Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции - Информатика - файл Лекции 1семестр.doc


Лекции - Информатика
скачать (917.8 kb.)

Доступные файлы (2):

Лекции 1семестр.doc2271kb.06.12.2004 04:00скачать
Лекции 2 семестр.doc795kb.11.06.2005 11:59скачать

содержание
Загрузка...

Лекции 1семестр.doc

1   2   3   4   5   6   7   8
Реклама MarketGid:
Загрузка...
^

Информационные процессы человека и ЭВМ


Человек

Процесс

ЭВМ

Органы чувств

Сбор информации

Устройства ввода:

клавиатура, мышь, сканер, микрофон,…

Память, книги,

журналы

Накопление

Память внутренняя и внешняя

Мозг

Обработка

Процессор

Речь, письмо

Вывод информации

Устройства вывода:

монитор, принтер, плоттер, наушники,…


В 1946 один из создателей первых ЭВМ Джон фон Неман изложил принципы построения ЭВМ, которые используются до сих пор:

  1. Машина должна работать не в десятичной системе, как механические арифмометры, а в двоичной. Это означает, что программа и данные должны быть записаны в кодах двоичной системы, где каждое число или символ представляется определенной комбинацией нулей и единиц.

  2. Программа, которая управляет последовательностью выполнения операций, должна храниться в памяти машины. Там же должны храниться исходные данные и промежуточные результаты.

  3. Чтобы достаточно быстро можно было считать, память компьютера следует организовать по иерархическому принципу, то есть она должна состоять по крайней мере из двух частей: быстрой, но небольшой емкости (оперативной) и большой (и потому более медленной) внешней.


Согласно этим принципам можно изобразить блок-схему ЭВМ в виде рис.1.



Рис. 1
Кратко охарактеризуем каждый блок.

Процессор — устройство, обеспечивающее обработку данных по заданной программе. Он также организует обмен данными и командами между устройствами ЭВМ. Процессор умеет выполнять некоторый заданный набор операций по обработке данных и управления процессом этой обработки. Набор операций определяется конструкцией процессора. Процессор может выполнять обработку данных только при наличии заранее составленной программы. Программы и данные для ее выполнения хранятся в ОЗУ. Программы состоит из команд, которые содержат коды операций, информацию об операндах и о том, куда поместить результат.

Автоматическая работа процессора по заданной программе обеспечивается двумя основными устройствами, входящими в его состав: арифметико-логическим устройством (АЛУ) и устройством управления (УУ). При этом используются регистры (ячейки памяти внутри процессора, предназначенные для кратковременного хранения данных в процессе их обработки и быстрого доступа к ним).

Промежу­точные результаты сохраняются в РОН. Кэш-память служит для повышения быстродействия процессора путем уменьшения времени его непроизводи­тельного простоя. УУ отвечает за формирование адресов очередных команд, т. е. за порядок выполнения команд, из которых состоит программа.

Основными характеристиками процессоров являются разрядность и быстродействие. Разрядность — это число одновременно обрабатываемых бит. Быстродействие — число выполняемых команд в секунду. Быстродействие связано с тактовой частотой, на которой работает процессор. Чем выше тактовая частота, тем выше и быстродействие.

На современных машинах типа IBM устанавливаются следующие типы процессоров:

Процессор

Год вып.

ШД

ША

Адресуемая

память

Тактовая

частота

8086

1978

16

20

1 Мб

6 МГц

8088

1979

8

20

1

4,7–10 МГц

80286

1982

16

24

16

10–25 МГц

80386

1985

32

32

4Гб

16–40 МГц

80486

1989

32

32

4Гб

25–100 МГц

Pentium

1993

32

32

4Гб

66–200 МГц

Pentium Pro

1995

32

32

4Гб

166–250 МГц

Celeron

1996

32

32

4Гб



Pentium II

1997

32

32

4Гб

266–533 МГц

Pentium III

1999

32

32

4Гб

533МГц–1.7 ГГц

Pentium IV

2001

32

32

4Гб

До 2,7 ГГц


Процессор может комплектоваться сопроцессором, который может реализовывать разнообразные функции.

Программа — это набор команд (инструкций), составленный челове­ком и выполняемый ЭВМ. Команда обеспечивает выработку в УУ управ­ляющих сигналов, под действием которых процессор выполняет элементар­ные операции.

