Литература Информатика в экономике: Учебное пособие




Скачать 425.68 Kb.
НазваниеЛитература Информатика в экономике: Учебное пособие
страница1/3
Дата22.12.2012
Размер425.68 Kb.
ТипЛитература
  1   2   3



Тема 3. Аппаратная и программная реализация информационных процессов

Литература

1. Информатика в экономике: Учебное пособие/Под ред. Б.Е. Одинцова, А.Н. Романова. – М.: Вузовский учебник, 2008.

2. Информатика: Базовый курс: Учебное пособие/Под ред. С.В. Симоновича. – СПб.: Питер, 2009.

3. Информатика. Общий курс: Учебник/Соавт.:А.Н. Гуда, М.А. Бутакова, Н.М. Нечитайло, А.В. Чернов; Под общ. ред. В.И. Колесникова. – М.: Дашков и К, 2009.

4. Информатика для экономистов: Учебник/Под ред. Матюшка В.М. - М.: Инфра-М, 2006.

5. Экономическая информатика: Введение в экономический анализ информационных систем.- М.: ИНФРА-М, 2005.



  1. Назначение и классификация компьютеров

Компьютером называется техническая система, предназначенная для автоматизации процесса обработки информации и вычислений на основе принципа программного управления. В данном определении используется термин «техническая система», который подчеркивает взаимосвязь аппаратных и программных средств компьютера.

По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса: аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ). Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают.


Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.

Аналоговые вычислительные машины (АВМ) - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения). Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5 %). На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

Гибридные вычислительные машины (ГВМ) - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации - электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ) или компьютерами, без упоминания об их цифровом характере.

Таким образом, можно считать, что

Компьютер - совокупность электронно-вычислительных средств, соединённых необходимым образом, способных

получать,

запоминать,

преобразовывать

и выдавать информацию с помощью вычислительных и логических операций по определённому алгоритму или программе.

Исторически наибольшее распространение получили цифровые ЭВМ, оперирующие с дискретной (цифровой) информацией..

Основу ЭВМ составляют их технические средства (ТС), под которыми понимается физическое оборудование, участвующее в автоматизированной обработке данных.



Основные устройства, входящие в состав классической схемы ЭВМ, представлены на рисунке.

В совокупности с программным обеспечением, процедурами, документацией, обслуживающим персоналом и другими компонентами современные технические средства ЭВМ позволяют создавать мощные вычислительные системы различного назначения: автоматизированной обработки данных, управления, автоматизации проектирования и производства, обучения и др.

Уже сегодня пользователям глобальной вычислительной сети Internet стала доступной практически любая находящаяся в хранилищах знаний этой сети неконфиденциальная информация. В связи с этим в процессе рассмотрения этого вопроса иметь ввиду, что в мире производства и использования ПК имеется и усиливается тенденция роста объемов продаж мобильных ПК по отношению к настольным ПК. В Западной Европе из 10 проданных в 2010 году ПК 8 являлись мобильными. В России объемы продаж ноутбуков в 2010 году года составили 12 млн. единиц, ровно столько же, сколько было продано за 6 предыдущих лет. В связи с этим одним из направлений развития ПК является тенденция постепенной замены настольных ПК на мобильные ПК.

Классификация ЭВМ предполагает выделение разных типов ЭВМ в соответствии со следующими классификационными признаками.

Общепринятой классификацией ЭВМ является классификация по поколениям ЭВМ, в основе которой лежит элементная база.

Первое поколение – электронные вакуумные лампы (1946-до середины 50-х годов ХХ века);

Второе поколение – полупроводниковые приборы, транзисторы (до середины 60-х годов ХХ века);

Третье поколение - интегральные схемы на полупроводниковых элементах (до конца 70-х годов);

Четвертое поколение – сверхбольшие интегральные схемы (с начала 80-х годов по настоящее время).

Пятое поколение ЭВМ в настоящее время еще только формируется и на рынке не появились. Отличительными чертами ЭВМ этого поколения являются новые технологии производства, переход к новым многопроцессорным архитектурам, новые способы ввода-вывода , искусственный интеллект и т.д.

Классификация ЭВМ по назначению предполагает выделение двух групп ЭВМ: специализированные и универсальные.

Специализированные ЭВМ предназначены для решения узкого круга специальных задач, например управление конкретными техническими устройствами, технологическими процессами (станками с числовым программным управлением, роботами и т.д.).

Универсальные ЭВМ используются в различных сферах человеческой деятельности для решения самых разнообразных задач: инженерно-технических, экономических, математических, информационно-поисковых и других. По этой причине универсальные ЭВМ обладают более развитыми аппаратными и программными ресурсами, а класс универсальных ЭВМ более обширен и распространен, чем класс специализированных ЭВМ. Наибольший практический интерес вызывает традиционная классификация универсальных ЭВМ по производительности, функциональному назначению и размерам, которая позволяет условно выделить два класса ЭВМ: большие ЭВМ (мэйнфреймы) и персональные компьютеры (мини-ЭВМ).

По особенности архитектуры компьютеры подразделяются на два класса: с открытой архитектурой и закрытой архитектурой. Под архитектурой компьютера понимается совокупность аппаратных и программных средств, организованных в систему, обеспечивающую функционирование компьютера.

Открытая архитектура была предложена американской фирмой DEC (Digital Equipment Corporation) в 70-х гг. XX в., а затем была успешно использована при разработке персонального компьютера фирмой IBM (International Business Machines Corporation), который и появился в 1981 г.

К особенностям открытой архитектуры относятся:

• модульный принцип построения компьютера, в соответствии с которым все его компоненты выполнены в виде законченных конструкций – модулей, имеющих стандартные размеры и стандартные средства сопряжения;

• наличие общей (системной) информационной шины, к которой можно подключать различные дополнительные устройства через соответствующие разъемные соединения;

• совместимость новых аппаратных и программных средств с их предыдущими версиями, основанная на принципе «сверху – вниз», что означает, что последующие версии должны поддерживать предыдущие.


Подавляющее число современных компьютеров имеют открытую архитектуру.

Закрытая архитектура не обладает характерными чертами открытой архитектуры и не позволяет обеспечить подключение дополнительных устройств, не предусмотренных разработчиком. Компьютеры, имеющие такую архитектуру, эффективны при решении узкоспециализированных задач, например вычислительных.


По организации вычислительных процессов компьютеры можно подразделить на четыре класса:

без разделения ресурсов, с разделением ресурсов, многопользовательские с разделением ресурсов и мультипроцессорные;

по режиму взаимодействия с пользователем компьютеры можно разделить на два класса: без взаимодействия с пользователем и интерактивные;

по способу выполнения обработки информации компьютеры можно разделить на два класса: скалярные (последовательная обработка информации) и векторные (параллельная обработка информации);

по совместимости аппаратных средств компьютеры можно разделить на два класса: компьютеры, имеющие аппаратную платформу IBM PC и аппаратную платформу Apple Macintosh и т. д.

Массовые компьютеры представляют значительную часть ПК и предназначены для широкого круга потребителей и решения соответствующих задач.


Деловые ПК широко используются в государственных учреждениях, фирмах и т. д. и имеют конфигурацию, соответствующую целям и задачам тех мест, где они используются.

Портативные ПК приобретают в настоящее время все большую популярность, поскольку позволяют работать пользователям не только в стационарно оборудованных рабочих местах и оснащаются средствами мобильной связи для подключения к сетевым ресурсам и, в частности, к глобальной сети Интернет.

ПК, используемые в качестве рабочих станций, предназначены для организации компьютерных сетей, в которых они выполняют функции клиентов или рабочих станций.

Развлекательные ПК оснащаются мощными мультимедийными средствами для воспроизведения высококачественного звука и графики.

По конструктивным особенностям ПК можно подразделяются на две группы: стационарные и переносные.



  1. Архитектура и принципы работы компьютера

Согласно фон Нейману, универсальная ЭВМ должна строиться на следующих принципах:

1. В основе работы ЭВМ лежит программный принцип, согласно которому все вычисления выполняются путем последовательного выполнения команд программы ЭВМ.

2. Принцип хранимой программы означает, что программы и данные во время выполнения программы хранятся в одном адресном пространстве в оперативной памяти и различаются не по способу кодирования, а по способу использования.

3. Использование двоичного кодирования при хранении и обработке данных в ЭВМ. Отдельные разряды двоичного числа объединяются в более крупные единицы, называемые словами.

4. Слова данных размещаются в ячейках памяти. Каждая ячейка памяти имеет адрес, по которому происходят запись или считывание слов данных и программ.

К настоящему время принципы фон Неймана дополнены рядом других принципов:

- открытая архитектура, означающая, что в основе разработки новых ЭВМ лежат общедоступные стандарты, которые унифицируют взаимодействие различных типов оборудования и отдельных технических узлов ЭВМ. Использование при разработке оборудования открытых стандартов позволяет разным производителям разрабатывать для ЭВМ новые аппаратные средства, заменяющие или дополняющие существующее оборудование;

- модульность построения технической архитектуры состоит в том, что вся ЭВМ состоит из отдельных функционально и конструктивно законченных модулей. Соблюдение этого принципа упрощает процедуру замены устаревших или неработоспособных узлов ЭВМ на современные или рабочие;

- стандартизация технических устройств ЭВМ означает, что все устройства ЭВМ согласованы по своим электрическим, электромагнитным параметрам, протоколам работы, габаритам и т.д.;

- принцип микропрограммирования, заключающийся в том, что машинный язык не является конечной субстанцией, приводящей в действие процессы в ЭВМ. Процессор имеет в своем составе блок микропрограммного управления. Этот блок для каждой команды на машинном языке генерирует последовательность действий-сигналов для физического выполнения требуемой машинной команды.

Фон – Нейман представлял ЭВМ в виде наличия следующих устройств и выполняемых ими функций:

  • машина должна состоять из основных органов: орган арифметики, памяти, управления и связи с оператором, чтобы машина не зависела от оператора;

  • она должна запоминать не только цифровую информацию, но и команды, управляющие программой, которая должна проводить операции над числами;

  • ЭВМ должна различать числовой код команды от числового кода числа;

  • у машины должен быть управляющий орган для выполнения команд, хранящихся в памяти;

  • в ней также должен быть арифметический орган для выполнения арифметических действий;

  • и, наконец, в её состав должен входить орган ввода-вывода




  1. Назначение и взаимодействие основных устройств компьютера



Выполнение программы процессором

В основе архитектуры любого современного процессора имеется несколько обязательных конструктивных элементов:




Процесс выполнения одной команды программы состоит из нескольких этапов. Прежде всего, команда выбирается из кэш-памяти процессора. Этот этап называется выборкой. После этого выбранная команда декодируется в машинные команды процессора.

Данный этап называется декодированием. Далее машинные команды процессора поступают в исполнительный блок.

Под вычислительной системой (ВС) понимается совокупность взаимосвязанных и одновременно функционирующих аппаратно-программных вычислителей, которые реализуют параллельные процессы решения сложных задач, и обладают возможностями автоматической настройки своей структурно-функциональной организации на особенности решаемых задач. Такие ВС получили название высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС).

Выделяют четыре класса архитектур вычислительных систем.

Первый класс ВС называют SISD (Single Instruction stream / Single Data stream) системой или ОКОД (одиночный поток команд и одиночный поток данных) системой. Данный класс представлен однопроцессорной ЭВМ. Под потоком команд понимается любая их последовательность, поступающая для исполнения вычислительным средством (ЭВМ или процессором). При выполнении команд потока требуются операнды (данные), следовательно, поток команд «порождает» поток данных. Таким образом, SISD-архитектура предопределяет такое функционирование ЭВМ, при котором один поток команд управляет обработкой одного потока данных (рис. 3.4а).

Второй класс ВС обозначается как MISD (Multiple Instruction Single Data) система или МКОД (многократный поток команд и однократный поток данных) система. Процессоры МПВС, одновременно выполняют разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных (рис. 3.5б). Такие МПВС получили название магистральных или конвейерных ВС.

К третьему классу относят SIMD (Single Instruction Multiple Data) системы или ОКМД (одиночный поток команд и множественный поток данных) системы. Процессоры МПВС выполняют одну команду над различными данными (рис. 3.4в). МПВС данного типа относят к векторными ВС.



а - SISD (однопроцессорная), б - MISD (конвейерная); в - S1MD (векторная); г - MIMD (матричная)

Рис. 3.5 Структуры вычислительных систем.


Четвертый класс представляет MIMD (Multiple Instruction Multiple Data) системы или МКМД (множественный поток команд и множественный поток данных) системы (рис. 3.4г) В таких системах поток команд обрабатывает несколько потоков данных. МПВС данного типа называются матричными ВС.

В виде МПВС создаются и функционируют различные виды мэйнфреймов или суперкомпьютеров. Мэйнфреймы характеризуются наивысшим уровнем производительности и надежности, рассчитаны на практически любые уровни нагрузки, обладают высокой устойчивостью к сбоям и авариям. Они обеспечивают решение любых задач, требующих больших вычислительных ресурсов: от метеорологических прогнозов и изучения управляемого термоядерного синтеза до исследований генома человека и разведки нефти и газодобычи.

Быстродействие мэйнфреймов согласно рейтинга 500 самых высокопроизводительных суперкомпьютеров (http://WWW.top500.org) достигает величины 2,5 Pflops, (1 Pflops=1015flops) т.е. 2,5 квадриллиона операций с плавающей точкой в секунду.



  1. Состав и функции микропроцессора ПК

Персональные компьютеры представляют наиболее многочисленный и разнообразный по составу класс ЭВМ. Они используются при решении самых разных задач не только профессиональными программистами, но и специалистами других областей знаний и деятельности.

К ПК (или ПЭВМ) относится ЭВМ, управляемая одним пользователем и предоставляющая пользователю в каждом сеансе работы все свои ресурсы.

К особенностям, отличающим ПК от других ЭВМ, следует отнести:

1. Универсальный характер использования, в соответствии с которым на ПК могут решаться экономические, научные, производственно-технические, конструкторско-технологические и другие задачи в различных сферах человеческой деятельности.

  1. Модульный характер построения архитектуры ПК, позволяющий формировать техническую конфигурацию, определять состав внутренних и внешних устройств ПК в зависимости от характера решаемых задач, требований пользователя и финансовых возможностей.

  2. Развитость и разнообразие программного обеспечения (ПО), направленные на решение задач из различных областей знаний и деятельности человека.

  3. Небольшие габариты, высокая надежность работы, отсутствие специальных требований к условиям эксплуатации и наличие «дружественного» человеко-машинного интерфейса, дающие возможность устанавливать ПК на рабочие места пользователя.

Первоначально основным признаком ПК служило наличие в нем микропроцессора (МП), выполненного в виде одной микросхемы. В настоящее этот признак перестал быть определяющим, так как МП используются во всех классах ЭВМ.

Классификация ПК. ПК классифицируются по следующим признакам:

  1. По размеру ПК делятся на стационарные (Desktop) и переносные ПК. В состав переносных ПК включаются портативные (Laptop), блокнотного типа (Notebook, Netbook) и карманные (Palmtop) ПК.

2. По типу используемых МП различают ПК, построенные на процессорах с расширенной системой команд - CISC-процессорах (CISC – Complete Instruction Set Computer), и ПК, основанные на процессорах с сокращенным набором команд – RISC-процессорах (RISC – Reduce Instruction Set Computer). К первой группе ПК относятся ПК с Intel-совместимой архитектурой. Во вторую группу входят ПК Macintosh на МП Power PC (более ранние модели ПК Macintosh выпускались на базе МП Motorola 680х0), компьютеры SUN с процессорами SPARC-архитектуры, компьютеры DEC c МП Alpha и другие менее распространенные ПК.

Необходимо обратить внимание, что приведенные ПК представляют не отдельные модели, а программно совместимые «сверху-вниз» семейства поколений компьютеров. В дальнейшем материал главы будет относиться только к Intel-совместимым ПК.

3. Классификация ПК по поколениям МП включает для Intel-совместимых ПК следующие поколения: 8086/8088, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium IV, Сore. В каждом поколении имеются различные модификации моделей МП, различающиеся структурой, техническими характеристиками и ценой.

4. Классификация ПК по назначению устанавливает четыре группы ПК:

- массовые ПК, к категории которого также относятся рабочие станции клиентов вычислительных сетей;

- специализированные ПК, ориентированные на работу в конкретных предметных областях, например в области медицины, дизайнерской работе и т.д.

- мультимедийные ПК;

- компьютеры, выполняющие функции серверов в вычислительных сетях.

Архитектура ПК. Структуру ПК рассмотрим на примере обобщенной схемы технической конфигурации ПК, представленной на рис.3.6 Устройства, составляющие внутреннюю конфигурацию ПК, располагаются на системной плате.

К основным устройствам внутренней конфигурации относят: микропроцессор (МП), оперативную память, основной набор микросхем (ChipSet –набор микросхем), КЭШ-память, а также интерфейсные шины, используемые для связи устройств между собой: системную шину, шины ISA (Industry Standart Architecture – архитектура промышленного стандарта), PCI (Peripheral Component Interconnect – соединение внешних устройств), USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина), PCI Express, генератор тактовых импульсов (ГТИ), адаптеры и порты ввода-вывода.



Микропроцессор представляет собой сверхбольшую интегральную схему, предназначенную для выполнения всех арифметико-логических операций, заданных программой, управления вычислительным процессом и координации работы всех устройств компьютера.

Основной набор микросхем (чипсет) включает системный и функциональный контроллеры и микросхемы, которые определяют основу работы материнской (системной) платы. Системный контроллер обеспечивает передачу данных по системной шине и, соответственно, обмен данными с процессором и кэш-памятью, а также передачу данных по шине памяти и обмен данными с оперативной памятью и с видеоконтроллером. Функциональный контроллер осуществляет обмен данными с системным контроллером и со всеми периферийными устройствами компьютера за исключением монитора. Именно от чипсета зависит, с какими типами процессоров работает материнская плата, какой максимальный объем оперативной памяти, какова скорость обмена данными по шинам компьютера.

Системная шина является основной интерфейсной системой компьютера, обеспечивающей сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина включает в себя:

- шину данных, содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода;

- шину адреса, состоящую из проводов и схем сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

- шину управления для передачи управляющих сигналов во все блоки компьютера.

Внешние или периферийные устройства ПК подключаются к интерфейсным шинам через адаптеры (или контроллеры) и предназначены для организации интерфейса ПК с пользователем, осуществления операций ввода-вывода и хранения данных. Помимо адаптеров, которые являются чисто техническими устройствами, для работы внешних устройств необходимы еще и специальные программы, которые называются драйверами. Таким образом управление работой внешних устройств, синхронизация их работы с работой других внутренних и внешних устройств ПК осуществляется адаптерами и драйверами. Во многом, благодаря разнообразным внешним устройствам, обеспечивается универсальность использования ПК в различных областях деятельности человека.



  1. Виды и характеристика внутренней памяти ПК

Программы и данные во время непосредственного сеанса работы хранятся в основной (оперативной) памяти компьютера.

Еще эту память называют оперативным запоминающим устройством (ОЗУ).

Оперативная память состоит из ячеек памяти одинаковой длины. Каждая ячейка памяти включает в себя элементы памяти, состояние каждого из которых соответствует одной двоичной цифре (0 или 1), т.е. одному биту (Bit – Binary Digit).

Совокупность нолей и единиц, хранящихся в элементах одной ячейки, представляет собой содержимое этой ячейки. При этом стандартный размер ячейки равен восьми битам и образует один байт (Byte) информации.

Байт является наименьшей адресуемой единицей оперативной памяти. Для идентификации ячеек в оперативной памяти каждой из них присваивается адрес, представляющий собой номер ячейки. Ячейки нумеруются числами из последовательного натурального ряда чисел. Организация оперативной памяти ЭВМ представлена на рис.3.2.




Рис. 3.2 Организация оперативной памяти ЭВМ.

Запись в память данных осуществляется подачей на шину адреса сигналов, соответствующих адресам ячеек, в которые помещаются данные из шины записи. При чтении данных из памяти по шине адреса передаются адреса читаемых ячеек, а сами данные из ячеек передаются по шине чтения. Возможность произвольного доступа к любой из ячеек памяти позволяет называть оперативную память, как память с произвольным доступом (RAM – память Random Access Memory).

Современные персональные компьютеры оснащаются оперативной памятью типов DDR2 SDRAM и DDR3 SDRAM объемом до 4 Гб. Абревиатура DDR2 SDRAM расшифровывается как Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory — синхронная динамическая память с произвольным доступом и с удвоенной скоростью передачи данных.

Передача данных осуществляется по 64-разрядной шине по обеим частям синхросигнала (восходящему — «фронту», и нисходящему — «срезу»), что обеспечивает удвоенную эффективную скорость передачи данных по отношению к ее частоте. Память DDR2 работает на эффективной частоте до 800 МГц, обеспечивая пропускную способность 6400 Мбайт/с. Эффективная частота работы памяти DDR3 (третье поколение) достигает 1333 МГц.

Под синхронной памятью обычно понимается строгая привязка управляющих сигналов и временных диаграмм функционирования памяти к частоте системной шины.

Понятие «динамической» памяти относится ко всем типам оперативной памяти, начиная с самой древней и заканчивая современной DDR3. Помимо динамической памяти существует еще и статическая память. Различие между этими двумя видами памяти заключается в конструктивных особенностях ячеек для хранения отдельных битов.

В статической памяти ячейки построены по принципу триггеров с двумя устойчивыми состояниями «0» или «1». После записи бита в такую ячейку она может прибывать в одном из этих состояний и сохранять записанный бит при наличии электропитания сколь угодно долго. Отсюда и название памяти – статическая. Достоинством статической памяти является ее быстродействие, а недостатками – высокое энергопотребление, высокая стоимость памяти, низкая удельная плотность данных, поскольку одна триггерная ячейка состоит из нескольких транзисторов и, следовательно, занимает много места на кристале.

В динамической памяти ячейка памяти представляет собой миниатюрный конденсатор, способный поддерживать заряд очень малый промежуток времени, после чего конденсатор разряжается. Вследствие этого память на основе массива конденсаторов требует отдельного цикла регенерации (подзарядки) состояния конденсаторов, что требует дополнительного времени. К достоинствам динамической памяти относят низкую стоимость, высокую удельную плотность элементов памяти, низкое энергопотребление, а к недостаткам – относительно низкое быстродействие по сравнению со статической памятью.

Динамическая память используется в качестве оперативной памяти ЭВМ, а статическая память – для создания высокоскоростной кэш-памяти процессора.

Оперативная память и кэш – память являются энергозависимыми, поэтому при отключении питания их содержание теряется.

Набор логических схем ЭВМ, называемый чипсетом, примерно на 90% определяет особенности основной системной (материнской) платы ЭВМ. Название материнская плата произошло от двух английских слов Mother Board.

Чипсет определяет типы процессоров, системной шины, оперативной памяти, контроллеров, портов ввода-вывода, внешних устройств.

Функциональные возможности компьютера и типы установленных на нем устройств определяются установленным чипсетом.

Чипсет состоит из двух микросхем, называемых северным и южным мостами.

Северный мост отвечает за взаимодействие с «быстрыми» устройствами: процессором, оперативной памятью, графической подсистемой, южным мостом.

Южный мост организует работу с более медленными устройствами: жестким диском, портами ввода-вывода и другими.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) располагается на материнской плате и содержит BIOS (Basic Input/Output System – базовая система ввода – вывода), а также сведения, позволяющие осуществить первоначальную загрузку операционной системы.

BIOS содержит инструкции по настройке даты, времени, паролей ЭВМ, выбору устройства для первоначальной загрузки операционной системы, настройке клавиатуры, монитора, дисковых накопителей, портов ввода – вывода и другие устройства. ПЗУ предназначена только для чтения данных.

Изменить содержание BIOS можно только в устройствах Flash BIOS используя специальную программу. Такая технология позволяет BIOS всегда быть доступным, даже в случае повреждений, например, дисковой системы. Поэтому ПЗУ, в отличие от оперативной и кэш - памяти, является энергонезависимой



  1. Назначение, классификация и характеристики внешних запоминающих устройств ПК

Внешние устройства хранения. Основным внешним запоминающим устройством ПК является накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД).

В один ПК одновременно могут быть установлены до четырех НЖМД при условии, что ПК не будет содержать устройств, использующих тот же интерфейс, что и НЖМД.

Конструктивно НЖМД представляет собой набор дисков, магнитных головок, двигателей, механизма доступа, заключенных в воздухонепроницаемый корпус, и управляющих электронных схем.

Диски с магнитным покрытием при работе вращаются на общем валу. Каждый диск разбит на концентрические круги, называемые дорожками. Дорожки располагаются на обеих поверхностях каждого диска.

Совокупность дорожек одного диаметра представляют собой цилиндр. Дорожки разбиты на секторы, размер которых составляет 512 байтов. Запись и чтение данных в НЖМД осуществляются последовательно по секторам дорожек одного цилиндра, а при его заполнении, осуществляется переход на дорожки следующего цилиндра и т.д.

Для чтения и записи информации на жестком диске используется система магнитных головок, которые одновременно перемещаются по радиальной оси к центру и от центра дисков НЖМД. Наиболее значимыми параметрами НЖМД являются:

- максимально возможный объем хранимой информации на одном НЖМД достигает 800 Гбайт и более. Современные рабочие станции обычно комплектуются НЖМД объемом 120 – 300 Гбайт;

  • время доступа к диску определяется интервалом времени между запросом на выдачу данных и получением этих данных. В настоящее время среднее значение этого параметра находится в пределах 7 – 9 мс;

- средняя скорость передачи данных зависит от типа используемого интерфейса НЖМД и изменяется в пределах 30 – 80 Мб/с;

Важным показателем надежности работы НЖМД служит показатель наработки на отказ, паспортные значения которого в зависимости от вида модели НЖМД и фирмы изготовителя достигают 500тыс. – 1млн. часов.

Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) относятся к стандартным внешним устройствам хранения данных несмотря на то, что в последние годы утратили свою функциональность и значение. НГМД в основном используются для выполнения процедуры первоначальной загрузки при восстановлении операционной системы и для хранения ключей для доступа к лицензионным программам. Гибкие диски используются в основном одного типа, размером 3,5” и объемом 1,44 Мб.

Накопители на компакт-дисках CD-ROM, CD-R и CD-RW относятся к оптическим накопителям информации, чтение которой и запись (только для накопителей CD-R и CD-RW) производятся лучом лазера.

Накопитель на CD-ROM предназначен для хранения и чтения информации. Аббревиатура CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory) означает “компакт диск только для чтения”. Информация на диске представляется в виде последовательности углублений и выступов, расположенных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси диска. Углубления и выступы наносятся промышленным способом путем штамповки заготовок дисков. Выступ означает значение двоичной цифры “1”, углубление - “0”. На CD-ROM размещается 780 Мбайт информации. Скорость считывания информации первых CD-ROM равнялась 150 Кб/с. Скорость считывания последующих моделей накопителей стала обозначаться и расчитываться как хN, где N – множитель, на который следует умножить первоначальную скорость, чтобы получить искомую. Таким образом запись на накопителе “х52” означает скорость чтения в 52 раза большую, чем скорость считывания первого CD-ROM.

В середине 90-х годов появились накопители и компакт-диски с возможностью однократной записи CD-R (CD-Recordable). Запись на такие диски осуществляется благодаря наличию на их поверхности светочувствительного слоя, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою. Таким образом, после записи информации на такой диск, его поверхность будет представлять чередование светлых и темных точек, соответствующих значениям разрядов двоичного числа.

Позднее появились компакт-диски с возможностью перезаписи данных – CD-ReWritable (CD-RW). На таких дисках слой красителя может находиться в двух состояниях: кристаллическом и аморфном. Оба состояния имеют разную отражательную способность. Под действием лазерного луча краситель способен многократно менять свои характеристики переходя из кристаллического состояния в аморфное и обратно.

Дальнейшее развитие технологий изготовления компакт-дисков привело к созданию дисков с высокой плотностью записи, которые получили название цифровых универсальных дисков (DVD – Digital Versatile Disk). В таких дисках используется спиральная дорожка записи – чтения данных с уменьшенными промежутками между соседними витками. Помимо этого впадины и выступы имеют меньший размер по сравнению с компакт – дисками. Это позволило увеличить объем информации на диске до 4,7 Гбайт. Дальнейшее увеличение объема информации было обеспечено появлением двусторонних DVD. В настоящее время широко используются DVD-R и DVD-RW накопители. Отметим, что DVD – накопители читают информацию на компакт дисках, а некоторые из моделей накопителей DVD могут и записывать компакт-диски.

Магнитооптические накопители используют диски со специальным слоем, реагирующим как на оптическое, так и магнитное воздействие. Запись информации осуществляется с помощью лазерного луча, нагревающего отдельные участки поверхности диска до 1500С, при которой меняется ориентация намагниченности. После этого на диск магнитным способом записываются данные. Преимуществом магнитооптического метода записи, по сравнению с магнитным, является независимость от внешних магнитных полей при обычных температурах, поскольку перемагничивание возможно только при температуре выше 1500С. Объем данных, записываемых на магнитооптический диск, достигает 5,2 Гб.

Флэш-память представляет собой современное устройство хранения данных на основе энергонезависимой памяти. Устройство имеет минимальные размеры, распознается как жесткий диск и допускает «горячее», т.е. при включенном компьютере, подключение. Максимальный объем флэш-памяти достигает 64 Гб., а скорость чтения данных – 30 Мбайт/с., скорость записи – 16 Мбайт/с.

Накопители на магнитной ленте, называемые стримерами, используются для создания и хранения архивных копий баз данных. К достоинствам стримеров следует отнести использование сменных картриджей, объем каждого из которых может достигать 500 Гб.

Порты ввода-вывода относятся к основному классу оборудования, через которое происходит подключение внешних устройств к основной системной плате ЭВМ. Главенствующую роль среди портов ввода-вывода стал занимать порт или шина USB (Universal Serial Bus) - универсальная последовательная шина, пришедшая на смену последовательному порту COM, параллельному порту LPT, порту PS/2 и игровому GamePort.

Стандарт USB 1.0 появился в ноябре 1996 года, позволял подключать до 127 устройств через последовательную цепочку концентраторов и обеспечивал скорость обмена данными до 12 Мбит/с. В апреле 2000 года появилась спецификация стандарта USB2, обеспечивающая максимальную скорость передачи данных до 480 Mбит/с или 60 Мбайт/с. На сегодняшний день шина USB является самой распространенной. Все материнские платы, принтеры, сканеры, клавиатуры, внешние накопители на жестких дисках, мыши, флэш-память оснащаются шиной USB2. Однако и этот интерфейс не лишен недостатков и главным из них является однонаправленная передача данных. То есть данные передаются либо в одну, либо в другую сторону, но не одновременно. Поэтому реальная скорость передачи не превышает 35 Мбайт/с, что накладывает ограничение на подключение высокоскоростных внешних накопителей и видеосистем. Поэтому в середине 2008 года был разработан стандарт USB3, предусматривающий скорость передачи до 640 Мбайт/с и полную обратную совместимость со стандартом USB2.



  1. Технические средства для сбора, регистрации, хранения, отображения, передачи информации

Внешние устройства ПК. Внешние устройства делятся на три группы:

- устройства ввода данных;

- устройства вывода данных;

- устройства хранения данных.

К устройствам ввода данных относят: клавиатуру, сканер, графический планшет, специальные манипуляторы: мышь, джойстик, трекбол, тачпад.

Устройства вывода включают: монитор, принтер, графопостроитель.

Внешние устройства хранения данных составляют накопители на: жестком диске, гибких дисках, компакт-диске, DVD-диске, магнитооптических устройствах. К этой же группе устройств относятся внешняя флэш-память и стримеры.

Устройства ввода данных. Основным устройством ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК является клавиатура.

Клавиатура содержит стандартный набор клавиш пишущей машинки, дополненный управляющими и функциональными клавишами, клавишами управления курсором и малой цифровой клавиатурой. При нажатии клавиши в компьютер передается номер клавиши и вид действия.

Для увеличения количества возможных номеров клавиш в клавиатуре аппаратно реализована возможность менять номер клавиши в том случае, если при этом будут нажаты специально выделенные клавиши, такие, как Shift, Ctrl или Alt. Эти клавиши в комбинации с другими одновременно нажатыми клавишами задают компьютеру управляющие действия, такие как переключение клавиатуры на другой язык, перезагрузка операционной системы компьютера и другие действия.

Функциональные клавиши при их нажатии выполняют определенные функции, закрепленные за ними в программах. При этом в разных программах они могут выполнять разные действия. Малая цифровая клавиатура используется в двух режимах – ввода чисел и управления курсором.

По принципу работы выделяют два вида клавиатур – с механическими и мембранными переключателями. В первом случае используется традиционный датчик с контактами из специального сплава, во втором – мембранный переключатель. Помимо традиционных клавиатур существуют эргономичные клавиатуры, специально предназначенные для набора символов «вслепую».

Имеются проводные и беспроводные клавиатуры. Беспроводная клавиатура использует инфракрасный порт компьютера Irda. Для работы в условиях повышенной влажности или загрязненности воздушной среды применяются клавиатуры с повышенной защитой от воздействий внешней среды.

Манипуляторы данными типа мышь имеют большое разнообразие форм и размеров. Но, несмотря на это, все они работают по одному принципу. При перемещении мыши по горизонтальной поверхности ее движение преобразуется в последовательности импульсов, а нажатие кнопок мыши – в команды, которые передаются драйвером мыши в ПК. В зависимости от способа определения перемещения различают механические и оптические мыши. Механические мыши передают движение с помощью специального шарика, который соприкасается с поверхностью перемещения мыши и передает вращение на ролики и далее на детекторы электронных импульсов. Работа оптических мышей основана на фиксировании движения мыши с помощью оптических приборов. Оптические мыши имеют преимущества перед механическим, так как более точно и плавно передают движение, меньше зависят от качества поверхности перемещения, меньше загрязняются.

Трекбол по своему функциональному устройству аналогичен механической мыши с той лишь разницей, что пользователь сам вращает шарик, встроенный в верхнюю часть корпуса. В отличие от мыши трекбол не требует большого свободного пространства около компьютера его можно встроить в корпус компьютера или клавиатуры. Наибольшее применение трекболы нашли в портативных компьютерах.

Еще одним устройством, заменяющим мышь, является тачпад, представляющий сенсорную пластину, которая передает в ПК движение пальца руки по поверхности пластины. Обычно тачпад комплектуется двумя клавишами, аналогичными по выполняемым функциям клавишам мыши. Как и трекболы, тачпады в основном используются в портативных компьютерах.

Манипулятор джойстик выполнен в виде рукоятки-стержня и в основном используется в компьютерных играх. Отклонение ручки от вертикального положения приводит к передвижению курсора в соответствующем направлении.

С целью автоматизации ввода в компьютер графической и текстовой информации, представленной на бумажном носителе, используются сканеры. Они создают оцифрованное изображение документа и помещают его в память компьютера. Считывание изображения происходит путем сканирования изображения лучом света. Светочувствительные датчики воспринимают яркость и цветность отраженного луча и преобразуют их в двоичный код. Введенную со сканера информацию компьютер запоминает в формате графического файла. С целью преобразования графического формата в символьный используют программы оптического распознавания образов. Для текстов на русском языке используются отечественные программные системы распознавания FineReader и GuneiForm.

Конструктивно сканеры делятся на четыре типа: ручные, планшетные, роликовые и проекционные. Ручные сканеры перемещаются по объекту вручную. За один проход сканируется часть изображения. Поэтому к ручным сканерам необходимо специальное программное обеспечение, позволяющее совмещать отдельные части отсканированного изображения.

Графический планшет (диджитайзер) является координатным преобразователем, в состав которого помимо планшета входит манипулятор в виде авторучки с датчиком вместо пера. Горизонтальное и вертикальное перемещения датчика по поверхности планшета передаются в компьютер для определения координат считываемой на планшете точки.

Устройства вывода данных. Монитор является основным устройством оперативного отображения в ПК текстовой и графической информации с целью ее визуального восприятия. Синонимами термина «монитор» являются слова видеотерминал, дисплей. Отдельные виды мониторов выделяются по следующим классификационным признакам:

Для вывода документов или других изображений на лист бумаги или прозрачную пленку используют печатающие устройства, называемые принтерами.

По принципу действия различают матричные, струйные, лазерные, светодиодные и термопринтеры.

В матричных принтерах пишущая головка представляет собой матрицу с цилиндрическими стержнями.

В струйных принтерах изображение на бумаге формируется из точек, образующихся при попадании капель красителя на бумагу.

Основным печатающим устройством лазерного принтера является барабан, имеющий светочувствительное покрытие, изменяющее свои электрические свойства в зависимости от освещенности. Информация о странице проецируется с помощью лазерного луча на вращающийся барабан. Участки поверхности барабана, получившие световой импульс, приобретают статический заряд. Барабан при вращении проходит через контейнер, наполненный тонером. Тонер переносится сначала на засвеченные участки барабана, а потом на бумагу. Лист бумаги протягивается через нагревательный элемент, в результате чего частицы тонера «вплавляются» в бумагу, оставляя стойкое высококачественное изображение. Скорость печати лазерных принтеров колеблется от 10 до 24 листов формата А4.

Принцип действия светодиодных принтеров сходен с принципом работы лазерных принтеров. Разница заключается в том, что источником света является не луч лазера, а линейка светодиодов, которая расположена по всей ширине страницы. За счет этого упрощается конструкция принтеров и уменьшается их стоимость. Но в полном объеме светодиодные принтеры не могут заменить лазерные, так как уступают лазерным принтерам в качестве печати.

Термопринтеры используют для печати специальную бумагу, которая под воздействием температуры меняет цвет с белого на темный. Термопринтеры имеют несложную конструкцию, занимают мало места, дешевы в изготовлении, бесшумны в работе. Однако использование специальной термобумаги, низкое качество и невысокая скорость печати существенно ограничивают сферу использования термопринтеров.

Плоттеры или графопостроители используются в основном для вывода графической информации – чертежей, схем, рисунков и т.п. Основное достоинство плоттеров заключается в возможности получения изображения на бумаге большого формата, например, формата А1.

  1. Классификация, назначение и основные характеристики программных средств


  1   2   3

Похожие:

Литература Информатика в экономике: Учебное пособие iconЛитература Информатика в экономике: Учебное пособие
Информатика в экономике: Учебное пособие/Под ред. Б. Е. Одинцова, А. Н. Романова. – М.: Вузовский учебник, 2008
Литература Информатика в экономике: Учебное пособие iconЛитература Информатика в экономике: Учебное пособие
Тема Цель, задачи, предмет и метод информатики. Основные понятия и определения информатики
Литература Информатика в экономике: Учебное пособие iconЛитература Практикум по экономике, организации и нормированию труда: Учебное пособие взфэи
Практикум по экономике, организации и нормированию труда: Учебное пособие взфэи; Под ред. П. Э. Шлендер. – М.: Вузовский учебник,...
Литература Информатика в экономике: Учебное пособие iconУчебное пособие адресовано студентам, обучающимся по специальности 080801 (351400) «Прикладная информатика в экономике»
Список сокращений
Литература Информатика в экономике: Учебное пособие iconЛитература по дисциплине
Информационные системы в экономике: учебное пособие / под ред. А. Н. Романова, Б. Е. Одинцова. – М.: Вузовский учебник, 2008
Литература Информатика в экономике: Учебное пособие iconУчебная практика по информатике и информационным системам в экономике
Информатика. Практикум по технологии работы на компьютере. (Учебное пособие) Под ред. Макаровой Н. В
Литература Информатика в экономике: Учебное пособие iconУчебное пособие по подготовке к пгк
Учебное пособие предназначено для использования в учебном курсе “Информатика” по ряду специальностей и направлений подготовки студентов...
Литература Информатика в экономике: Учебное пособие iconУчебное пособие по подготовке к пгк
Учебное пособие предназначено для использования в учебном курсе “Информатика” по ряду специальностей и направлений подготовки студентов...
Литература Информатика в экономике: Учебное пособие iconЛитература по дисциплине информационные системы маркетинга
Информационные системы в экономике: учебное пособие / под ред. А. Н. Романова, Б. Е. Одинцова. – М.: Вузовский учебник, 2008
Литература Информатика в экономике: Учебное пособие iconЛитература по дисциплине “ информационные системы управления” для студентов бакалавриата
Информационные системы в экономике: учебное пособие / под ред. А. Н. Романова, Б. Е. Одинцова. – М.: Вузовский учебник, 2008
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница