Понятие информации. Предмет информатики

Понятие информации. Предмет информатики.    Различные уровни представлений об информации  Понятие «информация» является одним из фундаментальных в современной науке вообще и базовым для изучаемой нами информатики. Информацию наряду с веществом и энергией  рассматривают в качестве важнейшей сущности мира, в котором мы живем. Слово «информация» появилось в XVII веке и произошло от латинского «informatio», в  буквальном переводе означающего «представление, понятие о чем­либо». Информация как  единица языка – понятие – «мысль о предметах и явлениях действительности, отражающая  их общие и существенные признаки…». Между понятиями и словами, обозначающими,  например, конкретные предметы или процессы, есть определенные различия. Здесь  целесообразно привести учащимся такой пример. Так, в Солнечную систему входят  Меркурий, Венера, Земля, Марс, … , Плутон. Общим для них признаком является то, что  они видны как блуждающие по небу звезды – планеты. Меркурий,…, Плутон – обозначения конкретных космических тел. Планета – понятие. Среди понятий особое место занимают  научные понятия.   Понятие – мысль о предметах и явлениях, отражающая их общие и существенные  признаки  Любому понятию соответствует определение – «формулировка, раскрывающая  содержание, сущность чего­либо, характеризующая основные черты чего­либо».  Информация  Понятие «информация» является одним из фундаментальных в современной науке вообще и базовым для информатики. Информацию наряду с веществом и энергией рассматривают  в качестве важнейшей сущности мира, в котором мы живем.  Информация – сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах,  свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности,  неполноты знаний.   Информация является предметом внимания ряда наук. Существует множество  определений информации, и сегодня их насчитывается более ста. Единого же внимания,  признанного во всех областях научных знаний, пока нет, и вряд ли оно необходимо. В  наиболее общем виде информацию изучает философия. За тридцать с небольшим лет в  этой области сложилось два направления, два подхода, две концепции. В первой  информация рассматривается как неотъемлемая часть материального мира, как его  атрибут, подобный массе, энергии и т.п.. Вторая трактует информацию исключительно как  процесс. Обе теории не противоречат друг другу, а дополняют.  В прикладном плане, пожалуй, наиболее глубоко информацию исследует кибернетика –  наука об управлении. Здесь информация понимается как компонент системы,  направляющий ее деятельность в ту или иную сторону. В информатике нас прежде всего интересует определение Шеннона. Согласно  американскому ученому и инженеру Клоду Шеннону, информация – это снятая  неопределенность. Шеннон впервые ввел такую трактовку в теории связи. Позднее она  нашла применение во всех областях науки, где играет роль передача информации в самом  широком смысле этого слова, в частности, в математической теории информации, большую роль в становлении которой  сыграл и великий российский ученый – математик А.Н.  Колмогоров.  Согласно Шеннону, информативность сообщения характеризуется содержащейся в нем  полезной информацией, то есть той частью сообщения, которая снимает полностью или  уменьшает существовавшую до их получения неопределенность какой­либо ситуации.   Информационный процесс определяется как совокупность действий, проводимых над  информацией для получения какого­либо результата. В настоящее время выделены  типовые действия над информацией, общие для различных систем: обработка, передача,  хранение.   Процесс обработки информации может представлять собой:   ∙                   поиск и отбор информации в различных источниках. Поиск информации  отнесен к процессу обработки, поскольку при его осуществлении, независимо от того,  осуществляется это вручную или с помощью компьютера, происходит процесс  идентификации имеющейся (найденной) информации с требуемой в соответствии с  определенными критериями поиска;   ∙                   получение новой информации. При решении задач любой дисциплины человек,  обрабатывая имеющиеся исходные данные в соответствии с требуемым результатом,  получает некоторую новую информацию. Получение новой по содержанию информации из  исходной информации возможно путем как математических вычислений, так и логических  рассуждений.   ∙                   структурирование означает изменение формы информации без изменения ее  содержания. Если процесс обработки информации связан с тем, что ее содержание не  изменяется, а изменяется только форма представления, то происходит упорядочивание,  систематизация или структурирование информации.   ∙                   кодирование (упаковка) информации. В настоящее время достаточно  распространен процесс кодирования, т.е. преобразования информации из одной  символьной формы в другую, удобную для ее обработки, хранения или передачи. К этой  деятельности можно отнести упаковку (архивирование), шифрование с использованием  различных алгоритмов.   Процесс передачи информации представляет собой создание копии информации на  расстоянии от исходного места хранения. Информация передается в виде сообщений, определяющих форму и представление передаваемой информации. Примерами сообщений  являются музыкальное произведение; телепередача. При этом предполагается, что  имеются «источник информации» и «получатель информации». Сообщение от источника к  получателю передается посредством какой­нибудь среды, являющейся в таком случае  «каналом связи». Так, при передаче речевого сообщения в качестве канала связи можно  рассматривать воздух, в котором распространяются звуковые волны, а в случае передачи  письменного сообщения (например, текста, распечатанного на принтере) каналом  сообщения можно считать лист бумаги, на котором напечатан текст.   Чтобы сообщение было передано от источника к получателю, необходима некоторая  материальная субстанция — носитель информации. Сообщение, передаваемое с помощью  носителя, — сигнал. В общем случае сигнал — это изменяющийся во времени физический  процесс. Сигнал может характеризоваться несколькими параметрами. Один из параметров  может быть использован для представления сообщений.   В случае, когда параметр сигнала принимает последовательное во времени конечное число  значений (при этом все они могут быть пронумерованы), сигнал называется дискретным, а  сообщение, передаваемое с помощью таких сигналов, — дискретным сообщением. Если же  источник вырабатывает непрерывное сообщение (соответственно параметр сигнала —  непрерывная функция от времени), то соответствующая информация называется  непрерывной. Пример дискретного сообщения — текст книги, непрерывного сообщения —  человеческая речь, передаваемая  звуковой волной. Непрерывное сообщение может быть представлено непрерывной функцией, заданной на  отрезке .   Непрерывное сообщение можно преобразовать в дискретное (такая процедура называется  дискретизацией). Таким образом, любое непрерывное сообщение может быть представлено  как дискретное, иначе говоря, последовательностью знаков некоторого алфавита.   К процессу хранения информации можно отнести: ∙                   размещение (накопление). Информация, полученная в результате поиска,  размещается на каком­либо носителе информации, происходит ее накопление. Процесс, в  результате которого информация оказывается на носителе в виде, пригодном для  последующего извлечения, называется размещением. Таким образом, мы создаем  некоторый информационный ресурс.   ∙                   коррекцию. Информация в хранилищах нуждается в коррекции по различным  причинам, такм как: механические повреждения или изменения свойств носителя,  устаревание информации, модернизация структуры для оптимизации доступа к  информации и пр.   ∙                   доступ. Организация оптимального доступа к различной по ценности  информации с использованием процедур защиты от несанкционированного доступа. Непрерывная и дискретная информация Чтобы сообщение было передано от источника к получателю, необходима некоторая  материальная субстанция – носитель информации. Сообщение, передаваемое с помощью  носителя, назовем сигналом. В общем случае, сигнал – это изменяющийся во времени  физический процесс. Такой процесс может содержать различные характеристики  (например, при передаче электрических сигналов могут изменяться напряжение и сила  тока). Та из характеристик, которая используется для представления сообщений,  называется параметром сигнала. В случае, когда параметр сигнала принимает последовательное во времени конечное число  значений (при этом они все могут быть пронумерованы), сигнал называется дискретным, а  сообщение, передаваемое с помощью таких сигналов – дискретным сообщением.  Информация, передаваемая источником, в этом случае также называется дискретной. Если же источник вырабатывает непрерывное сообщение (соответственно параметр сигнала – непрерывная функция во времени), соответствующая информация называется  непрерывной. Пример дискретного сообщения – процесс чтения книги, информация в которой  представлена текстом, т.е. дискретной последовательностью отдельных значков (букв). Пример непрерывного сообщения – человеческая речь, передаваемая звуковой волной,  параметром сигнала в этом случае является давление, создаваемое этой волной в точке  нахождения приемника – человеческого уха. Информационные процессы. Процессы, связанные с поиском, хранением, передачей, обработкой и использованием  информации, называются информационными процессами. Теперь остановимся на основных информационных процессах. 1. Поиск.  Поиск информации ­ это извлечение хранимой информации.  Методы поиска информации: •   непосредственное наблюдение; •   общение со специалистами по интересующему вас вопросу; •   чтение соответствующей литературы; •   просмотр видео, телепрограмм; •   прослушивание радиопередач, аудиокассет; •   работа в библиотеках и архивах; •   запрос к информационным системам, базам и банкам компьютерных данных; •   другие методы. Понять, что искать, столкнувшись с той или иной жизненной ситуацией, осуществить  процесс поиска ­ вот умения, которые становятся решающими на пороге третьего  тысячелетия. 2. Сбор и хранение.  Сбор информации не является самоцелью. Чтобы полученная информация могла  использоваться, причем многократно, необходимо ее хранить.  Хранение информации ­ это способ распространения информации в пространстве и  времени.  Способ хранения информации зависит от ее носителя (книга­ библиотека, картина­  музей, фотография­ альбом).  ЭВМ предназначен для компактного хранения информации с возможностью быстрого  доступа к ней.  Информационная система ­ это хранилище информации, снабженное процедурами ввода,  поиска и размещения и выдачи информации. Наличие таких процедур­ главная особенность информационных систем, отличающих их от простых скоплений информационных  материалов. Например, личная библиотека, в которой может ориентироваться только ее владелец, информационной системой не является. В публичных же библиотеках  порядок размещения книг всегда строго определенный. Благодаря ему поиск и выдача  книг, а также размещение новых поступлений представляет собой  стандартные, формализованные процедуры. 3. Передача.  В процессе передачи информации обязательно  участвуют источник и приемник информации: первый передает информацию, второй ее  получает. Между ними действует канал передачи информации ­ канал связи.  Канал связи ­ совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сигнала от  источника к получателю.  Кодирующее устройство ­ устройство, предназначенное для преобразования исходного  сообщения источника к виду, удобному для передачи.  Декодирующее устройство ­ устройство для преобразования кодированного сообщения в  исходное. Деятельность людей всегда связана с передачей информации.  В процессе передачи информация может теряться и искажаться: искажение звука в  телефоне, атмосферные помехи в радио, искажение или затемнение изображения в  телевидении, ошибки при передачи в телеграфе. Эти помехи, или, как их называют  специалисты, шумы, искажают информацию. К счастью, существует наука,  разрабатывающая способы защиты информации ­криптология. Каналы передачи сообщений характеризуются пропускной  способностью и помехозащищенностью.  Каналы передачи данных делятся на симплексные (с передачей информации только в одну  сторону (телевидение)) и дуплексные (по которым возможно передавать информацию в оба направления (телефон, телеграф)). По каналу могут одновременно передаваться несколько  сообщений. Каждое из этих сообщений выделяется (отделяется от других) с помощью  специальных фильтров. Например, возможна фильтрация по частоте передаваемых  сообщений, как это делается в радиоканалах.  Пропускная способность канала определяется максимальным количеством символов,  передаваемых ему в отсутствии помех. Эта характеристика зависит от физических свойств  канала.  Для повышения помехозащищенности канала используются специальные методы передачи  сообщений, уменьшающие влияние шумов. Например, вводят лишние символы. Эти  символы не несут действительного содержания, но используются для контроля  правильности сообщения при получении.  С точки зрения теории информации все то, что делает литературный язык красочным,  гибким, богатым оттенками, многоплановым, многозначным,­ избыточность. Например, как избыточно с таких позиций письмо Татьяны к Онегину. Сколько в нем информационных  излишеств для краткого и всем понятного сообщения "Я Вас люблю!" 4. Обработка.  Обработка информации ­ преобразование информации из одного вида в другой,  осуществляемое по строгим формальным правилам.  Примеры обработки информации Примеры Входная  информация Выходная  информация Правило Таблица  умножения Определение  времени  полета рейса  "Москва­ Ялта" Множители Произведение Время в пути Время вылета  из Москвы и  время прилета  в Ялту Правила  арифметики Математическа я формула Отгадывание  слова в игре  "Поле чудес" Количество  букв в слове и  тема Отгаданное  слово Формально не  определено Получение  секретных  сведений Постановка  диагноза  болезни Шифровка от  резидента Дешифрованный текст Диагноз Жалобы  пациента +  результаты  анализов Свое в каждом  конкретном  случае Знание + опыт  врача Обработка информации по принципу "черного ящика" ­ процесс, в котором пользователю  важна и необходима лишь входная и выходная информация, но правила, по которым  происходит преобразование, его не интересуют и не принимаются во внимание. "Черный ящик" ­ это система, в которой внешнему наблюдателю доступны лишь  информация на входе и на выходе этой системы, а строение и внутренние процессы  неизвестны. 5. Использование.  Информация используется при принятии решений. •   Достоверность, полнота, объективность полученной информации обеспечат вам  возможность принять правильное решение. •   Ваша способность ясно и доступно излагать информацию пригодится в общении с  окружающими. •   Умение общаться, то есть обмениваться информацией, становится одним главных  умений человека в современном мире.  Компьютерная грамотность предполагает: •   знание назначения и пользовательских характеристик основных устройств компьютера; •   Знание основных видов программного обеспечения и типов пользовательских  интерфейсов; •   умение производить поиск, хранение, обработку текстовой, графической, числовой  информации с помощью соответствующего программного обеспечения.  Информационная культура пользователя включает в себя: •   понимание закономерностей информационных процессов; •   знание основ компьютерной грамотности; •   технические навыки взаимодействия с компьютером; •   эффективное применение компьютера как инструмента; •   привычку своевременно обращаться к компьютеру при решении задач из любой области,  основанную на владении компьютерными технологиями; •   применение полученной информации в практической деятельности. 6. Защита.  Защитой информации называется предотвращение: •   доступа к информации лицам, не имеющим соответствующего разрешения  (несанкционированный, нелегальный доступ); •   непредумышленного или недозволенного использования,  изменения или разрушения информации.  Более подробно о защите информации мы остановимся далее. Под защитой информации, в более широком смысле, понимают комплекс организационных, правовых и технических мер по предотвращению угроз информационной безопасности и  устранению их последствий. Литература.  1. Бешенков С.А., Лыскова В.Ю., Ракитина Е.А. Информация и информационные процессы. Омск, 1999.  2. Соколов А.В., Степанюк О.М. Методы информационной защиты объектов и  компьютерных сетей. М., 2000. Контрольные вопросы. 1. Поиск какой информации вы осуществляете при работе со словарями:  орфографическим, толковым, энциклопедическим? 2. Назовите, какие методы поиска информации использовал Шерлок Холмс в своей  работе? 3. Является ли поиск решения конкретной математической или физической задачи  поиском информации? 4. Опишите процедуру вашего поиска в виде последовательности действий. 5. Что такое эвристический метод поиска информации? 6. Как люди могут узнать о жизни своих предков, живших много лет назад? 7. Как хранится информация на фотопленке? В каком виде представлена эта  информация? 8. Приведите примеры передачи информации в природе и обществе. 9. Приведите примеры из истории и литературы, когда при передачи информация  преднамеренно искажалась. К чему это привело? 10.На уроке информатики. Вовочка (думает: "Очень хочется пить!") говорит: "Вера Ивановна, можно выйти?" Вера Ивановна (думает: "Наверное, он не знает урока  и надеется, что за оставшиеся 5 минут до конца урока я не успею его спросить".) говорит: "Вовочка к доске!" Определите в данном примере источник информации,  кодирование и декодирование, канал связи, приемник информации, помехи м  причину их возникновения. 11.Проанализируйте, что мы потеряли бы или приобрели, если бы пользовались  "экономными" кодами, без избыточности в сообщениях в общении, в художественной литературе, в точных науках? Ответ обоснуйте. 12.Приведите примеры на обработку информации  а) по строгим формальным правилам;  б) по принципу "черного ящика". 13.Например, вам очень хочется узнать правило, по которому можно было бы выиграть в Лото­миллион. Как вы думаете, какая информация помогла бы вам решить эту проблему? Объясните, почему так трудно угадать это правило и возможно ли это. Выхо д 14.Определите правила, по которым происходит обработка информации: Вход Яблоко Мир Да Экзамен Доброта Программа 6 3 2 7 7 ? Вход Выход 1 8 16 1996 237 88 0 2 1 3 0 ? Информатика Кардинальным отличием информатики от других технических дисциплин является тот  факт, что ее предметная область изменяется чрезвычайно динамично. Все, кто причастен к  преподаванию информатики в высшей школе, хорошо знают, как часто приходится менять  содержание учебных планов, рабочих программ, учебно­методической документации.  Далеко не всегда удается обеспечить соответствие материально­технической базы  учебного процесса текущему состоянию предметной области. И даже своевременное  реагирование на научно­технические достижения не всегда позволяет обеспечить уровень  знаний и навыков выпускника, адекватный потребностям сферы материального  производства и коммерческого рынка, ­­ настолько динамичны процессы в области  информационных технологий. Информатика —это техническая наука, систематизирующая приемы создания,  хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной  техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления  ими Из этого определения видно, что информатика очень близка к технологии, поэтому ее  предмет нередко называют информационной технологией. Предмет информатики составляют следующие понятия:  аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;  программное обеспечение средств вычислительной техники;  средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;  средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами. " Предмет и основные понятия информатики" Информатика ­ это комплексная, техническая наука, которая систематизирует приемы  создания, сохранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами  вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы  управления ними. Термин "информатика" происходит от французского слова Informatique и образован из двух слов: информация и автоматика. Этот термин введен во Франции в  середине 60­х лет XX ст., когда началось широкое использование вычислительной техники. Тогда в англоязычных странах вошел в употребление термин "Computer Science" для  обозначения науки о преобразовании информации, которая базируется на использовании  вычислительной техники. Теперь эти термины являются синонимами. Появление информатики обусловлено возникновением и распространением новой  технологии сбора, обработки и передачи информации, связанной с фиксацией данных на  машинных носителях. Предмет информатики как науки составляют:  аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;  программное обеспечение средств вычислительной техники;  средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;  средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами. Средства взаимодействия в информатике принято называть интерфейсом. Поэтому  средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения иногда называют также программно­аппаратным интерфейсом, а средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами ­ интерфейсом пользователя. Основной задачей информатики как науки ­ это систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники. Цель  систематизации состоит в том, чтобы выделять, внедрять и развивать передовые, более  эффективные технологии автоматизации этапов работы с данными, а также методически  обеспечивать новые технологические исследования. Информатика ­ практическая наука. Ее достижения должны проходить проверку на  практике и приниматься в тех случаях, если они отвечают критерию повышения  эффективности. В составе основной задачи сегодня можно выделить такие основные  направления информатики для практического применения :  архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем,  предназначенных для автоматической обработки данных);  интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и  программным обеспечением);  программирование (приемы, методы и средства разработки комплексных задач); преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);  защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты  данных);  автоматизация (функционирование программно­аппаратных средств без участия  человека);  стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными  средствами, между форматами представления данных, относящихся к разным типам  вычислительных систем). На всех этапах технического обеспечения информационных процессов для информатики  ключевым вопросом есть эффективность. Для аппаратных средств под эффективностью  понимают соотношение производительности оснащение к его стоимости. Для  программного обеспечения под эффективностью принято понимать производительность  работающих с ним пользователей. В программировании под эффективностью понимают  объем программного кода, созданного программистами за единицу времени. В  информатике всю жестко ориентированное на эффективность. Вопрос как осуществить ту  или другую операцию, для информатики важный, но не основной. Основным есть вопрос  как совершить данную операцию эффективно. В рамках информатики, как технической науки можно сформулировать понятия  информации, информационной системы и информационной технологии.  Информация Информация ­ это совокупность сведений (данных), которая воспринимается из  окружающей среды (входная информация), выдается в окружающую среду (исходная  информация) или сохраняется внутри определенной системы.  Информация существует в виде документов, чертежей, рисунков, текстов, звуковых и  световых сигналов, электрических и нервных импульсов и т.п..  Важнейшие свойства информации:  объективность и субъективность;  полнота;  достоверность;  адекватность;  доступность;  актуальность. Данные являются составной частью информации, представляющие собой  зарегистрированные сигналы. Во время информационного процесса данные преобразовываются из одного вида в другого  с помощью методов. Обработка данных включает в себя множество разных операций.  Основными операциями есть:  сбор данных ­ накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты  для принятия решения;  формализация данных ­ приведение данных, которые поступают из разных  источников к единой форме;  фильтрация данных ­ устранение лишних данных, которые не нужны для принятия  решений;  сортировка данных ­ приведение в порядок данных за заданным признаком с целью  удобства использования;  архивация данных ­ сохранение данных в удобной и доступной форме;  защита данных ­ комплекс мер, направленных на предотвращение потерь,  воспроизведения и модификации данных;  транспортирование данных ­ прием и передача данных между отдаленными  пользователями информационного процесса. Источник данных принят называть  сервером, а потребителя ­ клиентом;  преобразование данных ­ преобразование данных с одной формы в другую, или с  одной структуры в другую, или изменение типа носителя. Информационная система В информатике понятие "система" чаще используют относительно набора технических  средств и программ. Системой называют также аппаратную часть компьютера. Дополнение  понятия "система" словом "информационная" отображает цель ее создания и  функционирования. Информационная система ­ взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала,  используемая для сохранения, обработки и выдачи информации с целью решения  конкретной задачи. Современное понимание информационной системы предусматривает использование  компьютера как основного технического средства обработки информации. Компьютеры,  оснащенные специализированными программными средствами, являются технической  базой и инструментом информационной системы. В работе информационной системы можно выделить слудующие этапы: 1. Зарождение данных ­ формирование первичных сообщений, которые фиксируют  результаты определенных операций, свойства объектов и субъектов управления,  параметры процессов, содержание нормативных и юридических актов и т.п.. 2. Накопление и систематизация данных ­ организация такого их размещения, которое  обеспечивало бы быстрый поиск и отбор нужных сведений, методическое обновление данных, защита их от искажений, потери, деформирование целостности и др. 3. Обработка данных ­ процессы, вследствии которых на основании прежде  накопленных данных формируются новые виды данных: обобщающие, аналитические, рекомендательные, прогнозные. Производные данные тоже можно обраббатывать,  получая более обобщенные сведения. 4. Отображение данных ­ представление их в форме, пригодной для восприятия  человеком. Прежде всего ­ это вывод на печать, то есть создание документов на так  называемых твердых (бумажных) носителях. Широко используют построение  графических иллюстративных материалов (графиков, диаграмм) и формирование  звуковых сигналов. Сообщения, которые формируются на первом этапе, могут быть обычным бумажным  документом, сообщением в "машинном виде" или тем и другим одновременно. В  современных информационных системах сообщения массового характера большей частью  имеют "машинный вид". Аппаратура, которая используется при этом, имеет название  средства регистрации первичной информации. Потребности второго и третьего этапов удовлетворяются в современных информационных  системах в основном средствами вычислительной техники. Средства, которые  обеспечивают доступность информации для человека, то есть средства отображения  данных, являются компонентами вычислительной техники. Подавляющее большинство информационных систем работает в режиме диалога с  пользователем. Типичные программные компоненты информационных систем включают:  диалоговую подсистему ввода­вывода, подсистему, которая реализует логику диалога,  подсистему прикладной логики обработки данных, подсистему логики управления  данными. Для сетевых информационных систем важным элементом является  коммуникационный сервис, обеспечивающий взаимодействие узлов сети при общем  решении задачи. Значительная часть функциональных возможностей информационных  систем закладывается в системном программном обеспечении: операционных системах,  системных библиотеках и конструкциях инструментальных средств разработки. Кроме  программной составной информационных систем важную роль играет информационная  составная, которая задает структуру, атрибутику и типы данных, а также тесно связана с  логикой управления данными. Информационные технологии В широком смысле слово технология ­ это способ освоения человеком материального мира с помощью социально организованной деятельности, которая включает три компоненты:  информационную (научные принципы и обоснование), материальную (орудие работы) и  социальную (специалисты, имеющие профессиональные навыки). Эта триада составляет  сущность современного понимания понятия технологии. Понятие информационной технологии появилось с возникновением информационного  общества, основой социальной динамики в котором являются не традиционные  материальные, а информационные ресурсы: знания, наука, организационные факторы,  интеллектуальные способности, инициатива, творчество и т.д. К сожалению, это понятие  настолько общее и всеохватывающее, что до сих пор специалисты не пришли к четкой,  формализованной формулироваке. Наиболее удачным определением понятия  информационной технологии дано академиком Глушковым В.М., который трактовал ее как человеко­машинную технологию сбора, обработки и передачи информации, которая  грунтується на использовании вычислительной техники. Эта технология быстро  развивается, охватывая все виды общественной деятельности: производство, управление,  науку, образование, финансово­банковские операции, медицину, быт и др. Лекция 2 "Системы исчисления" Совокупность приемов наименования и обозначение чисел называется системой  исчисления. В качестве условных знаков для записи чисел используются цифры. Система исчисления, в которой значение каждой цифры в произвольном месте  последовательности цифр, обозначающей запись числа, не изменяется, называется  непозиционной. Система исчисления, в которой значение каждой цифры зависит от места в  последовательности цифр в записи числа, называется позиционной. Чтобы определить число, недостаточно знать тип и алфавит системы исчисления. Для  этого необходимо еще использовать правила, которые позволяют по значениям цифр  установить значение числа. Простейшим способом записи натурального числа является  изображение его с помощью соответствующего количества палочек или черточек. Таким  способом можно обозначить небольшие чисел. Следующим шагом было изобретение  специальных символов (цифр). В непозиционной системе каждый знак в записи независимо  от места означает одно и то же число. Хорошо известным примером непозиционной  системы исчисления является римская система, в которой роль цифр играют буквы  алфавита: І ­ один, V ­ пять, Х ­ десять, С ­ сто, L ­ пятьдесят, D ­пятьсот, М ­ тысяча.  Например, 324 = СССХХІ. В непозиционной системе исчисления арифметические  операции выполнять неудобно и сложно. Позиционные системы исчисления Общепринятой в современном мире является десятичная позиционная система исчисления, которая из Индии через арабские страны пришла в Европу. Основой системы является  число десять. Основой системы исчисления называется число, означающее, во сколько раз  единица следующего разряда больше чем единица предыдущего. Общеупотребительной формой записи числа является сокращенная форма записи  разложения по степеням основы системы исчисления, например 130678=1*105+3*104+0*103+6*102+7*101+8 Здесь 10 служит основой системы исчисления, а показатель степени ­ это номер позиции  цифры в записи числа (нумерация ведется слева на право, начиная с нуля).  Арифметические операции в этой системе выполняют по правилам, предложенным еще в  средневековье. Например, складывая два многозначных числа, применяем правило  сложения столбиком. При этом все сводится к сложению однозначных чисел, для которых  необходимо знать таблицу сложения. Проблема выбора системы исчисления для представления чисел в памяти компьютера  имеет большое практическое значение. В случае ее выбора обычно учитываются такие  требования, как надежность представления чисел при использовании физических элементов, экономичность (использование таких систем исчисления, в которых количество элементов для представления чисел из некоторого диапазона было бы минимальном). Для  изображения целых чисел от 1 до 999 в десятичной системе достаточно трех разрядов, то  есть трех элементов. Поскольку каждый элемент может находиться в десяти состояниях,  то общее количество состояний ­ 30, в двоичной системе исчисления: 99910=11111002,  необходимое количество состояний ­ 20 (индекс внизу числа ­ основа системы исчисления). Более распространенной для представления чисел в памяти компьютера является двоичная система исчисления. Для изображения чисел в этой системе необходимо две цифры: 0 и 1,  то есть достаточно двух стойких состояний физических элементов. Эта система близка к  оптимальной по экономичности, и кроме того, таблицы сложения и умножения в этой  системе элементарные: + 0 1   0 0 1   1 1 10   * 0 1 0 0 0 1 0 1 Поскольку 23=8, а 24=16 , то каждых три двоичных разряда числа образовывают один  восьмиричный, а каждых четыре двоичных разряда ­ один шестнадцатиричный. Поэтому  для сокращения записи адресов и содержимого оперативной памяти компьютера  используют шестнадцатиричную и восьмиричную системы исчисления. Ниже, в таблице 1  приведены первые 16 натуральных чисел записанных в десятичной, двоичной,  восьмиричной и шеснадцатиричной системах исчисления. Таблица 1 10 0 1 2 3 4 5 2 0000 0001 0010 0011 0100 0101 8 0 1 2 3 4 5 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17 6 7 8 9 A B C D E F Для отладки программ и в других ситуациях в программировании актуальной является  проблема перевода чисел из одной позиционной системы исчисления в другую. Если основа новой системы исчисления равняется некоторой степени старой системы исчисления, то  алгоритм перевода очень простой: нужно сгруппировать справа налево разряды в  количестве, равном показателю степени и заменить эту группу разрядов соответствующим  символом новой системы исчисления. Этим алгоритмом удобно пользоваться при переводе  числа из двоичной системы исчисления в восьмиричную или шестнадцатиричную.  Например, 101102=10110=268, 10111002=101 1100=5C8 Перевод чисел из восьмиричной или шестнадцатиричной систем исчисления в двоичную  происходит по обратному правилу: один символ старой системы исчисления заменяется  группой разрядов новой системы исчисления, в количестве равном показателю степени  новой системы исчисления. Например, 4728=100 111010=1001110102,  B516=1011 0101=101101012 Как видим, если основа одной системы исчисления равняется некоторой степени другой,  то перевод очень простой. В противном случае пользуются правилами перевода числа из  одной позиционной системы исчисления в другую (чаще всего при переводе из двоичной,  восьмиричной и шшестнадцатиричной систем исчисления в десятичную, и наоборот). Алгоритмы перевода чисел из одной позиционной системы исчисление в другую 1. Для перевода чисел из системы исчисления с основой p в систему исчисления с основой  q, используя арифметику новой системы исчисления с основой q, нужно записать  коэффициенты разложения, основы степеней и показатели степеней в системе с основой q  и выполнить все действия в этой самой системе. Очевидно, что это правило удобно при  переводе в десятичную систему исчисления. Например: из шестнадцатиричной в десятичную: 92C816=9*1016 3+2*1016 2+C*1016 1+8*1016 0= 9*1610 3+2*1610 2+12*1610 1+8*1610 0=37576 из восьмиричной в десятичную: 7358=7*108 2+3*108 1+5*108 0= 7*810 2+3*810 1+5*810 0=47710 из двоичной в десятичную: 1101001012=1*102 7+0*210 1*210 8+1*210 8+1*102 6+1*210 7+ 0*102 5+ 0*210 6+1*102 4+0*210 5+0*102 3+1*210 4+0*102 2+0*210 3+ 1*102 2+0*102 1+1*102 0=  1+ 1*210 0=42110 2. Для перевода чисел из системы исчисления с основой p в систему исчисления с основой  q с использованием арифметики старой системы исчисления с основой p нужно:  для перевода целой части: o последовательно число, записанное в системе основой делить на основу новой  системы исчисления, выделяя остатки. Последние записанные в обратном  порядке, будут образовывать число в новой системе исчисления;  для перевода дробной части: o последовательно дробную часть умножать на основу новой системы  исчисления, выделяя целые части, которые и будут образовывать запись  дробной части числа в новой системе исчисления. Этим же правилом удобно пользоваться в случае перевода из десятичной системы  исчисления, поскольку ее арифметика для нас привычна. Пример: 999,3510=1111100111,010112 для целой части: для дробной части: Контрольные вопросы 1. Что такое система исчисления? 2. Какие типы систем исчисления вы знаете? 3. Что такое основа позиционной системы исчисления? 4. В чем состоит проблема выбора системы исчисления для представления чисел в  памяти компьютера? 5. Какая система исчисления используется для представления чисел в памяти  компьютера? Почему? 6. Каким образом осуществляется перевод чисел, если основа новой системы  исчисления равняется некоторой степени старой системы исчисления? 7. По какому правилу переводятся числа из десятичной системы исчисления Список рекомендованной литературы 1. Информатика. Компьютерная техника. Компьютерные технологии. / Пособие под  ред. О.И.Пушкаря.­ Издательский центр "Академия", Киев, ­ 2001 г. 2. Коцюбинский А.О., Грошев С.В. Современный самоучитель профессиональной  работы на компьютере. ­ Г.: Триумф, 1999 г. 3. Информатика. Базовый курс. / Под ред. С.В.Симоновича. ­ Спб., 2000 г. Лекция 3 "Архитектура вычислительной системы. Классификация компьютеров" Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной  обработки информации называют вычислительной техникой. Конкретный набор, связанных  между собою устройств, называют вычислительной системой. Центральным устройством  большинства вычислительных систем является электронная вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер. Архитектура компьютера Компьютер ­ это электронное устройство, которое выполняет операции ввода информации, хранения и обработки ее по определенной программе, вывод полученных результатов в  форме, пригодной для восприятия человеком. За любую из названных операций отвечают  специальные блоки компьютера:  устройство ввода,  центральный процессор,  запоминающее устройство,  устройство вывода. Все эти блоки состоят из отдельных меньших устройств. В частности, в центральный  процессор могут входить арифметико­логическое устройство (АЛУ), внутреннее  запоминающее устройство в виде регистров процессора и внутренней кэш­памяти,  управляющее устройство (УУ). Устройство ввода, как правило, тоже не является одной  конструктивной единицей. Поскольку виды входной информации разнообразны,  источников ввода данных может быть несколько. Это касается и устройств вывода. Схематично общая структура компьютера изображена на рис.1. Рис. 1. Общая структура компьютера Запоминающее устройство ­ это блок ЭВМ, предназначенный для временного (оперативная  память) и продолжительного (постоянная память) хранения программ, входных и  результирующих данных, а также промежуточных результатов. Информация в оперативной памяти сохраняется временно лишь при включенном питании, но оперативная память  имеет большее быстродействие. В постоянной памяти данные могут сохраняться даже при  отключенном компьютере, но скорость обмена данными между постоянной памятью и  центральным процессором, в подавляющем большинстве случаев, значительно меньше. Арифметико­логическое устройство ­ это блок ЭВМ, в котором происходит  преобразование данных по командам программы: арифметические действия над числами,  преобразование кодов и др. Управляющее устройство координирует работу всех блоков компьютера. В определенной  последовательности он выбирает из оперативной памяти команду за командой. Каждая  команда декодируется, по потребности элементы данных из указанных в команде ячеек  оперативной памяти передаются в АЛУ; АЛУ настраивается на выполнение действия,  указанной текущей командой (в этом действии могут принимать участие также устройства  ввода­вывода); дается команда на выполнение этого действия. Этот процесс будет  продолжаться до тех пор, пока не возникнет одна из следующих ситуаций: исчерпаны  входные данные, от одного из устройств поступила команда на прекращение работы,  выключено питание компьютера. Описанный принцип построения ЭВМ носит название архитектуры фон Неймана ­  американского ученого венгерского происхождения Джона фон Неймана, который ее  предложил. Современную архитектуру компьютера определяют следующие принципы: 1. Принцип программного управления. Обеспечивает автоматизацию процесса  вычислений на ЭВМ. Согласно этому принципу, для решения каждой задачи составляется программа, которая определяет последовательность действий  компьютера. Эффективность программного управления будет выше при решении  задачи этой же программой много раз (хотя и с разными начальными данными). 2. Принцип программы, сохраняемой в памяти. Согласно этому принципу, команды  программы подаются, как и данные, в виде чисел и обрабатываются так же, как и  числа, а сама программа перед выполнением загружается в оперативную память, что  ускоряет процесс ее выполнения. 3. Принцип произвольного доступа к памяти. В соответствии с этим принципом,  элементы программ и данных могут записываться в произвольное место оперативной  памяти, что позволяет обратиться по любому заданному адресу (к конкретному  участку памяти) без просмотра предыдущих. На основании этих принципов можно утверждать, что современный компьютер ­  техническое устройство, которое после ввода в память начальных данных в виде цифровых кодов и программы их обработки, выраженной тоже цифровыми кодами, способно  автоматически осуществить вычислительный процесс, заданный программой, и выдать  готовые результаты решения задачи в форме, пригодной для восприятия человеком. Реальная структура компьютера значительно сложнее, чем рассмотренная выше (ее можно  назвать логической структурой). В современных компьютерах, в частности персональных,  все чаще происходит отход от традиционной архитектуры фон Неймана, обусловленный  стремлением разработчиков и пользователей к повышению качества и производительности  компьютеров. Качество ЭВМ характеризуется многими показателями. Это и набор команд, которые компьютер способный понимать, и скорость работы (быстродействие)  центрального процессора, количество периферийных устройств ввода­вывода,  присоединяемых к компьютеру одновременно и т.д. Главным показателем является  быстродействие ­ количество операций, какую процессор способен выполнить за единицу  времени. На практике пользователя больше интересует производительность компьютера ­  показатель его эффективного быстродействия, то есть способности не просто быстро  функционировать, а быстро решать конкретные поставленные задачи. Как результат, все эти и прочие факторы способствуют принципиальному и  конструктивному усовершенствованию элементной базы компьютеров, то есть созданию  новых, более быстрых, надежных и удобных в работе процессоров, запоминающих  устройств, устройств ввода­вывода и т.д. Тем не менее, следует учитывать, что скорость  работы элементов невозможно увеличивать беспредельно (существуют современные  технологические ограничения и ограничения, обусловленные физическими законами). Поэтому разработчики компьютерной техники ищут решения этой проблемы  усовершенствованием архитектуры ЭВМ. Так, появились компьютеры с многопроцессорной архитектурой, в которой несколько  процессоров работают одновременно, а это означает, что производительность такого  компьютера равняется сумме производительностей процессоров. В мощных компьютерах,  предназначенных для сложных инженерных расчетов и систем автоматизированного  проектирования (САПР), часто устанавливают два или четыре процессора. В сверхмощных  ЭВМ (такие машины могут, например, моделировать ядерные реакции в режиме реального  времени, прогнозировать погоду в глобальном масштабе) количество процессоров  достигает нескольких десятков. Скорость работы компьютера существенным образом зависит от быстродействия  оперативной памяти. Поэтому, постоянно ведутся поиски элементов для оперативной  памяти, затрачивающих меньше времени на операции чтения­записи. Но вместе с  быстродействием возрастает стоимость элементов памяти, поэтому наращивание  быстродействующей оперативной памяти нужной емкости не всегда приемлемо  экономически. Проблема решается построением многоуровневой памяти. Оперативная память состоит из  двух­трех частей: основная часть большей емкости строится на относительно медленных  (более дешевых) элементах, а дополнительная (так называемая кэш­память) состоит из  быстродействующих элементов. Данные, к которым чаще всего обращается процессор  находятся в кэш­памяти, а больший объем оперативной информации хранится в основной  памяти. Раньше работой устройств ввода­вывода руководил центральный процессор, что занимало  немало времени. Архитектура современных компьютеров предусматривает наличие  каналов прямого доступа к оперативной памяти для обмена данными с устройствами  ввода­вывода без участия центрального процессора, а также передачу большинства  функций управления периферийными устройствами специализированным процессорам,  разгружающим центральный процессор и повышающим его производительность. Методы классификации компьютеров Номенклатура видов компьютеров сегодня огромная: машины различаются по назначению,  мощности, размерам, элементной базе и т.д. Поэтому классифицируют ЭВМ по разным  признакам. Следует заметить, что любая классификация является в некоторой мере  условной, поскольку развитие компьютерной науки и техники настолько бурное, что,  например, сегодняшняя микроЭВМ не уступает по мощности миниЭВМ пятилетней давности и даже суперкомпьютерам недавнего прошлого. Кроме того, зачисление  компьютеров к определенному классу довольно условно через нечеткость разделения  групп, так и вследствии внедрения в практику заказной сборки компьютеров, где  номенклатуру узлов и конкретные модели адаптируют к требованиям заказчика.  