Таким образом, программы состоят из команд, а при выполнении ко­манд процессор разбивает команды на элементарные операции.

Элементарными операциями для процессора являются арифметиче­ские и логические действия, перемещение данных между регистрами про­цессора, счет и т. д.
Основной функцией системной шины является передача информа­ции между процессором и остальными устройствами ЭВМ. Системная шина состоит из трех шин: шины управления, шины данных и адресной шины. По этим шинам циркулируют управляющие сигналы, данные (числа, символы), адреса ячеек памяти и номера устройств ввода-вывода.

Сделаем образное сравнение работы системной шины с работой поч­ты. По шине данных пересылаются письма в места, адреса которых указаны на шине адреса. Шина управления следит, чтобы письма при движении не мешали друг другу и перемещались по очереди. Под письмами нужно пони­мать операнды (данные и команды), которыми обмениваются отдельные блоки ЭВМ.
Память предназначена для записи, хранения, выдачи команд и обра­батываемых данных.

Существует несколько разновидностей памяти: оперативная, постоян­ная, внешняя, кэш, CMOS (КМОП), регистровая. Существование целой ие­рархии видов памяти объясняется их различием по быстродействию, энерго­зависимости, назначению, объему и стоимости. Многообразие видов памяти помогает снять противоречие между высокой стоимостью памяти одного вида и низким быстродействием памяти другого вида.

Память современных компьютеров строится на нескольких уровнях, причем память более высокого уровня меньше по объему, быстрее и в пере­счете на один байт имеет большую стоимость, чем память более низкого уровня.

^ Регистровая память — наиболее быстрая (ее иногда называют сверхоперативной). Она представляет собой несколько регистров общего назначения (РОН), которые размещены внутри процессора. Регистры ис­пользуются при выполнении процессором простейших операций: пересылка, сложение, счет и т. д.

Наилучшим вариантом было бы размещение всей памяти на одном кристалле с процессором. Однако из-за существующих технологических сложностей изготовления памяти большого объема пришлось бы большое число микросхем отправить в брак.

Кэш-память по сравнению с регистровой памятью имеет больший объем, но меньшее быстродействие. В ЭВМ число запоминающих устройств с этим видом памяти может быть различным. В современных ЭВМ имеется два-три запоминающих устройства этого вида,

Кэш-память первого уровня располагается внутри процессора, а кэш­память второго уровня — вне процессора (на так называемой материнской плате).

В переводе с английского языка слово cache (кэш) означает «тайник», так как кэш-память недоступна для программиста (она автоматически ис­пользуется компьютером). Кэш-память используется для ускорения выпол­нения операций за счет запоминания на некоторое время полученных ранее данных, которые будут использоваться процессором в ближайшее время. Введение в компьютер кэш-памяти позволяет сэкономить время, которое без нее тратилось на пересылку данных и команд из процессора в оперативную память (и обратно). Работа кэш-памяти строится так, чтобы до минимума сократить время непроизводительного простоя процессора (время ожидания новых данных и команд).

Этот вид памяти уменьшает противоречие между быстрым процессо­ром и относительно медленной оперативной памятью.

Кэш-память первого уровня, которая размещается на одном кристалле с процессором, принято обозначать символами L1. Кэш-память, которая распо­лагается на материнской плате (второй уровень), обозначается символами L2.

На структурной схеме показана только кэш-память L1.

Энергозависимая память CMOS (КМОП-память) служит для запоми­нания конфигурации данного компьютера (текущего времени, даты, выбран­ного системного диска и т. д.). Для непрерывной работы этого вида памяти на материнской плате ЭВМ устанавливают отдельный малогабаритный ак­кумулятор или батарею питания.

^ Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) используется для кратковременного хранения переменной (текущей) информации и допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычисли­тельных операций. Это значит, что процессор может выбрать из ОЗУ коман­ду или обрабатываемые данные (режим считывания) и после арифметиче­ской или логической обработки данных поместить полученный результат в ОЗУ (режим записи). Размещение новых данных в ОЗУ возможно на тех же местах (в тех же ячейках), где находились исходные данные. Понятно, что прежние команды (или данные) будут стерты.

ОЗУ используется для хранения программ, составляемых пользовате­лем, а также исходных, конечных и промежуточных данных, получающихся при работе процессора.

В качестве запоминающих элементов в ОЗУ используются либо триг­геры (статическое ОЗУ), либо конденсаторы (динамическое ОЗУ).

ОЗУ — это энергозависимая память, поэтому при выключении пита­ния информация, хранившаяся в ОЗУ, теряется безвозвратно.

По быстродействию ОЗУ уступает кэш-памяти и тем более сверхопе­ративной памяти— РОН. Но стоимость ОЗУ значительно ниже стоимости упомянутых видов памяти.

^ В постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) хранится инфор­мация, которая не изменяется при работе ЭВМ. Такую информацию состав­ляют тест-мониторные программы (они проверяют работоспособность ком­пьютера в момент его включения), драйверы (программы, управляющие ра­ботой отдельных устройств ЭВМ, например клавиатурой) и др.

ПЗУ является энергонезависимым устройством, поэтому информация в нем сохраняется даже при выключении электропитания.

Перспективным видом постоянной памяти является память с электри­ческим способом стирания и записи информации (FLASH-память), которая при острой необходимости позволяет перепрограммировать ПЗУ и тем са­мым оперативно улучшать характеристики ЭВМ.
Устройства ввода/вывода предназначены для ввода в память ЭВМ данных для обработки и вывода результатов для дальнейшего использования.

Современные ЭВМ строятся по магистрально-модульному принципу. Магистрально-модульная блок-схема ЭВМ изображена на рис.2.

Процессор и память называют центральными устройствами ЭВМ. Они присутствуют в каждом компьютере. Все остальные устройства называют внешними, или периферийными. К центральным устройствам подключается системная магистраль. Внешние устройства подключаются, в свою очередь, к системной магистрали через контроллеры (или адаптеры).



Рис. 2
Контроллер — специализированное устройство согласования центральных и внешних устройств. Помимо названных устройств существуют также внешние запоминающие устройства (ВЗУ). Они предназначены для долговременного хранения программ и данных. Эти устройства выполняются в виде различного рода накопителей (на гибких и жестких магнитных дисках, на магнитной ленте, и т. д.).

Системная магистраль включает в себя адресную шину, шину данных и шину управления. Большая часть процессорных операций предполагает обращение к оперативной памяти. По адресной шине передается адрес ячейки памяти, к которой происходит обращение. По шине данных передаются данные, считанные или записываемые. Максимальный адрес ячейки памяти, к которой можно обратиться зависит от разрядности шины. По 16–разрядной шине можно адресовать 65536 ячеек размером 1 байт. По 24–разрядной — 1048576 ячеек.

^ Внешние запоминающие устройства.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) предназначены для долговременного хранения программ и данных. Устройства выполняют в виде накопителей, носителями информации в которых могут служить диски и ленты. Накопители могут быть со сменными носителями и со стационарными носителями информации.

По способу доступа ВЗУ делятся на устройства прямого доступа и устройства последовательного доступа. Накопители на дисках — устройства прямого доступа, так как позволяют обратиться непосредственно к любому месту дискового пространства. Накопители на магнитных лентах — устройства последовательного доступа, так как доступ к нужной информации требует предварительного просмотра всей предыдущей.

Основные характеристики ВЗУ— информационная емкость и время доступа.
Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД).

Носители информации — гибкие диски — круглый диск из полиэфирной подложки с нанесенным магнитным покрытием. Диск помещают в плотный конверт (корпус), на внутреннюю поверхность которого нанесено очищающее покрытие.

Получили распространение диски диаметром 5,25 дюйма (133мм) и 3,5 дюйма (89 мм). Информация записывается с двух сторон (DS) по концентрическим дорожкам, которые радиальным разбиением разделены на секторы. Емкость сектора фиксирована 512 байт. Количество секторов — 9 или 15 на 5,25, 9 или 18 на 3,5. Количество дорожек бывает 40 (DD) и 80 (QD, HD). Тогда

Емкость = количество секторов * количество дорожек *

*количество сторон *512.

Двусторонние дискеты маркируют DS 2S или просто 2. 40-дорожечные — DD, 80-дорожечные — QD или HD.
Суперфлоппи и флоптические накопители.

Устройства используют 3,5 дискеты емкостью 128 Мб. На поверхность диска с помощью лазера наносят серводорожки, которые не могут быть разрушены магнитным полем.
Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД).

Их диски изготовлены из алюминиевого сплава. Вращаются с большой скоростью 3600 – 7200 об/мин. Они могут иметь до 1024 дорожек, разделенных обычно на 17 (34) сектора.

Достоинства: большая емкость, малое время доступа к информации. Недостатки: чувствительность к механическим воздействиям (вибрации, толчки).

Возможно использование пакета дисков, нанизанных на одну ось. Поверхности дисков покрыты магниточувствительным слоем и каждая из поверхностей имеет свою головку.
Накопители на CD дисках.

Закодированная информация наносится на оптический компакт-диск лазерным лучом, который создает на его поверхности микроскопические впадины, разделенные плоским участком. При использовании света с длиной волны 800 нм емкость диска — 700Мб. Перспектива — уменьшение длины волны лазера.
Существуют другие типы накопителей: накопители на сменных дисках, накопители Бернулли, ZIP- накопители, PD-накопители, магнитооптические диски.
Накопители на магнитной ленте — стримеры.

Здесь реализуется последовательный способ доступа. Наиболее часто используются четвертьдюймовые картриджи для стримера, 8мм и 4мм картриджи.

§ 6. ^ Программное обеспечение ЭВМ и его

классификация. Операционные системы.

Внешние запоминающие устройства. Файлы и папки.
С самого начала изучения информатики мы обращали внимание на то, что ЭВМ может работать только по программе. Вообще все, на что способна ЭВМ — это выполнять какую–то программу. Поэтому особое место в курсе информатики занимает изучение программного обеспечение ЭВМ.
^ Программное обеспечение (ПО) и его классификация.

Все существующие программы можно разделить на три вида. Для наглядности такого деления изобразим классификацию ПО в виде схемы


Системное ПО служит для обеспечения работоспособности ЭВМ, общего управления ресурсами и т.д. К системному ПО относятся:

  • Операционные системы (ОС) — совокупность программ, предназначенных для управления ресурсами ЭВМ, организации диалога пользователя с ЭВМ, исполнения программ пользователя.

  • Средства контроля и диагностики — тестовые программы, служат для контроля работоспособности аппаратной части ЭВМ. Эти программы выявляют неисправности и место их возникновения.

  • Сервисные программы (утилиты) расширяют возможности ОС (программы оболочки, архиваторы, антивирусные программы, программы восстановления стертых файлов и т.д.).


^ Инструментальное ПО — совокупность программ для разработки других программ. Они являются основой работы программистов. К ним относятся:

  • Системы программирования — набор программных средств, которые обеспечивают потребности при разработке программ (редакторы текстов программ, интегрированные среды). Примером такой программы может служить Turbo Pascal.

  • Трансляторы — программы перевода программ в машинный язык. Программа–транслятор входит в состав интегрированной среды Turbo Pascal. Существует много других (отдельных) программ–трансляторов.


Прикладное ПО — программы для решения конкретных задач пользователя. Эти программы обращены к человеку, который не составляет программ, а лишь использует их для решения своих задач. При общении с прикладной программой пользователю приходится выполнять некоторые простые операции — вводить числа и тексты, выводить графики, просматривать данные. Прикладные программы ориентированы на создание максимального комфорта для пользователя. Он может знать о компьютере минимальный набор сведений. Таки образом, эти программы доступны широкому внедрению среди людей, не знакомых с компьютером.

Классификация прикладного ПО очень обширна. Существуют проблемно- и методо- ориентированные пакеты программ. Но большую его часть занимают программы общего назначения:

  • текстовые процессоры,

  • табличные процессоры,

  • базы данных и системы управления базами данных (СУБД),

  • программы обработки графических изображений и т.д.

  • музыкальные редакторы, …


Понятие операционной системы.

ОС — совокупность программ, предназначенных для управления ресурсами ЭВМ, исполнения программ пользователя и организации диалога пользователя и ЭВМ. ОС управляет работой других программ и выделяет им ресурсы ЭВМ — память, время и т.д. Она обеспечивает работу машины как единого целого, связь между устройствами. В то же время ОС выступает посредником между человеком и ЭВМ и скрывает от пользователя много трудных элементарных операций, создает удобный интерфейс. То есть, как бы обволакивает аппаратуру компьютера, чтобы пользователю не приходилось общаться с этой аппаратурой.

1   2   3   4   5   6   7   8



Скачать файл (917.8 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru