, истолкования его смысла.

Как правило, сообщения записываются или передаются с помощью некоторой последовательности знаков — букв письменной или звуков разговорной речи, специально подобранных значков. Набор знаков, которые используются для формирования и передачи сообщений, принято называть алфавитом языка интерпретации сообщений. Алфавит, как правило, задается прямым перечислением всех входящих в него знаков.

Например, набор знаков (цифр) (0,1,2,3,4, 5,6, 7,8,9} представляет собой алфавит, обычно используемый для записи чисел. Примерами могут служить алфавиты естественных языков, знаки Зодиака, набор знаков азбуки для слепых, азбука Морзе, международные флажковый и семафорный коды и т, д. Поскольку в общем случае для формирования сообщения могут использоваться те только буквы алфавитов естественных языков, принято говорить, что сообщение кодируется тем или иным набором знаков, а сам алфавит или набор знаков иногда называют еще и кодом.

Из множества возможных способов кодирования сообщений наиболее важным для информатики частным случаем является кодирование двоичными наборами знаков, то есть наборами, состоящими всего из двух различных знаков, символов, цифр. Именно к таким наборам относится двоичный код — набор знаков, алфавит {0,1}, который применяется при хранении информации в памяти компьютера, в связи с чем его называют еще и машинным кодом.

Основными операциями, выполняемыми над информацией (точнее говоря, над сообщениями), являются сбор, обмен, хранение и обработка.

Сбор информации — это деятельность человека или технического устройства, в ходе которой человек или устройство получает необходимые сведения.

Под обменом информацией понимается процесс передачи информации между различными объектами – между человеком и человеком, между человеком и техническим устройством, между различными техническими устройствами.

Хранение информации – это процесс поддержания информации в виде, обеспечивающем ее передачу в нужном виде и в нужное время.

Под обработкой информации понимается упорядоченный процесс ее целесообразного преобразования.

Методы получения информации Информацию можно получить различными способами: при разговоре между людьми, через печатные средства коммуникации — радио, телефон, телевидение, компьютер.

МЕТОДЫ

ПОЛУЧЕНИЯ

ИНФОРМАЦИИ

Рисунок 1.1. Классификация методов получения информации Откуда появляется новая информация? Ежедневный человеческий опыт является важнейшим методом ее получения.

В прошлом этот метод был основным и практически единственным.

Множество замечательных достижений было получено опытным путем, в процессе накопления опыта и вывода определенных умозаключений.

Как альтернатива накоплению опыта существовал и до сих пор существует так называемый метод проб и ошибок, или эвристический (от древнегреч. «эврика!» — «я нашел!») метод. При этом длительном и трудоемком подходе проводятся многократные эксперименты, после которых отбирают наиболее удачные варианты. В современной науке эвристический метод также имеет место. Однако, как правило, он является недостаточно эффективным.

Научный подход характеризуется тем, что при его применении производится не беспорядочный перебор всех возможных вариантов, а целенаправленный поиск. При проведении исследования на научной платформе изучают, анализируют все известные достижения в конкретной области, проводят опыты. В результате применения целенаправленного поиска люди создали новые материалы и процессы, неизвестные природе.

Свойства информации.

Любая информация должна обладать рядом свойств: достоверность, полнотой, актуальностью, ясностью, ценностью.

Достоверность - истинное, объективное отражение действительности. Каждый человек воспринимает окружающую действительность субъективно, имея свой собственный, отличный от других взгляд и мнение. Смысл достоверности заключается в определении, насколько данная информация соответствует истинному положению дел.

Недостоверная информация повлечет за собой неправильное понимание ситуации и принятие неверных решений.

Полнота — достаточное количество данных для понимания ситуации и принятия решений. Например, при получении сводки погоды нам потребуется полная картина: температура, влажность воздуха, осадки, направление ветра.

Актуальность — соответствие информации данной ситуации.

Например, можно получить полную сводку погоды из достоверного источника. Но она окажется ненужной, если будет содержать сведения недельной давности.

Ясность — выражение информации в таком виде, который был бы понятен ее получателю. Представим, что у нас имеется достоверная, полная и актуальная информация о погоде на предстоящую неделю. Но эта информация записана (или произнесена) в терминах и обозначениях синоптиков, непонятных большинству людей. В этом случае она окажется бесполезной.

Ценность — нужна ли информация для решения данной проблемы.

Одна и та же информация может быть очень важной в одной ситуации и быть абсолютно бесполезной в другой. Так, информация о погоде в городе М представляет большой интерес для жителей этого города и совсем не нужна жителям города Н (за исключением разве что тех, кто собрался в город М на отдых или в командировку).

Меры и единицы количества и объема информации Единица измерения информации – 1 бит 1 Килобайт (Кбайт) – 1024 байт (210) (метрический аналог 103) 1 Мегабайт (Мбайт) – 1024 Кбайт- 1048576 байт (220) (м.а. 106) 1 Гигабайт (Гбайт) – 1024 Мбайт – 1073741824 байт (230) (м.а. 109) 1 Терабайт (Тбайт) – 1024 Гбайт – 1099511697776 байт (240) (м.а.

1012) 1 Петабайт (Пбайт) – 1024 Тбайт (250) (м.а. 1015) 1 Эксабайт (Эбайт) – 1024 Пбайт (260) (м.а. 1018) 1 Зетабайт (Збайт) – 1024 Эбайт (270) (м.а. 10 21) 1 Йоттабайт (Йбайт) – (280) (м.а. 1024) Для наглядного представления приведем пример: для хранения текста обычного формата, состоящего из 500 страниц, необходимо около 1-1,5 Мбайт.

Представление информации в ЭВМ Рассмотрим принцип, используемый при записи чисел в привычной для нас десятичной системе счисления.

Под основанием системы счисления будем понимать число, используемое в качестве основы для возведения в степень. В десятичной системе p=10 и для построения чисел используется десять цифр: 0, 1, 2... 9. Число представляется в виде последовательности цифр, разделенных запятой на две группы: одна группа (левее запятой) образует целую часть, другая (правее запятой) - каждая цифра занимает в нем определенную позицию (разряд). Поэтому такие системы еще называются позиционными.

коэффициенты для разрядов влево от запятой равны соответственно 100, 101, 102,..; вправо от запятой 10-1,10-2, 10-3,...

Таким образом, запись 547,359 в десятичной системе счисления означает следующее количество:

547,359 = 5*102+4*101+7*100+3*10-1+5*10-2+9*10-3.

При основании системы счисления р запись числа N соответствует следующему количеству:

N= an*pn+ аn-1*pn-1+…..+a-m*p-m Здесь рn, рn-1,... р-m- весовые коэффициенты соответствующих разрядов, ai – цифры системы счисления.

До сих пор некоторое употребление имеет римская система счисления. Это система непозиционная; в ней число образуется при сложении и вычитании значений специальных значков.

XI, - 40, L - 50, LX - 60, С - 100, ХС - 90, D - 500, CIX -109, М - MCMXCVI = 1000+(1000-100)+90+6= Арифметические действия в этой системе счисления не выполняются, т.к.

в древнем Риме представления о десятичных дробях не было.

Задание:

Представьте следующие числа в виде позиционной записи:

а) 576; б) 842,3; в) 1924,803; г) 1000; д) 0100,0001 е) 0,002; ж) 25,75;

з) 89; и) 13,5; к) 0,25; л) 834,25; м) 34226; н) 236, а)8*102+5*101+3*10°+7*10 -1+6*10-2;

б)0*104+1*103+8*102+4*101+0*10°+0*10-1+9*10-2;

с)9*105+4*103+3*10°+4*10 -2+4*10-3;

д)6*102+6*101+4*100+8*10-1+6*10-2;

е)1*24+1*23+0*22+0*21+1*2°+1*2-1+1*2-2.

Чему равны сами числа?

Переведите римскую запись в арабскую:

a) LX; б) XL; в) CXI; г) IXC; д) MDCCCXII; e) MCMLXI а) 45; б) 55; в) 900; г) 1500; д) 1554; е) В компьютерах удобнее иметь дело с другими основаниями системы счисления. Самые важные из них — 2, 8 и 16. Соответствующие системы счисления называются двоичной, восьмеричной и шестнадцатеричной соответственно.

Язык компьютера - это язык двоичных чисел 0 и 1. Двоичная система наиболее проста и удобна для автоматизации. Наличие в системе всего лишь двух символов упрощает их преобразование в электрические сигналы.

Десятичные числа строятся из 10 десятичных цифр: 0123456789.

Двоичные числа, напротив, строятся только из двух двоичных цифр:

01.

Восьмеричные числа состоят из восьми цифр: 01234567.

обозначения цифр, следующих за 9, принято использовать прописные латинские буквы от А до F. Таким образом, шестнадцатеричные числа строятся из следующих цифр: 0123456789ABCDEF.

При записи числа в различных системах счисления пользуются указателями оснований используемых систем. Это может быть справа внизу маленькая цифра или в конце буква латинского алфавита:

D – десятичный;

В – двоичный;

Н – шестнадцатеричный;

О - восьмеричный.

В таблице ряд неотрицательных целых чисел представлен в каждой из четырех систем счисления.

Десятичные числа и их двоичные, восьмеричные и шестнадцатеричные эквиваленты Десятичное Двоичное Восьмеричное Шестнадцатеричн Логические основы ЭВМ Внутри машины все числа представляются в виде двоичных кодов.

При выполнении программы АЛУ проводит операции над двоичными числами. Поэтому АЛУ можно рассматривать как сложный функциональный преобразователь, на вход которого поступают числа, а на выходе – одно новое двоичное число (f).

Аргументы называются логическими переменными, а f- логическая функция. Для описания схем, которые строятся путем сочетания различных логических элементов, используется особый тип алгебры, в которой все переменные и функции могут принимать два значения 0или 1.

такая алгебра называется булевой алгеброй. Так как булева функция от n переменных имеет только возможных комбинаций значений переменных, то ее описывают в таблице истинности, которая содержит в каждой строке значение функции для разных комбинаций значений переменных.

Функция «И» - конъюнкция.

Логическое умножение - это логическая функция 2-х и более аргументов, обозначаемых знаком ^. Конъюнкция нескольких аргументов - это такая логическая функция, которая равна 1, только в том случае, когда все аргументы равны 1, и равна 0, когда хотя бы один аргумент равен 0.

Графическое обозначение:

Таблица истинности Функция «ИЛИ» - дизъюнкция.

Логическое сложение - это логическая функция 2-х и более аргументов, обозначаемых знаком V. Дизъюнкция нескольких аргументов - это такая логическая функция, которая равна 0, только в том случае, когда все аргументы равны 0, и равна 1, когда хотя бы один аргумент равен 1.

Графическое обозначение:

Таблица истинности Функция «НЕ» — отрицание.

Логическое отрицание одного аргумента обозначается чертой над аргументом.

Графическое обозначение:

Таблица истинности Характеристики информационного канала Информация передается в виде сообщений от некоторого источника информации к ее приемнику посредством канала связи между ними (рис.

1.2). Источник посылает передаваемое сообщение. Любое событие или явление может быть выражено разными способами. Для более точной и экономной передачи по каналам связи информацию надо закодировать.

Закодированное сообщение приобретает вид сигналов — носителей информации, которые перемещаются по каналу. В приемнике принимаемый сигнал декодируется и становятся принимаемым сообщением. Передача сигнала по каналам связи часто сопровождается воздействием помех, вызывающих искажение и потерю информации.

Рисунок 1.2. Общая схема передачи информации Совокупность устройств, предметов или объектов, предназначенных для передачи информации от одного из них, именуемого источником, к другому, именуемому приемником, называется каналом информации, или информационным каналом.

Примером канала может служить почта. Информация, закодированная в виде текста, помещается в конверт, поступает в почтовый ящик, извлекается оттуда и перевозится в почтовое отделение, где сортируется (вручную или машиной). Далее информация перемещается с помощью поезда (самолета, теплохода и т. п.) в почтовое отделение пункта назначения, сортируется и доставляется адресату. Таким образом, почтовый канал включает в себя: конверт (предмет), транспорт и сортировочные машины (устройства), почтовых работников (объекты).

Информация, помещенная в этот канал, остается неизменной, в отличие от информационного канала «телефон», который включает в себя:

телефонные аппараты (устройства), провода (предметы) и аппаратуру АТС (устройства). Его особенностью является то обстоятельство, что при поступлении в него информация, представленная в виде звуковых волн, преобразуется в электрические колебания и затем передается. Такой канал называется каналом с преобразованием информации.

Компьютер является информационным каналом второго типа:

информация поступает с внешних устройств (клавиатура, диск, микрофон), преобразуется во внутреннюю форму, обрабатывается, снова преобразуется в вид, пригодный для внешних устройств (монитор, принтер, динамик и др.) и передается на них.

Информационные каналы различаются по пропускной способностью — количеству информации, передаваемой каналом в единицу времени.

Измеряется пропускная способность в бит/с. В честь изобретателя телеграфа этой единице было дано, имя бод: 1 бод = 1 бит/с, Пропускная способность информационного канала определяется двумя параметрами: разрядностью и частотой и пропорциональна их произведению. Разрядностью называют максимальное количество информации, которое может быть одновременно помещено в канал. Частота показывает, сколько раз информация может быть помещена в канал в единицу времени.

Разрядность почтового канала огромна. Так, пересылая по почте, например, лазерный диск, можно поместить в канал одновременно более Мб информации. В то же время частота почтового канала очень низкая — выемка почты из ящиков происходит не чаше пяти раз в сутки.

Телефонный канал информации однобитный: одновременно по телефонному проводу можно послать или единицу (ток, импульс), или ноль.

Однако частота этого канала может достигать десятков и сотен тысяч циклов в секунду. Это свойство телефонной сети позволяет использовать ее для связи между компьютерами.

Формы представления информации Информация может существовать в самых разнообразных формах, например, в виде:

• текстов, рисунков, чертежей, фотографий;

• световых или звуковых сигналов;

• радиоволн;

• электрических и нервных импульсов;

• магнитных записей;

• жестов и мимики;

• запахов и вкусовых ощущений;

• хромосом, передающих по наследству признаки и свойства организмов Предметы, процессы, явления материального или нематериального свойства, рассматриваемые с точки зрения их информационных свойств, называются информационными объектами.

Процессы, связанные с определенными операциями над информационными объектами, называются информационными процессами.

объектов из других путем выполнения некоторых алгоритмов.

Информация в технических устройствах и системах Обмен информацией в технических устройствах и системах осуществляется с помощью сигналов. Сигналы отражают физические характеристики изучаемых объектов и процессов.

Различают несколько видов сигналов: звуковые, световые и электрические.

При передаче информации посредством электрического сигнала значение информации выражается в параметрах электрического тока — силе тока и напряжении.

Существующие в технических устройствах сигналы делятся на непрерывные Рисунок 1.3. Непрерывный сигнал сигналы, которые по проводам передаются абоненту, а затем обратно преобразуются в речевую информацию. В этом случае никакой обработки сигнала не производится, только небольшое усиление, которое предотвращает затухание сигнала.

Аналоговое сохранение информации — также довольно распространенное явление. Это, например, запись звукового сигнала на магнитофонную ленту.

До 1970-х гг. XX в. технические устройства работали только с аналоговыми сигналами. Аналоговыми являлись и способы их обработки.

С появлением в конце XX в. микропроцессоров и микросхем с высокой степенью интеграции стали получать распространение дискретные и цифровые сигналы и соответствующие способы их обработки.

Дискретность сигнала означает возможность его измерения только на конечном отрезке, в строго определенные моменты времени, т.е. сам сигнал представляет собой не непрерывную функцию, а последовательность дискретных значений.

В зависимости от решаемой задачи эти значения могут быть зафиксированы только в заданных временных точках, а могут сохранять, свое значение в промежутке от заданной до следующей точки измерения.

Дискретный сигнал, значения которого выражены определенными конечными числами, называется цифровым.

Для обработки, хранения, передачи цифровых сигналов также существуют специальные технические устройства: аудио- и видео-компакт-диски (CDROM), модемы и факсимильные средства связи.

Однако остается достаточно много систем и устройств, в которых информация может передаваться только в виде аналогового сигнала. В связи с этим разрабатываются способы преобразования аналогового сигнала в цифровой и обратно. Даже традиционные области использования аналоговых сигналов (телефонная связь и радиовещание) переходят на цифровую форму обработки и передачи сигналов.

Этот процесс получил наибольшее развитие с появлением глобальных компьютерных сетей. Так, распространенным средством осуществления связи между компьютерами является телефонная сеть. Исходное сообщение, поступающее в телефонную линию, преобразуется в аналоговый сигнал.

После этого специальные технические средства производят последующее преобразование этого аналогового сигнала в цифровой. И уже в цифровом виде он обрабатывается, хранится, передается. Достигнув получателя, цифровой сигнал снова преобразуется в аналоговый и воспринимается абонентом в привычном для него виде.

Классификация компьютеров К настоящему времени в мире разработаны сотни и тысячи различных моделей компьютеров. Эти модели отличаются друг от друга устройством, способами кодирования информации, наборами возможных действий по обработке данных, объемом запоминаемой информации и скоростью ее обработки. Для того чтобы ориентироваться в этом многообразии средств вычислительной техники, применяются различные классификационные схемы. Мы рассмотрим две наиболее распространенные в настоящее время схемы — классификация по поколениям, соответствующая историческому процессу развития вычислительной техники, и классификация по применению. Используя схему классификации по поколениям, необходимо учитывать, что исторический процесс усовершенствования и создания новых вычислительных машин происходил непрерывно. Следовательно, существуют машины и группы машин, «промежуточных» по своему положению, то есть по одним признакам попадающих в одну категорию, а по другим — в другую. То же самое можно сказать и о классификации по применению.

Классификация компьютеров по поколениям вычислительной техники.

Нулевое поколение — механические компьютеры (1642-1945) Первым человеком, создавшим счетную машину, был французский ученый Блез Паскаль (1623-1662), в честь которого назван один из языков программирования. Паскаль сконструировал эту машину в 1642 году, когда ему было всего 19 лет, для своего отца, сборщика налогов. Она была механическая: с шестеренками и ручным приводом. Счетная машина Паскаля могла выполнять только операции сложения и вычитания.

Тридцать лет спустя великий немецкий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716) построил другую механическую машину, которая кроме сложения и вычитания могла выполнять операции умножения и деления. В сущности, Лейбниц три века назад создал подобие карманного калькулятора с четырьмя функциями.

Еще через 150 лет профессор математики Кембриджского университета Чарльз Бэббидж (1792-1871), изобретатель спидометра, разработал и сконструировал разностную машину. Эта механическая машина, которая, как и машина Паскаля, могла только складывать и вычитать, подсчитывала таблицы чисел для морской навигации. У этой машины был довольно интересный способ вывода информации: результаты выдавливались стальным штампом на медной дощечке, что предвосхитило более поздние средства ввода-вывода — перфокарты и компакт-диски.

Хотя это устройство работало довольно неплохо, Бэббиджу вскоре наскучила машина, выполнявшая только один алгоритм. Он разработал аналитическую машину, у которой было 4 компонента: запоминающее устройство (память), вычислительное устройство, устройство ввода (для считывания перфокарт), устройство вывода (перфоратор и печатающее устройство). Преимущество аналитической машины заключалось в том, что она могла выполнять разные задачи. А разностная машина могла осуществлять только один алгоритм.

Поскольку эта аналитическая машина программировалась на ассемблере, ей было необходимо программное обеспечение. Чтобы создать это программное обеспечение, Бэббидж нанял молодую женщину — Аду Августу Ловлейс, дочь знаменитого британского поэта Байрона. Ада Ловлейс была первым в мире программистом. В ее честь назван современный язык программирования Ada.

выпуска Год COLOSSUS Британское Первый электронный компьютер выпуска Год В конце 30-х годов XX века немец Конрад Зус сконструировал несколько автоматических счетных машин с использованием электромагнитных реле. Ему не удалось получить денежные средства от правительства на свои разработки, потому что началась война. Зус ничего не знал о работе Бэббиджа, и его машины были уничтожены во время бомбежки Берлина в 1944 году, поэтому его работа никак не повлияла на будущее развитие компьютерной техники. Однако он был одним из пионеров в этой области.

Немного позже счетные машины были сконструированы в Америке.

Атанасов разработал для того времени развитую машину. В ней использовалась бинарная арифметика и информационные емкости, которые периодически обновлялись, чтобы избежать уничтожения данных.

Современная динамическая память (ОЗУ) работает точно по такому же принципу.

Говард Айкен с трудом проектировал ручные счетные машины как часть своего философского исследования в Гарварде, после окончания исследования Айкен осознал важность автоматических вычислений. Он пошел в библиотеку, узнал о работе Бэббиджа и решил создать из реле такой же компьютер, который Бэббиджу не удалось создать из зубчатых колес.

Работа над первым компьютером Айкена «Mark I» была закончена в году. К тому времени, как Айкен закончил работу над компьютером «Mark II», релейные компьютеры уже устарели. Началась эра электроники.

Первое поколение — электронные лампы (1945-1955) Стимулом к созданию электронного компьютера стала Вторая мировая война. В начале войны германские подводные лодки разрушали британские корабли. Германские адмиралы посылали на подводные лодки радиопослания, которые англичане могли перехватывать. Но эти радиопослания были закодированы с помощью прибора под названием ENIGMA.

В начале войны англичанам удалось приобрести ENIGMA. Однако чтобы расшифровать закодированное послание, требовалось огромное количество вычислений, и их нужно было произвести сразу после того, как радиопослание было перехвачено. Поэтому британское правительство основало секретную лабораторию для создания электронного компьютера под названием COLOSSUS. В создании этой машины принимал участие знаменитый британский математик Алан Тьюринг.

Джон Моушли потребовал от армии финансирования работ по созданию электронного компьютера. В 1943 году Моушли со своим студентом, Дж. Преспером Экертом, начали конструировать электронный компьютер, который они назвали ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer — электронный цифровой интегратор и калькулятор). Он состоял из 18 000 электровакуумных ламп и 1500 реле. ENIAC весил 30 тонн и потреблял 140 киловатт электроэнергии.

Экерт и Моушли вскоре начали работу над машиной EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer — параметрическая машина). К несчастью, этот проект закрылся, когда они ушли из университета, чтобы основать компьютерную корпорацию в Филадельфии (Силиконовой долины тогда еще не было). В то время как Экерт и Моушли работали над машиной EDVAC, один из участников проекта ENIAC, Джон фон Нейман, поехал в Институт специальных исследований в Принстоне, чтобы сконструировать свою собственную версию EDVAC, машину IAS.

Основной проект, который он описал вначале, известен сейчас как фоннеймановская вычислительная машина. Он был использован в EDSAC, первой машине с программой в памяти, и даже сейчас, более чем полвека спустя, является основой большинства современных цифровых компьютеров.

Этот замысел и машина IAS оказали очень большое влияние на дальнейшее развитие компьютерной техники, поэтому стоит кратко описать его. Схема архитектуры этой машины дана на рис. 1.3.

Рисунок. 1.4 Схема фон-неймановской вычислительной машины В СССР в 1950 году в Институте электроники Академии наук Украины под руководством академика Сергея Алексеевича Лебедева была разработана и введена в эксплуатацию МЭСМ (малая электронная счетная машина).

МЭСМ стала первой отечественной универсальной ламповой вычислительной машиной в СССР. В 1952-1953 годах МЭСМ оставалась самой быстродействующей (50 операций в секунду) вычислительной машиной в Европе. В качестве типичных примеров машин первого поколения можно указать американские компьютеры UNIVAC, IBM-701, IBM-704, а также советские машины БЭСМ и М-20. Типичная скорость обработки данных, машин первого поколения составляла 5-30 тысяч арифметических опeрaций в секунду.

Второе поколение — транзисторы (1955-1965) Транзистор был изобретен сотрудниками лаборатории Bell Laboratories Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли, за что в году они получили Нобелевскую премию в области физики. В течение десяти лет транзисторы произвели революцию в производстве компьютеров, и к концу 50-х годов компьютеры на вакуумных лампах устарели. Первый компьютер на транзисторах и назывался ТХ-0 (Transistorized experimental computer 0 — экспериментальная транзисторная вычислительная машина 0) и предназначался только для тестирования машины ТХ-2.

Машина ТХ-2 не имела большого значения, но один из инженеров из этой лаборатории, Кеннет Ольсен, в 1957 году основал компанию DEC (Digital Equipment Corporation — корпорация по производству цифровой аппаратуры), чтобы производить серийную машину, сходную с ТХ-0. Эта машина, PDP-1, появилась только через четыре года главным образом потому, что капиталисты, финансирующие DEC, считали производство компьютеров невыгодным. Поэтому компания DEC продавала в основном небольшие электронные платы.

Разработчики машин PDP-1, IBM-7094 и CDC-6600 занимались только аппаратным обеспечением, стараясь снизить его стоимость (DEC) или заставить работать быстрее (IBM и CDC). Программное обеспечение не менялось. Производители В5000 пошли другим путем. Они разработали (предшественнике языка Pascal). Так появилась идея, что программное обеспечение также нужно учитывать при разработке компьютера. Но вскоре эта идея была забыта. Типичные представители машин второго поколения PDP-8, IBM-7094, CDC-6600 (США), ATIAS (Великобритания), БЭСМ-4, ММинск-32», БЭСМ-6 (СССР). Скорость обработки данных у машин второго поколения возросла до 1 миллиона операций в секунду.

Третье поколение — интегральные схемы (1965-1980) (изобретатель — Роберт Нойс) дало возможность помещать десятки транзисторов на одну небольшую микросхему. Компьютеры на интегральных схемах были меньшего размера, работали быстрее и стоили дешевле, чем их предшественники на транзисторах. Ниже описаны наиболее значительные из них.

К 1964 году компания IBM лидировала на компьютерном рынке, но существовала одна большая проблема: компьютеры IBM-7094 и IBM-1401, которые она выпускала, были несовместимы друг с другом. Когда пришло время заменить эти две серии компьютеров, компания IBM сделала решительный шаг. Она выпустила серию компьютеров на транзисторах, System/360, коммерческих расчетов. System/360 содержала много нововведений. Это было целое семейство компьютеров с одним и тем же языком (ассемблером).

Каждая новая модель была больше по размеру и по мощности, чем предыдущая. Компания могла заменить IBM-1401 на IBM-360 (модель 30), a IBM-7094 - на IBM-360 (модель 75). Модель 75 была больше по размеру, работала быстрее и стоила дороже, но программы, написанные для одной из них, могли использоваться для другой. На практике программы, написанные для маленькой модели, выполнялись большой моделью без особых затруднений. Но в случае переноса программного обеспечения с большой машины на маленькую могло не хватить памяти. И все же создание такой серии компьютеров было большим достижением.

Еще одно нововведение в IBM-360 — мультипрограммирование. В памяти компьютера могло находиться одновременно несколько программ, и пока одна программа ждала, когда закончится процесс ввода-вывода, другая выполнялась. В нашей стране программно-совместимой с семейством IBM/360 была серия машин ЕС ЭВМ, в которую входило около двух десятков различных по мощности моделей.

Четвертое поколение — сверхбольшие интегральные схемы (1980-?) Появление сверхбольших интегральных схем (СБИС) в 80-х годах позволило помещать на одну плату сначала десятки тысяч, затем сотни тысяч и, наконец, миллионы транзисторов. Это привело к созданию компьютеров меньшего размера и с более высокой скоростью работы. До появления PDP- компьютеры были настолько большие и дорогостоящие, что компаниям и университетам приходилось иметь специальные отделы (вычислительные центры). К 80-м годам цены упали так сильно, что возможность приобретать компьютеры появилась не только у организаций, но и у отдельных людей.

Началась эра персональных компьютеров.

Первые персональные компьютеры продавались в виде комплектов.

Каждый комплект содержал печатную плату, набор интегральных схем, обычно включающий схему Intel 8080, несколько кабелей, источник питания и иногда 8-дюймовый дисковод. Сложить из этих частей компьютер покупатель должен был сам. Программное обеспечение к компьютеру не прилагалось. Покупателю приходилось самому писать программное обеспечение. Позднее появилась операционная система СР/М, написанная Гари Килдаллом для Intel 8080. Эта действующая операционная система помещалась на дискету, она включала в себя систему управления файлами и интерпретатор для выполнения пользовательских команд, которые набирались с клавиатуры.

Еще один персональный компьютер, Apple (а позднее и Apple II). Он стал чрезвычайно популярен среди отдельных покупателей, а также широко использовался в школах, и это сделало компанию Apple серьезным конкурентом IBM.

Наблюдая за тем, чем занимаются другие компании, компания IBM, лидирующая тогда на компьютерном рынке, тоже решила заняться производством персональных компьютеров. Но вместо того чтобы конструировать компьютер с нуля, что заняло бы слишком много времени, компания IBM приказала своему работнику Филиппу Эстриджу отправиться куда-нибудь подальше от вмешивающихся во все бюрократов главного управления компании, находящегося в Нью-Йорке, и не возвращаться, пока не будет сконструирован действующий персональный компьютер. Эстридж открыл предприятие достаточно далеко от главного управления компании (во Флориде), взял Intel 8088 в качестве центрального процессора и создал персональный компьютер из серийных компонентов. Этот компьютер (IBM PC) появился в 1981 году и стал самым покупаемым компьютером в истории.

Первая версия IBM PC была оснащена операционной системой MSDOS, которую выпускала тогда еще крошечная корпорация Microsoft. IBM и Microsoft совместно разработали последовавшую за MS-DOS операционную собственную операционную систему Windows, которая работала на основе MS-DOS, на случай, если OS/2 не будет иметь спроса. OS/2 действительно не операционную систему Windows, что послужило причиной грандиозного раздора между IBM и Microsoft. Легенда о том, как крошечная компания Intel и компания Microsoft, которая была еще меньше, чем Intel, умудрились свергнуть IBM, одну из самых крупных, самых богатых и самых влиятельных корпораций в мировой истории, подробно излагается в бизнес-школах по всему миру.

Классификация компьютеров применению суперкомпьютеры (суперЭВМ). Микропроцессоры представляют собой программируемые интегральные схемы, встраиваемые в какое-либо отдельное устройство, механизм (автомобиль, металлорежущий станок и т.д.) с целью автоматизации управления или оптимизации работы механизма.

Если к микропроцессору подключить другие необходимые для компьютера устройства (память, устройства ввода-вывода), получится микроЭВМ, или микрокомпьютер. Оба эти названия практически вытеснены из обихода более популярными: персональная ЭВМ и персональный компьютер.

использования. Из определения следует, что персональный компьютер эксплуатируется, как правило, одним человеком или относительно профессиональных задач. Иногда персональный компьютер используется как ведущий элемент системы управления группой механизмов.

По своим вычислительным возможностям современные персональные компьютеры намного опередили машины второго и третьего поколений, не говоря уже о машинах первого поколения. Для наглядности можете сравнить 30-тонный «динозавр» ENIAC, с его размерами и скоростью 5 тысяч операций в секунду, и стандартный современный персональный компьютер, умещающийся на обычном рабочем столе специалиста и выполняющий десятки и сотни миллионов операций в секунду.

«спецификации РС99», который определяет классификацию, а также требования к аппаратным и программным средствам персональных компьютеров. Термин «спецификация» означает формализованное описание свойств, характеристик и функций некоторого объекта. Таким образом, «спецификации персональных компьютеров (PC — сокращение английского словосочетания персональных компьютеров, предложенная в стандарте РС99, сохранилась и в стандартах, принятых в последующие годы. Согласно указанным стандартам, вводится пять категорий персональных компьютеров (в скобках указаны соответствующие официальные термины):

• домашний пользовательский, потребительский, массовый компьютер (Consumer PC), предназначенный для работы в основном в домашних выполнения канцелярской работы в составе компьютерных сетей предприятия, организации и т. д.;

• мобильный, переносной, портативный компьютер (Mobile PC) предназначен для специалистов, которые используют компьютерные технологии в поездках, во время деловых встреч и т. д., когда невозможно;

• рабочая станция (Workstation PC) служит в качестве сервера в компьютерных сетях, а также как рабочий инструмент разработчиками программных средств, конструкторами, в издательствах, то есть там, где предъявляются повышенные требования к ресурсам компьютера;

• игровой или развлекательный компьютер (Entertainment PC) предназначен для игр, а также для высококачественной работы со звуком и видеозаписями.

Компьютеры первой и второй категорий часто объединяют в одну группу настольных (desktop — настольный) компьютеров. А в категории мобильных в последние годы выделились подгруппы портативных, или «ноутбуков» и ручных (palmtop, hand-held PC или НРС — дословно на поверхности ладони, «наладонный», ручной), или карманных, персональных микрокалькуляторов.

промежуточной группе между настольными и мобильными компьютерами.

Эти компьютеры иногда называют настольными мини-компьютерами (Book PC — книжный персональный компьютер или slim-deck — тонкий настольный). По размерам они в 2-3 раза меньше обычного настольного компьютера.

В качестве отдельной группы настольных компьютеров можно также упомянуть игровые и интернет-приставки, которые используются для компьютерных игр, для прослушивания аудиозаписей или просмотра видеофильмов, а также для подсоединения к всемирной сети Интернет.

Приставки устроены практически так же, как и обычные персональные компьютеры, но они не оснащены дисплеем, вместо которого используются обычные телевизоры.

Следующая группа — мини-компьютеры (не путать с настольными мини-компьютерами) — состоит из машин, используемых для работы в условиях реального производства, для управления поточной линией, цехом, для обеспечения работы штучной лаборатории или относительно небольшого учреждения.

Как правило, мини-компьютеры выполнялись в виде нескольких напольных стоек, содержащих все его устройства. В настоящее время миникомпьютеры практически полностью вытеснены более мощными и дешевыми персональными компьютерами.

Группа универсальных компьютеров характеризуется возможностью решать подавляющее большинство задач обработки информации и практически неограниченными возможностями ее хранения. Универсальные машины — мэйнфреймы (mainframe — главный каркас, центральное строение) применяются как центральное звено в системах управления производственным циклом для обеспечения работы крупных НИИ, организаций и учреждений. К группе универсальных компьютеров относят машины типа ЕС ЭВМ, «Эльбрус» и другие аналогичные им. Как и группа мини-компьютеров, эта группа машин постепенно вытесняется мощными персональными компьютерами.

Суперкомпьютеры используются для решения задач так называемых предельных классов, для которых требуется сосредоточение колоссальных вычислительных мощностей. Это задачи метеопрогноза в планетарных масштабах, задачи расчета и проектирования современных самолетов и космических кораблей, задачи из области ядерной физики и космогонических исследований, задачи управления системами противоракетной и космической обороны, задачи обеспечения работы глобальных сетей общемирового значения и т. д. Суперкомпьютеры содержат от нескольких сотен до десятков тысяч процессоров.

ТЕМА 2. Технические средства реализации информационных процессов Со времени появления в 40-х гг. XX в. первых ЭВМ технология их производства была значительно усовершенствована. В последние годы благодаря развитию интегральной технологии существенно улучшились их характеристики, значительно снизилась стоимость. Однако несмотря на успехи, достигнутые в области технологии, существенных изменений в базовой структуре и принципах работы вычислительных машин не произошло.

В основу построения большинства современных компьютеров положены общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств сформулированные еще в 1945 г. Джоном фон Нейманом:

Согласно фон Нейману, для того чтобы ЭВМ была универсальным и эффективным устройством обработки информации, она должна строиться в соответствии со следующими принципами.

1. Информация кодируется в двоичной форме и разделяется единицы (элементы) информации, называемые словами.

Использование в ЭВМ двоичных кодов продиктовано в первую очередь спецификой электронных схем, применяемых для передачи, хранения и преобразования информации, в этом случае конструкция ЭВМ упрощается и ЭВМ работает наиболее надежно (устойчиво). Слово обрабатывается ЭВМ как одно целое — как машинный элемент информации.

Разнотипные слова информации хранятся в одной и той же памяти и различаются по способу использования, но не по способу кодирования.

Все слова, представляющие числа, команды и прочие объекты, выглядят в ЭВМ совершенно одинаково и сами по себе неразличимы. Только порядок использования слов в программе вносит различия в слова. Благодаря такому «однообразию» слов оказывается возможным использовать одни и те же операции для обработки слов различной природы, например для обработки и чисел, и команд.

Слова информации размещаются в ячейках памяти машины и идентифицируются номерами ячеек, называемыми адресами слов.

Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек.

Ячейка памяти выделяется для хранения значения величины, в частности константы или команды. Чтобы записать слово в память, необходимо указать адрес ячейки, отведенной для хранения соответствующей величины. Чтобы выбрать слово из памяти (прочитать его), следует опять же указать адрес ячейки памяти, т. е. адрес ячейки, в которой хранится величина или команда, становится машинным идентификатором (именем) величины и команды.

Таким образом, единственным средством для обозначения величин и команд в ЭВМ являются адреса, присваиваемые величинам и командам в процессе составления программы вычислений.

Алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов, называемых командами, которые, определяют наименование операции и слова информации, участвующие в операции. Алгоритм, представленный в терминах машинных команд, называется программой.

Выполнение вычислений, предписанных алгоритмом, сводится к последовательному выполнению команд в порядке, однозначно определяемом программой.

Первой выполняется команда, заданная пусковым адресом программы.

Обычно, это адрес первой команды программы. Адрес следующей команды однозначно определяется в процессе выполнения текущей команды. Процесс вычислений продолжается до тех пор, пока не будет выполнена команда, предписывающая прекращение вычислений.

Вычисления, производимые машиной, определяются программой.

Многообразие программ, которые могут быть выполнены ЭВМ, определяет класс функций, который способна реализовать данная ЭВМ.

Перечисленные принципы функционирования ЭВМ предполагают, что компьютер должен иметь следующие устройства:

арифметические и логические операции;

• устройство управления (УУ), которое организует процесс выполнения • запоминающее устройство (ЗУ), или память для хранения программ и • внешние устройства для ввода (устройства ввода) и вывода (устройства вывода) информации.

При рассмотрении компьютерных устройств принято различать их архитектуру и структуру.

Под архитектурой ЭВМ понимают ее логическую организацию, состав и назначение ее функциональных средств, принципы кодирования и т. п., т. е.

все то, что однозначно определяет процесс обработки информации на данной ЭВМ.

Структура ЭВМ — совокупность элементов компьютера и связей между ними.

Ввиду большой сложности современных ЭВМ принято представлять их структуру иерархически, т. е. понятие «элемент» жестко не фиксируется.

(ЭВМ может считаться элементом, а на следующем уровне иерархии элементами структуры ЭВМ являются память, процессор, устройства вводавывода и т. д. ) Несмотря на разнообразие современных компьютеров, обобщенная структурная схема подавляющего большинства из них может быть представлена схемой.

Все устройства ЭВМ соединены линиями связи, по которым передаются информационные и управляющие сигналы, а синхронизация процессов передачи осуществляется при помощи тактовых импульсов, вырабатываемых генератором тактовых импульсов (ГТИ).

Рисунок 2.1. Обобщенная структура ЭВМ Устройство управления и арифметико-логическое устройство современных компьютерах объединены в один блок — процессор, предназначенный для обработки данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций и программного управления работой устройств компьютера.

Процессор (центральный процессор, ЦП) — программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации, управление им и координацию работы устройств компьютера.

интегральныхмикросхемах, называют микропроцессором.

Микропроцессор включает:

выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией. Для ускорения выполнения арифметических операций с плавающей точкой подключается дополнительный математический сопроцессор;

• устройство управления (УУ) — формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эта адреса в соответствующие блоки ЭВМ; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов (ГТИ).

Для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ЦП, имеется процессорная память (ПП), состоящая из специализированных ячеек памяти, называемых регистрами.

В большинстве современных ЭВМ для организации процессов обмена информацией между различными устройствами ЭВМ используется общая шина (системная магистраль). Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем.

обеспечивающая их эффективное взаимодействие, называют интерфейсом, Системный интерфейс — набор цепей, связывающих процессор с памятью и контроллерами внешних устройств, алгоритм передачи сигналов по этим цепям, их электрические параметры и тип соединительных элементов.

Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры).

Устройства ввода обеспечивают считывание информации (исходных информации (клавиатур, дисков и др.) и ее представление в форме электрических сигналов, воспринимаемых другими устройствами ЭВМ.

Устройства вывода представляют результаты обработки информации в форме, удобной для визуального восприятия (печатающие устройства, обеспечивают запоминание результатов на носителях, с которых эти результаты могут быть снова введены в ЭВМ для дальнейшей обработки, или передачу результатов на исполнительные органы управляемого объекта (например, робота, станка с программным управлением и т. п.).

Память ЭВМ, или ЗУ, обеспечивает хранение команд и данных. Это устройство состоит из блоков одинакового размера — ячеек памяти, предназначенных для хранения одного слова информации. В свою очередь, ячейка памяти включает в себя элементы памяти, состояние каждого из которых соответствует одной двоичной цифре (0 или 1). Совокупность нулей и единиц, хранящихся в элементах одной ячейки, представляет собой содержимое этой ячейки памяти.

Одним из достоинств ПЭВМ явился принцип открытой архитектуры, т.е. при проектировании ПЭВМ регламентируются и стандартизируются только принцип действия компьютера и его конфигурация (совокупность аппаратных средств и соединений между ними), что предоставляет возможность их сборки из отдельных узлов и деталей, разработанных независимыми фирмами-изготовителями. Такой компьютер легко модернизируется за счет наличия внутренних расширительных разъемов и тем самым позволяет устанавливать конфигурацию ЭВМ в соответствии с личными предпочтениями.

Упрощенная блок-схема, отражающая основные функциональные компоненты ПЭВМ в их взаимосвязи, представлена на схеме.

Конструктивно современный персональный компьютер состоит из трех основных компонентов:

• системного блока, в котором размещаются устройства обработки и хранения информации;

• дисплея — устройства отображения информации;

• клавиатуры — основного устройства ввода информации в ПК.

Для упрощения взаимодействия пользователя с ПК в тех иных случаях используют различные манипуляторы (мышь, джойстик и др.).

Корпус системного блока может иметь горизонтальную (desktop) или размещаются основные элементы компьютера, необходимые для выполнения программ:

• микропроцессор (МП), или центральный процессор (CPU, англ.

Central Processing Unit) — основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. Процессоры классифицируются по базовому типу, называющемуся семейством (Intel, AMD, Cyrix).

Основными характеристиками процессора являются:

o быстродействие — количество операций, производимых в 1 секунду, измеряется в бит/с. Маркировка современных процессоров имеет расширение ММХ (MultiMedia eXtention — расширение процессором за 1 секунду. Эта характеристика определяет скорость выполнения операций и непосредственно влияет на произвоительность процессора;

o разрядность — количество двоидчных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.

• память (внутренняя — системная, включающая ОЗУ и ПЗУ и внешняя дисковая).

o ПЗУ (от англ. ROM, Read Only Memory память только для чтения) служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации.

o ОЗУ (от англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени.

o Дисковая память относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач, в ней, в частности, хранится все программное обеспечение размещаемых в системном блоке, используются накопители на накопители на оптических дисках (НОД) и др.

• контроллеры (адаптеры) служат для подключения периферийных (внешних микропроцессора, обеспечивая совместимость их интерфейсов. Они осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.

• системная шина — основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.

Системная шина включает:

o шину данных (ШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда. Данные по шине могут передаваться в любом передаваемой информации называется разрядностью шины, которая определяется разрядностью процессора. Чем выше разрядность шины, тем больше информации она может передавать в единицу времени;

o шину адреса (ША), состоящую из проводов и схем сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки o шину управления (ШУ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во o шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

внешних устройств, между внутренней (основной) памятью и портами вводавывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Устройства, непосредственно осуществляющие процесс обработки информации микропроцессор, оперативная память и шина, размещаются на системной (материнской) плате компьютера, на ней же располагается и контроллер клавиатуры. Схемы, управляющие другими внешними устройствами компьютера, могут находиться на отдельных платах, вставляемых в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате.

Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали передачи данных в компьютере — шине.

Наборы микросхем, на основе которых исполняются системные платы, называют чипсетами (ChipSets).

В системном блоке располагается также блок питания, преобразующий переменное напряжение электросети в постоянное напряжение различной полярности и величины, необходимое для питания системной платы и других устройств компьютера, размещенных в системном блоке. Блок питания содержит вентилятор, создающий циркулирующие потоки воздуха для охлаждения системного блока, сетевого энергопитания ПК.

В компьютере имеется также автономный источник питания — аккумулятор. К аккумулятору подключается таймер — внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени. Таймер продолжает работать и при отключении компьютера от сети.

Важнейшую роль в работе ЭВМ играет контроллер прерываний.

Прерывание — временный останов выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, в данный момент более важной (приоритетной) программы.

Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания процессору. Процессор, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к выполнению специальной программы обслуживания того прерывания, которое запросило внешнее устройство. После завершения программы обслуживания восстанавливается выполнение прерванной программы.

изготавливается в виде небольших печатных плат с рядами контактов, на которых размещаются интегральные схемы памяти (модули памяти), различающиеся по размеру и количеству контактов(SIMM (1 ряд контактов) или DIMM (2 ряда контактов), по быстродействию, по объему.

Важнейшей характеристикой модулей оперативной памяти является быстродействие — частота, с которой считывается или записывается информация в ячейки памяти. Современные модули памяти имеют частоту свыше133 МГц.

Оперативная память является энергозависимой, т. е. хранит информацию, пока подано питание на модуль ОП. В оперативную память программа и данные для ее работы попадают из других устройств, т. е.

загружаются из энергонезависимых устройств внешней памяти (жесткий диск, компакт-диск и т. д.). Оперативная память хранит загруженную, выполняющуюся в данный момент, программу и данные, которые с ее помощью обрабатываются. Основными характеристиками памяти являются объем, время доступа и плотность записи информации.

Объем памяти определяется максимальным количеством информации, которая может быть помещена в эту память, и выражается в килобайтах, мегабайтах или гигабайтах.

Время доступа к памяти (секунды) представляет собой минимальное время, достаточное для размещения в памяти единицы информации.

Плотность записи информации (бит/см2) представляет собой количество информации, записанной на единице поверхности носителя.

Важнейшей характеристикой компьютера в целом является его производительность, т. е. возможность обрабатывать большие объемы информации. Производительность ПК во многом определяется быстродействием процессора, а также объемом оперативной памяти и скоростью доступа к ней.

Для ускорения доступа к оперативной памяти используется кэш-память (от cache (англ.) — запас). Кэш-память - сверхбыстрая оперативная память, предназначенная для временного хранения текущих данных и помещенная между оперативной памятью и процессором. Объем кэш-памяти составляет до 1 Мб. Специальные программно-аппаратные средства обеспечивают опережающее копирование данных из оперативной памяти в кэш и обратное копирование данных по окончании их обработки. Обработка данных в кэш-памяти производится быстрее, что приводит к увеличению производительности ПК.

CMOS-память (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) предназначена для длительного хранения данных о конфигурации и настройках компьютера (дата, время, пароль), в том числе и когда питание компьютера выключено.

Данные записываются и считываются под управлением команд, содержащихся в другом виде памяти — BIOS.

BIOS (Basic Input-Output System — базовая система ввода-вывода) — постоянная память, т. е. память, хранящая информацию при отключенном питании. Содержит наборы групп команд для непосредственного управления различными устройствами ПК, их тестирования при включении питания и осуществления начального этапа загрузки операционной системы компьютера. B BIOS содержится также программа настройки конфигурации компьютера — Setup. Она позволяет установить некоторые характеристики устройств ПК. BIOS ориентирована на конкретную аппаратную реализацию компьютера и может быть различной даже в однотипных компьютерах.

Жесткий магнитный диск (винчестер, HDD — Hard Disk Drive) — постоянная память, предназначенная для долговременного хранения всей имеющейся в компьютере информации.

Основные параметры жесткого диска:

• емкость — стандартный современный винчестер имеет объем от • скорость чтения данных;

• среднее время доступа - измеряется в миллисекундах и обозначает то время, которое необходимо диску для доступа к любому выбранному вами участку;

• скорость вращения диска — показатель, напрямую связанный со скоростью доступа и скоростью чтения данных. Скорость вращения жесткого диска в основном влияет на сокращение производительности особенно заметно при выборке большого числа • размер кэш-памяти — быстрой буферной памяти небольшой используемые данные. У винчестера есть своя кэш-память;

• фирма-производитель. Освоить современные технологии могут только крупнейшие производители, потому что организация изготовления сложнейших головок, пластин, контроллеров требует крупных финансовых и интеллектуальных затрат. В настоящее время жесткие диски производят компании: Fujitsu, IBM-Hitachi, Maxtor, Samsung, Seagate, Toshiba и Western Digital. При этом каждая модель одного производителя имеет свои, только ей Компактные твердотельные носители. К ним относятся:

стример — устройство записи на магнитную ленту. Недостатком стримера является слишком большое время последовательного доступа к данным при чтении. Емкость стримера достигает нескольких гигабайт, что меньше емкости современных винчестеров, а время доступа во много раз больше;

гибкие диски (дискеты) 3`5" (1,44 Мб, 2,88 Мб). Все дискеты перед употреблением форматируются — на них наносится служебная информация, обе поверхности дискеты разбиваются на концентрические окружности — дорожки, которые, в свою очередь, делятся на сектора. Одноименные сектора обеих поверхностей образуют кластеры. Магнитные головки примыкают к обеим поверхностям; и при вращении диска проходят мимо всех кластеров дорожки.

CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) и CD-RW ( Compact Disc Rewritable) диски. С помощью специальных программ возможно произвести на чистый CD однократную или многократную запись информации лазером, под воздействием которого материал CD частично теряет прозрачность;

дисковод ZIP фирмы Iomega — накопитель данного типа по принципу действия подобен дискете, но имеет емкость около 100 Мб и вставляется в специальный дисковод;

устройства флэш-памяти, выполненные на одной микросхеме (кристалле) и не имеющие подвижных частей. Различаются такие устройства по интерфейсу и применяемому контроллеру, что обусловливает разницу в емкости, скорости передачи данных и энергопотреблении. К ним относятся:

Memory Stick — «эксклюзивный» формат фирмы Sony, практически не используется другими компаниями.

Multimedia Card (ММС) и Secure Digital (SD) SmartMedia — основной формат для карт широкого применения (от банковских и проездных в метро до удостоверений личности).

CompactFlash (CF) — самый распространенный; универсальный и перспективный формат. Основная область применения — цифровая фотография.

USB Flash Drive — последовательный интерфейс USB с пропускной способностью 12 Мбит/с или его современный вариант USB 2.0 с пропускной способностью до 480 Мбит/с.

компьютеров. В настоящее время существуют четыре формата карточек PC Card; Type I, Туре II, Туре III и CardBus, отличающиеся размерами, разъемами и рабочим напряжением.

Miniature Card (МС) — карточка флэш-памяти, предназначена в основном для цифровых фотокамер и др.

Порты — это устройства для подключения к системной шине различных внешних устройств. Различают несколько типов портов:

коммуникационные порты обеспечивают подключение внешних устройств, таких как мышь, принтер, сканер, внешний модем и некоторых других. Эти параллельные (LPT).

Последовательные порты используются обычно для подключения модема и др., параллельные порты имеют более высокую скорость передачи информации, чем последовательные, и используются для подключения принтера;

USB-порт (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина) обеспечивает высокоскоростное подключение к компьютеру сразу нескольких периферийных устройств (сканера и др.);

порт соединения устройств в высокопроизводительной последовательной шиной (FireWire) IEEE1394.

Устройства ввода-вывода информации Основным устройством вывода информации в ПЭВМ является дисплей.

текстовой и графической информации без ее долговременной фиксации.

расширения системной платы в системном блоке. Монитор работает под управлением видеоадаптера, который преобразует информацию, предназначенную для вывода на экран, из внутреннего машинного представления в представление монитора. Изображение во внутреннем машинном представлении (в виде нулей и единиц) хранится в так называемой видеопамяти, размещенной на видеокарте.

Отображение информации на экране монитора составляется из отдельных точек, каждая из которых имеет свой цвет или яркость, и возможно в одном из двух режимов: символьном (текстовом) или графическом.

В графическом режиме управление цветом и яркостью осуществляется для каждой точки экрана в отдельности. В текстовом режиме — сразу для группы точек, образующих прямоугольную матрицу определенного размера. Для этой группы задается цвет фона, цвет символа и код символа.

Мониторы бывают алфавитно-цифровые и графические, монохромные и цветного изображения.

У алфавитно-цифровых дисплеев группа пикселей, занимающая небольшую прямоугольную область экрана и используемая для размещения изображения одного символа, образует знакоместо. У алфавитно-цифровых дисплеев отсутствует возможность работать с отдельным пикселем, информация выводится на экран целым знакоместом, символом. Поэтому такие дисплеи могут использоваться только для вывода различного рода текстов.

Минимальный элемент изображения на экране (точка) называется пикселем.

Графические дисплеи отличаются тем, что из программы можно управлять состоянием отдельного пикселя, и, следовательно, для, них доступны все возможности формирования изображения.

Наиболее важными техническими характеристиками дисплеев являются:

принцип действия, размер экрана по диагонали, разрешающая способность, размер «зерна» экрана, частота регенерации.

По принципу действия основными на сегодняшний день являются жидкокристаллические дисплеи.

Конструкция ЭЛТ-мониторов совпадает с конструкцией телевизионных кинескопов. В цветных мониторах для формирования изображения применяются отдельные электронные пушки для каждого и из основных цветов (red— красный, green — зеленый, blue — синий), а слой люминофора составлен из близко расположенных группами по три (также в сочетании red, green, blue — RGB) цветных точек.

Традиционно количественным выражением качества изготовления маски и люминофора служит размер так называемого зерна. Размер зерна — это минимальный размер пикселя, который может быть получен в данном мониторе. Нельзя смешивать понятия «пиксель» и «зерно». Размер зерна изменить нельзя, а размер пикселя зависит от режима видеоадаптера.

Для адаптеров с высоким разрешением нет смысла использовать монитор с крупным размером зерна. Приемлемым сегодня считается шаг 0,28 мм, качественные мониторы имеют шаг 0,25—0,24 мм, профессиональные — 0,22 мм. Недостаток мониторов на ЭЛТ заключается в том, что они являются источником высокого статического напряжения, электромагнитного излучения и мягкого рентгеновского излучения, которые оказывают неблагоприятное воздействие на пользователя.

Плоскопанельные дисплеи. Плоскопанельные дисплеи могут быть основаны на нескольких технологиях: жидких кристаллах (ЖК, LCD), плазменных (PDP) или светодиодных элементах (LED) и др.

Жидкокристаллические мониторы (LCD, Liquid Crystal Display) имеют панели, ячейки которых содержат жидкие вещества, обладающие некоторыми свойствами, присущими кристаллам. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электрического поля могут изменять свою ориентацию и как следствие — свойства светового луча, проходящего сквозь них.

Важнейший параметр плоскопанельных дисплеев — стандартное разрешение, соответствующее числу пикселей по горизонтали и вертикали.

Цветовой охват современных ЖК-панелей достигает 16,7 млн цветов.

К преимуществам ЖК-мониторов можно отнести небольшое питающее напряжение, малую глубину панели, действительно плоское изображение (без геометрических искажений), высокие значения яркости, низкое энергопотребление, отсутствие электромагнитных излучений.

Существенные недостатки: искажение цветов, единственный режим разрешения, обеспечивающий хорошее качество, малые углы комфортного обзора.

Большое значение имеет размер экрана по диагонали (в сантиметрах или дюймах). В настоящее время выпускаются мониторы с экранами от 9 до 42 дюймов (от 23 до 107 см). Наиболее распространенными являются экраны с размером 15, 17, 19 и 21 дюймов. Естественно, что чем больше размер экрана, тем выше стоимость дисплея. Для стандартных целей достаточно 17дюймового экрана. При объеме работы с графикой желательно выбирать 19или 21-дюймовые мониторы.

Характеристикой дисплеев является также разрешающая способность экрана, определяющая степень четкости изображения. Она зависит от количества строк на весь экран и количества пикселов в строке. В настоящее время существует несколько стандартных разрешений, которые зависят от фактического размера экрана. Например, для 17-дюймового монитора стандартным считается разрешение 1024 х 768, а максимальным может быть растр 1600 х 1200. Здесь первое число указывает количество пикселов в строке, а второе — количество строк на экран. Отметим, что у мониторов на электроннолучевой трубке разрешающая способность выше и может достигать 2048 х 1536, в то время как у лучших жидкокристаллических мониторов она пока значительно ниже — до 1280 х 1024. Попутно заметим, что у телевизионных приемников наилучшим на сегодняшний день считается разрешение 1024 х 768.

Следующей характеристикой дисплеев является частота регенерации (обновления), или частота кадров, которая показывает, сколько раз в секунду обновляется изображение на экране. Если частота кадров меньше 60 Гц, то есть если обновление происходит менее чем 60 раз в секунду, то появляется мерцание изображения, что отрицательно сказывается на зрении. В настоящее время частота регенерации большинства мониторов составляет 60Гц, а стандартной считается частота 85 Гц.

С точки зрения техники безопасности работы с мониторами, необходимо учитывать класс защиты монитора, который определяется международными стандартами. В настоящее время действует стандарт TGOвыдвигающий самые жесткие требования к безопасному для человека уровню электромагнитных излучений, эргономическим и экологическим параметрам, а также к параметрам, определяющим качество изображения, — яркости, контрастности, мерцанию, антибликовым и антистатическим свойствам покрытия экрана монитора.

В современных компьютерах для создания изображения на экране дисплея необходим еще один компонент, который называют видеоплатой, видеокартой или видеоадаптером.

Видеоадаптер вместе с монитором образуют видеоподсистему компьютера. Именно видеоадаптер определяет разрешающую способность монитора и количество передаваемых цветовых оттенков. Существует несколько стандартных типов адаптеров. В частности, можно упомянуть адаптеры CGA (Color Graphics Adapter — цветной графический адаптер), EGA (Enhanced Graphics Adapter — улучшенный графический адаптер) и VGA (Video Graphics Array — видеографический массив), которые уже устарели и практически вышли из употребления.

В настоящее время в основном используются дисплеи типа SVGA, способные передавать 16,7 млн. цветовых оттенков. Для обеспечения такого количества цветов, а также хорошего разрешения видеоадаптеры содержат собственную видеопамять довольно большого объема. ( от 16 Мбайт и более). Видеокарта быстро и качественно обрабатывает двумерное и трехмерное (3D, З-dimensions) изображение. У многих видеокарт есть и дополнительные функции: прием изображения с внешнего источника — видеокамеры, видеомагнитофона или телевизионной антенны (эти i н ieрации выполняют соответственно видеовход и TV-тюнер), вывод изображения на внешние устройства — телевизор или видеомагнитофон (через видеовыход).

Видеокарта оснащена специализированным графическим процессором и видеопамятью.

Основными параметрами видеокарт являются:

• разрешающая способность определенное количество точек графического изображения на единицу площади. Чем больше точек, тем менее зернистой и более качественной будет картинка.

• цветовой режим — количество цветов (от 16 до нескольких десятков миллионов);

• максимальная частота развертки — частота обновления кадров; этим показателем определяется способность карты поддерживать тот или иной видеорежим;

• объем видеопамяти — собственная, быстрая память видеокарты.

Способности видеокарты определяет установленный на ней набор микросхем — чипсет.

Управление видеокартой в графическом режиме, в том числе включение того или иного графического режима, осуществляется с помощью специальной программы, называемой графическим драйвером.

С параметрами видеоадаптера не следует путать физические характеристики монитора.

Принтер Принтер предназначен для вывода текстовой и графической формации на твердый носитель, в основном на бумагу.

Наиболее важные характеристики принтеров:

• тип принтера — точечно-матричный, струйный или лазерный, возможность работы с цветом;

• ширина каретки;

• разрешение при печати;

• скорость печати;

• эксплуатационные расходы.

Существенной характеристикой любого принтера является ширина каретки, определяющая максимальные размеры — формат документа, который может быть напечатан на данном принтере. (документы формата А и более могут быть распечатаны на принтере с широкой кареткой).

При печати графики важной характеристикой является разрешение при печати, которое измеряется числом точек, печатаемых на одном дюйме, — dpi (dots pep inch — точки на дюйм).

Скорость печати определяется как количество полностью отпечатанных листов в единицу времени, обычно в минуту.

Весьма важной характеристикой принтера является стоимость его эксплуатации — эксплуатационные расходы.

Современные принтеры обычно используют для выполнения печати специальное съемное устройство — картридж. Внутри него размещается красящая лента или расходуемое при печати вещество: чернила или специальный порошок — тонер (tone — тон, оттенок). Используемые при печати красящие ленты, чернила, тонеры, бумагу и т. д. называют расходными материалами. Эксплуатационные расходы включают в себя:

стоимость картриджа, стоимость печати одного листа и стоимость заправки картриджа тонером фон замены ленты в картридже). Кроме того, обычно указывается количество листов, которые можно напечатать с одной заправки картриджа.

Принтеры имеют собственный узкоспециализированный процессор и onepaтивную память (буфер), в которую помещается полностью или частично информация, выводимая на печать. По принципу действия принтеры делятся на матричные, струйные и лазерные. Для каждого класса принтеров существуют основные стандарты протокола обмена и систем команд. Струйные и лазерные принтеры могут быть монохромными или цветными.

Печатающие головки точечно-матричных принтеров содержат группу (матрицу) иголок, которые, выдвигаясь из головки в определенных комбинациях и ударяя по красящей ленте, оставляют на бумаге изображение символа. Принтеры этой группы могут печатать со скоростью (при черновой печати) от180 до 400 и выше символов в секунду. Они могут печатать не только текст, но и графику. При этом характерным является разрешение х 360 dpi. Некоторые модели позволяют печатать в цвете, а также сразу несколько копий документа, однако качество цветной печати невысокое.

Кроме того, матричные принтеры создают шум при печати. Точечноматричные принтеры имеют сравнительно низкую собственную цену и невысокую стоимость расходных материалов.

Печатающие головки струйных принтеров имеют несколько форсунок, капиллярных сопел, через которые на бумагу выстреливаются мельчайшие капельки чернил разных цветов. Количество сопел может быть большим — 64 и выше. Таким образом, на бумаге получается цветное точечное изображение высокого качества. Струйные принтеры обладают хорошим качеством вывода цветных и графических изображений. Разрешение при печати достигает 720 х 720 dpi. Однако скорость печати у струйных принтеров невысокая — от нескольких десятков секунд до двух минут на печатаемую страницу. Принтеры этой группы достаточно дороги и сложны в эксплуатации, так как требуют специального ухода за соплами, засыхание чернил в которых приводит к полному выходу из пишущего узла принтера.

Вместе с тем стоимость самих струйных принтеров относительно невысока.

Лазерные принтеры используют электрографический способ печати документов. Для них характерны высокая скорость (до 30 и более страниц в минуту) и высокое сравнимое с полиграфическим, качество печати.

Разрешающая способность при печати достигает 1440 х 1440 dpi. В настоящее время лазерные черно-белые принтеры примерно в 1,5-2 раза дороже цветных струйных. Цветные лазерные принтеры все еще очень дороги.

Плоттером (графопостроителем) называется устройство для вывода на бумагу широкоформатной графической информации (плакатов, чертежей, электрических и электронных схем и т. п.). Принцип действия плоттеров такой же, как и у струйных принтеров. Принципиальным отличием плоттера от принтера является способность наносить непрерывные линии. Плоттеры характеризуются максимальным форматом бумаги и возможностями цветопередачи. Подключаются к компьютеру через параллельный порт.

Устройства ввода информации Универсальным устройством ввода информации является клавиатура, с помощью которой вводятся алфавитно-цифровые данные и реализуется управление работой компьютера. Стандартная клавиатура имеет клавишу.

распространены оптико-механические манипуляторы семейства «мышиных»:

мышь, трекбол, тачпад. В них рабочим органом является шарик, световой луч или палец пользователя, его координаты преобразуются в электрический сигнал, управляющий движением указателя мыши на экране. Мышь работает под управлением драйвера, например mouse.com, и подключается либо к последовательному порту компьютера, либо к специальному разъему PS/2, либо USB-порту.

графической информации: фотографий, рисунков, слайдов, а также текстовых документов. Яркость (или цветовой оттенок) каждой точки документа преобразуется в нем в цифровой код, при этом формируется точечный графический образ страницы. Различают ручные, роликовые и планшетные сканеры.

Сканеры характеризуются разрешающей способностью в единицах dpi (от dot per inch (англ.) — количество точек на дюйм), различением цвета (цветные, сканируемого документа. Разрешающая способность сканеров составляет dpi и выше, т. е. на полоске изображения длиной 1 дюйм сканер может распознать 600 и более точек. Полученная от сканера цифровая информация может обрабатываться либо как графический образ, либо преобразовываться в текст с помощью специальных программ распознавания текстовой информации.

Сканеры подключаются к компьютеру с помощью SCSI-адаптеров, к параллельному или USB-портам компьютера.

графической информации. В основе его действия лежит фиксация положения специального пера относительно планшета или экрана дисплея. В последнем случае перо называют световым. Дигитайзеры могут быть использованы художниками для создания рисунков без промежуточного нанесения на бумагу или иной традиционный носитель.

(видеокамеры и фотоаппараты), позволяющие получать видеоизображение и фотоснимки непосредственно в цифровом коде. Цифровые видеокамеры могут быть постоянно подключены к компьютеру и обеспечивать запись видеоизображения на жесткий диск или его передачу по компьютерным сетям.

Цифровые фотоаппараты позволяют получать высококачественные фотографии, для их хранения используются специальные модули памяти или жесткие диски очень маленького размера. Запись изображения на жесткий диск компьютера осуществляется путем подключения к USB-порту компьютера.

ТЕМА 3. Программные средства реализации информационных процессов Структура программного обеспечения.

Программным обеспечением называется совокупность программ, необходимых для обработки данных.

функциональных уровней по тому месту, которое оно занимает в механизме управления устройствами. Нижний уровень называют аппаратным, а верхний – пользовательским. Программы нижнего уровня управляют устройствами, и называются базовым программным обеспечением. Базовые программные средства, как правило, непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых ПЗУ.

Программы и данные записываются в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

Системный уровень - переходный уровень программы этого уровня обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с обеспечением. (Ядро ОС, драйверы). Программное обеспечение служебного уровня обеспечивают взаимодействие с программами базового и системного уровней. Основное назначение таких программ – автоматизация, настройка и наладка компьютерной системы. Программы верхнего (прикладного) уровня осуществляют информационный обмен с пользователем.

Программное обеспечение ПК можно разделить на три основных класса:

• системное;

• инструментальное (системы программирования);

• прикладное.

эффективной работы аппаратуры компьютера.

К группе системных программ относятся:

• операционные системы, • операционные оболочки, • утилиты, • драйверы, • архиваторы, • антивирусные • другие программы.

Операционные системы представляют собой пакеты программ, которые обеспечивают эффективную работу всех аппаратных средств компьютера, а также возможность управления всеми его ресурсами.

Операционные оболочки представляют собой дополнительные программы, которые предназначены для повышения удобства управления работой операционных систем.

Утилиты (utility — полезность) представляют собой небольшие, но очень полезные программы, которые выполняют разнообразные вспомогательные функции по управлению работой аппаратных средств, по повышению эффективности их работы, осуществляют проверку их работоспособности, обслуживание и настройку. К ним относятся следующие программы:

• для резервирования — позволяют быстро скопировать нужную информацию, находящуюся на жестком диске компьютера, на дискеты, • антивирусные — предназначены для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения;

• архиваторы — позволяют сжимать информацию на дисках;

• русификаторы — приспосабливают программы для работы с русскими • для диагностики компьютера — проверяют конфигурацию ПК, выявляют дефекты и предотвращают потерю данных на дисках;

• для оптимизации дисков — обеспечивают быстрый доступ к информации на диске за счет оптимизации размещения данных на нем;

• для ограничения доступа – позволяют защитить хранящиеся на компьютере данные от несанкционированного доступа пользователей;

• для удаления приложений – обеспечивают корректное удаление комплексов программ, которые записывают свои файлы в системные каталоги, вносят изменения в файлы конфигурации ОС.

Драйверы (drive — управлять) программы, предназначенные для выполнения операций по обмену данными между программой и различными внешними устройствами. Отсутствие или применение не соответствующего устройству драйвера делает это устройство бесполезным.

программирования) служит для разработки всевозможных пакетов программ, применяемых в самых разных областях деятельности человека.

В группу инструментальных программ входят:

• трансляторы с различных алгоритмических языков, осуществляющие перевод текста программы на машинный язык;

• связывающие редакторы, позволяющие объединять отдельные части программ в единое целое;

• отладчики, с помощью которых обнаруживаются и устраняются ошибки, допущенные при написании программы;

• интегрированные среды разработчиков, объединяющие перечисленные компоненты в единую удобную для разработки программ систему.

Прикладное программное обеспечение обеспечивает решение задач в различных областях применения компьютерных систем обработки данных.

предназначенная для решения задачи или класса задач в конкретной области применения информационных технологий обработки данных. Конкретную область применения информационных технологий принято называть проблемной областью.

Классификация прикладных программ:

Текстовые редакторы предназначены для ввода и редактирования текстов. Для операций ввода, вывода и сохранений данных текстовые редакторы используют системное программное обеспечение.

Текстовые процессоры позволяют не только вводить и редактировать тексты, но и форматировать их. К основным средствам текстовых процессоров относятся средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, составляющий итоговый документ.

автоматизации процесса подготовки полиграфических изданий. От текстовых процессоров они отличаются расширенными средствами управления взаимодействием текста с параметрами страницы и с графическими объектами. Это Ventura Publisher, Adobe Acrobat, Adobe PageMaker.

Графические редакторы, с помощью которых разрабатываются разнообразные рисунки, чертежи, графики, диаграммы, иллюстрации, в том числе и трехмерные изображения, — Paint, Adobe PhotoShop, CorelDraw, 3DStudioMAX.

Электронные таблицы представляют собой электронный аналог обычных таблиц, с помощью которых осуществляется автоматическая обработка больших массивов текстовой и числовой информации. К ним относятся Lotus, SuperCalc, Excel и ряд других.

Базы данных — массивы данных, организованные в табличные структуры. Основной функцией систем управления базами данных является обеспечение возможности доступа к данным, а также предоставление средств поиска и фильтрации данных. Для разработки баз данных, первичного заполнения их информацией и поддержания данных в актуальном состоянии служат инструментальные Пакеты программ, называемые системами управления базами данных (СУБД). В настоящее время наибольшей популярностью пользуются СУБД Access, FoxPro, Oracle и ряд других.

Интегрированные системы объединяют компоненты, аналогичные упомянутым выше специализированным пакетам, обеспечивая единый стиль взаимодействия со всеми составляющими пакета, а также удобный и эффективный способ передачи информации между различными его компонентами. Ярким примером интегрированных систем является пакет программ Microsoft Office.

Интегрированные системы делопроизводства представляют собой программные средства автоматизации рабочего места руководителя. К основным функциям относятся: создание, редактирование и форматирование простейших документов, централизация функций электронной почты, факсимильной и телефонной связи, диспетчеризация и мониторинг документооборота предприятия, координация деятельности подразделений.

(отечественные разработки «СКАТ», «Парус», «Евфрат»).

Бухгалтерские и финансовые программы позволяют существенно автоматизировать работу бухгалтерий и аналитических отделов различных предприятий и организаций («1C: Бухгалтерия»).

Корректоры — программы, обеспечивающие проверку правописания в любых тестах, документах, отчетах. Например, отечественные пакеты «ОРФО», «Пропись» содержат свыше 100 000 слов и словосочетаний, а также практически все современные правила переноса, орфографии и пунктуации.

Переводчики и электронные словари — программы, с помощью которых можно осуществлять автоматизированный перевод текстов с одного языка на другой. Например, популярными программами-переводчиками в настоящее время считаются пакеты Stylus, ABBYY Lingvo, Socrat и электронный словарь «МультилексПро», содержащий свыше 2 миллионов русских и английских слов.

призванные заменить человеку его записную книжку, в которой он содержит номера телефонов, адреса, дни рождения знакомых, и ежедневник, в котором фиксируются время и день проведения деловых встреч, мероприятий и т. д.

Пожалуй, наиболее известной на сегодняшний день программой этой группы является Microsoft Outlook, входящая в пакет Microsoft Office.

Образовательные, обучающие программы и мультимедийные энциклопедии.

Пакеты образовательных программ обеспечивают индивидуальное обучение и проверку качества обучения самым разным предметам: математике, иностранным языкам, химии, биологии.

Системы автоматизированного проектирования (CAD-системы) предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ.

Применяются в машиностроении, приборостроении, архитектуре. (Autocad).

Мультимедийные программы предназначены для воспроизведения звукозаписей, а также содержат средства для их создания, записи и редактирования.

Игровые и развлекательные пакеты.

изменение программы. Версия – существенное изменение программы) Операционные системы (функции, типы) Операционная система – совокупность программ, которая обеспечивает автоматизацию доступа к аппаратным и программным ресурсам компьютера.

Основными функциями операционных систем являются:

• Загрузка программ в оперативную память и управление ходом их выполнения;

• Обеспечение операций по обмену данными между выполняющейся программой и внешними устройствами;

программы;

освобождение места для загрузки новой программы;

• Организация хранения и поиска программ и данных на внешних носителях;

• Организация взаимодействия пользователя и операционной системы – прием и выполнение команд пользователя;

• Выполнение различных вспомогательных (сервисных) функций, таких как форматирование дисковых устройств, копирование информации с одного дискового устройства на другое и некоторые другие.

Типы операционных систем.

• Однопрограммные - управляют одновременным выполнением одной программы (MS DOS –однопрограммная, однопользовательская) • Многопрограммные управляют одновременным выполнением • Однопользовательские - обслуживают только одного пользователя • Многопользовательские - обслуживают одновременно нескольких многопользовательская и сетевая).

Для обеспечения работы локальных и глобальных сетей разработаны сетевые операционные системы.

Интерфейс пользователя.

Пользовательский интерфейс системы - совокупность стандартных соглашений, средств, методов и правил взаимодействия пользователя с программной средой.

Пользовательский интерфейс бывает:

• Текстовый – взаимодействие осуществляется в форме диалога посредством ввода команд в командной строке.

• Табличный – взаимодействие происходит с помощью вспомогательной обеспечивающая более удобный для пользователя способ работы с операционной системой.