Рассмотрим распространенные критерии классификации компьютеров. Классификация по назначению  большие электронно­вычислительные машины (ЭВМ);  миниЭВМ;  микроЭВМ;  персональные компьютеры. Большие ЭВМ (Main Frame) Применяют для обслуживания крупных областей народного хозяйства. Они  характеризуются 64­разрядными параллельно работающими процессорами (количество  которых достигает до 100), интегральным быстродействием до десятков миллиардов  операций в секунду, многопользовательским режимом работы. Доминирующее положение в выпуске компьютеров такого класса занимает фирма IBM (США). Наиболее известными  моделями суперЭВМ являются: IBM 360, IBM 370, IBM ES/9000, Cray 3, Cray 4, VAX­100, Hitachi, Fujitsu VP2000. На базе больших ЭВМ создают вычислительный центр, который содержит несколько  отделов или групп (структура которого изображена на рис. 2). Штат обслуживания ­  десятки людей. группа  технического  обслуживания центральний  процессор группа подготовки  данных группа системных  программистов отдел выдачи  результатов группа прикладных  программистов   группа  информационной  поддержки   Рис.2. Структура вычислительного центра на базе большой ЭВМ Центральный процессор ­ основной блок ЭВМ, в котором происходит обработка данных и  вычисление результатов. Представляет собой несколько системных блоков в отдельной  комнате, где поддерживается постоянная температура и влажность воздуха. Группа системного программирования ­ занимается разработкой, отладкой и внедрением  программного обеспечения, необходимого для функционирования вычислительной  системы. Системные программы обеспечивают взаимодействие программ с оборудованием, то есть программно­аппаратный интерфейс вычислительной системы. Группа прикладного программирования ­ занимается созданием программ для выполнения  конкретных действий с данными, то есть обеспечение пользовательского интерфейса  вычислительной системы. Группа подготовки данных ­ занимается подготовкой данных, которые будут обработаны  на прикладных программах, созданных прикладными программистами. В частности, это  набор текста, сканирование изображений, заполнение баз данных. Группа технического обеспечения ­ занимается техническим обслуживанием всей  вычислительной системы, ремонтом и отладкой аппаратуры, подсоединением новых  устройств. Группа информационного обеспечения ­ обеспечивает технической информацией все  подразделения вычислительного центра, создает и сохраняет архивы разработанных  программ (библиотеки программ) и накопленных данных (банки данных). Отдел выдачи данных ­ получает данные от центрального процессора и превращает их в  форму, удобную для заказчика (распечатка). Большим ЭВМ присуща высокая стоимость оборудования и обслуживания, поэтому работа организована непрерывным циклом. МиниЭВМ Похожа на большие ЭВМ, но меньших размеров. Используют на крупных предприятиях,  научных учреждениях и организациях. Часто используют для управления  производственными процессами. Характеризуются мультипроцессорной архитектурой,  подключением до 200 терминалов, дисковыми запоминающими устройствами, которые  наращиваются до сотен гигабайт, разветвленной периферией. Для организации работы с  миниЭВМ, нужен вычислительный центр, но меньший чем для больших ЭВМ. МикроЭВМ Доступны многим учреждениям. Для обслуживания достаточно вычислительной  лаборатории в составе нескольких человек, с наличием прикладных программистов.  Необходимые системные программы покупаются вместе с микроЭВМ, разработку  прикладных программ заказывают в больших вычислительных центрах или  специализированных организациях. Программисты вычислительной лаборатории занимаются внедрением приобретенного или  заказанного программного обеспечения, выполняют его настройку и согласовывают его  работу с другими программами и устройствами компьютера. Могут вносить изменения в  отдельные фрагменты программного и системного обеспечения. Персональные компьютеры Бурное развитие приобрели в последние 20 лет. Персональный компьютер (ПК)  предназначен для обслуживания одного рабочего места и способен удовлетворить  потребности малых предприятий и отдельных лиц. С появлением Интернета популярность  ПК значительно возросла, поскольку с помощью персонального компьютера можно  пользоваться научной, справочной, учебной и развлекательной информацией. Персональные компьютеры условно можно поделить на профессиональные и бытовые, но в  связи с удешевлением аппаратного обеспечения, грань между ними размывается. С 1999  года введен международный сертификационный стандарт ­ спецификация РС99:  массовый персональный компьютер (Consumer PC)  деловой персональный компьютер (Office PC)  портативный персональный компьютер (Mobile PC)  рабочая станция (WorkStation)  развлекательный персональный компьютер (Entertaiment PC) Большинство персональных компьютеров на рынке подпадают до категории массовых ПК.  Деловые ПК ­ имеют минимум средств воспроизведения графики и звука. Портативные ПК отличаются наличием средств коммуникации отдаленного доступа (компьютерная связь).  Рабочие станции ­ увеличенные требования к устройствам хранения данных.  Развлекательные ПК ­ основной акцент на средствах воспроизведения графики и звука. Классификация по уровню специализации  универсальные;  специализированные. На базе универсальных ПК можно создать любую конфигурацию для работы с графикой,  текстом, музыкой, видео и т.п.. Специализированные ПК созданы для решения конкретных  задач, в частности, бортовые компьютеры в самолетах и автомобилях. Специализированные миниЭВМ для работы с графикой (кино­ видеофильмы, реклама) называются  графическими станциями. Специализированные компьютеры, объединяющие компьютеры в единую сеть, называются файловыми серверами. Компьютеры, обеспечивающие передачу  информации через Интернет, называются сетевыми серверами. Классификация по размеру  настольные (desktop);  портативные (notebook);  карманные (palmtop). Наиболее распространенными являются настольные ПК, которые позволяют легко  изменять конфигурацию. Портативные удобны для пользования, имеют средства  компьютерной связи. Карманные модели можно назвать "интеллектуальными" записными  книжками, разрешают хранить оперативные данные и получать к ним быстрый доступ. Классификация по совместимости Существует великое множество типов компьютеров, которые собираются из деталей,  изготовленных разными производителями. Важным является совместимость обеспечения  компьютера:  аппаратная совместимость (платформа IBM PC и Apple Macintosh)   совместимость на уровне операционной системы;  программная совместимость;  совместимость на уровне данных. Контрольные вопросы 1. Что такое архитектура компьютера? Общая структура компьютера? 2. Принципы современной архитектуры компьютера? 3. Методы классификации компьютеров? Классификация по назначению? 4. Большие ЭВМ (Main Frame)? Структура вычислительного центра на базе большой  ЭВМ? 5. МиниЭВМ? МикроЭВМ? 6. Персональные компьютеры? Классификация по международному  сертификационному стандарту? 7. Классификация по уровню специализации? Классификация по размеру?  Классификация по совместимости? Список рекомендованной литературы 1. Информатика. Базовый курс. / Под ред. С.В.Симоновича. ­ СПб., 2000 г. 2. А.П.Микляев, Настольная книга пользователя IBM PC 3­издание М.:, "Солон­Р",  2000, 720 с. 3. Симонович С.В., Евсеев Г.А., Мураховский В.И. Вы купили компьютер: Полное  руководство для начинающих в вопросах и ответах. ­ М.: АСТ­ПРЕСС КНИГА;  Инфорком­Пресс, 2001.­ 544 с.: ил. (1000 советов). 4. Ковтанюк Ю.С., Соловьян С.В. Самоучитель работы на персональном компьютере ­  К.:Юниор, 2001.­ 560с., ил. Лекция 4 "Персональный компьютер: системная плата" Компьютер ­ это универсальная техническая система, способная четко выполнять  последовательность операций определенной программы. Персональным компьютером (ПК) может пользоваться один человек без помощи обслуживающего персонала. Взаимодействие с пользователем происходит через много сред, от алфавитно­цифрового или графического  диалога с помощью дисплея, клавиатуры и мышки до устройств виртуальной реальности. Конфигурацию ПК можно изменять по мере необходимости. Но, существует понятие  базовой конфигурации, которую можно считать типичной:  системный блок;  монитор;  клавиатура;  мышка. Компьютеры выпускаются и в портативном варианте (laptop или notebook выполнение). В  этом случае, системный блок, монитор и клавиатура размещены в одном корпусе:  системный блок находится под клавиатурой, а монитор встроен в крышку. Системный блок ­ основная составляющая ПК, в середине которой находятся важнейшие  компоненты. Устройства, находящиеся в середине системного блока называют  внутренними, а устройства, подсоединенные извне называют внешними. Внешние  дополнительные устройства, предназначенные для ввода и вывода информации называются  также периферийными. По внешнему виду, системные блоки отличаются формой корпуса, который может быть  горизонтального (desktop) или вертикального (tower) выполнение. Корпусы вертикального  выполнения могут иметь разные размеры: полноразмерный (BigTower), среднеразмерный  (MidiTower), малоразмерный (MiniTower). Корпусы горизонтального выполнения бывают  двух форматов: узкий (Full­AT) и очень узкий (Baby­AT). Корпусы персональных  компьютеров имеют разные конструкторские особенности и дополнительные элементы  (элементы блокировки несанкционированного доступа, средства контроля внутренней  температуры, шторки от пыли). Корпусы поставляются вместе с блоком питания, мощность которого является одним из  параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной является мощность 200­250 Вт. Основные узлы системного блока:  электрические платы, руководящие работой компьютера (микропроцессор,  оперативная память, контроллеры устройств и т.п.);  накопитель на жестком диске (винчестер), предназначенный для чтения или записи  информации;  накопители (дисководы) для гибких магнитных дисков (дискет). Основной платой ПК является материнская плата (MotherBoard). На ней  расположенны:  процессор ­ основная микросхема, выполняющая математические и логические  операции;  чипсет (микропроцессорный комплект) ­ набор микросхем, которые руководят  работой внутренних устройств ПК и определяют основные функциональные  возможности материнской платы;  шины ­ набор проводников, по которым происходит обмен сигналами между  внутренними устройствами компьютера;  оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) ­ набор микросхем, предназначенных  для временного сохранения данных, пока включен компьютер;  постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) ­ микросхема, предназначенная для  долговременного хранения данных, даже при отключенном компьютере;  разъемы для подсоединения дополнительных устройств (слоты). Процессор Процессор ­ это главная микросхема компьютера, его "мозг". Он разрешает выполнять  программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех устройств  компьютера. Скорость его работы определяет быстродействие компьютера.  Конструктивно, процессор ­ это кристалл кремния очень маленьких размеров. Процессор  имеет специальные ячейки, которые называются регистрами. Именно в регистрах  помещаются команды, которые выполняются процессором, а также данные, которыми  оперируют команды. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной  последовательности команд и данных и их выполнении. На этом и базируется выполнение  программ. В ПК обязательно должен присутствовать центральный процессор (Central Rpocessing Unit  ­ CPU), который выполняет все основные операции. Часто ПК оснащен дополнительными  сопроцесорами, ориентированными на эффективное выполнение специфических функций,  такие как, математический сопроцесор для обработки числовых данных в формате с  плавающей точкой, графический сопроцесор для обработки графических изображений,  сопроцесор ввода/вывода для выполнения операции взаимодействия с периферийными  устройствами. Основными параметрами процессоров являются:  тактовая частота,  разрядность,  рабочее напряжение,  коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты,  размер кеш памяти. Тактовая частота определяет количество элементарных операций (тактов), выполняемые  процессором за единицу времени. Тактовая частота современных процессоров измеряется в МГц (1 Гц соответствует выполнению одной операции за одну секунду, 1 МГц=106 Гц).  Чем больше тактовая частота, тем больше команд может выполнить процессор, и тем  больше его производительность. Первые процессоры, которые использовались в ПК  работали на частоте 4,77 МГц, сегодня рабочие частоты современных процессоров  достигают отметки в 2 ГГц (1 ГГц = 103 МГц). Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в  своих регистрах за один такт. Разрядность процессора определяется разрядностью  командной шины, то есть количеством проводников в шине, по которой передаются  команды. Современные процессоры семейства Intel являются 32­разрядными. Рабочее напряжение процессора обеспечивается материнской платой, поэтому разным  маркам процессоров отвечают разные материнские платы. Рабочее напряжение  процессоров не превышает 3 В. Снижение рабочего напряжения разрешает уменьшить  размеры процессоров, а также уменьшить тепловыделение в процессоре, что разрешает  увеличить его производительность без угрозы перегрева. Коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты ­ это коэффициент, на который  следует умножить тактовую частоту материнской платы, для достижения частоты  процессора. Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы, которая из  чисто физических причин не может работать на таких высоких частотах, как процессор. На сегодня тактовая частота материнских плат составляет 100­133 Мгц. Для получения более  высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение на коэффициент 4, 4.5, 5 и больше. Кэш­память. Обмен данными внутри процессора происходит намного быстрее, чем обмен  данными между процессором и оперативной памятью. Поэтому, для того чтобы уменьшить  количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают так называемую  сверхоперативную или кэш­память. Когда процессору нужны данные, он сначала  обращается к кэш­памяти, и только тогда, когда там отсутствуют нужные данные,  происходит обращение к оперативной памяти. Чем больше размер кэш­памяти, тем  большая вероятность, что необходимые данные находятся там. Поэтому  высокопроизводительные процессоры имеют повышенные объемы кэш­памяти. Различают кэш­память первого уровня (выполняется на одном кристалле с процессором и  имеет объем порядка несколько десятков Кбайт), второго уровня (выполняется на  отдельном кристалле, но в границах процессора, с объемом в сто и более Кбайт) и третьего уровня (выполняется на отдельных быстродействующих микросхемах с расположением на  материнской плате и имеет объем один и больше Мбайт). В процессе работы процессор обрабатывает данные, находящиеся в его регистрах,  оперативной памяти и внешних портах процессора. Часть данных интерпретируется как  собственно данные, часть данных ­ как адресные данные, а часть ­ как команды.  Совокупность разнообразных команд, которые может выполнить процессор над данными,  образовывает систему команд процессора. Чем больше набор команд процессора, тем  сложнее его архитектура, тем длиннее запись команд в байтах и тем дольше средняя  продолжительность выполнения команд. Процессоры Intel, используемые в IBM­совместных ПК, насчитывают более тысячи команд  и относятся к процессорам с расширенной системой команд ­ CISC­процессоров (CISC ­  Complex Instruction Set Computing). В противоположность CISC­процессорам разработаны  процессоры архитектуры RISC с сокращенной системой команд (RISC ­ Reduced Instruction Set Computing). При такой архитектуре количество команд намного меньше, и каждая  команда выполняется быстрее. Таким образом, программы, состоящие из простых команд  выполняются намного быстрее на RISC­процессорах. Обратная сторона сокращенной  системы команд состоит в том, что сложные операции приходится эмулировать далеко не  всегда эффективной последовательностью более простых команд. Поэтому CISC­ процессоры используются в универсальных компьютерных системах, а RISC­процессоры ­ в специализированных. Для ПК платформы IBM PC доминирующими являются CISC­ процессоры фирмы Intel, хотя в последнее время компания AMD изготовляет процессоры  семейства AMD­K6, которые имеют гибридную архитектуру (внутреннее ядро этих  процессоров выполненное по RISC­архитектуре, а внешняя структура ­ по архитектуре  CISC). В компьютерах IBM PC используют процессоры, разработанные фирмой Intel, или  совместимые с ними процессоры других фирм, относящиеся к семейству x86.  Родоначальником этого семейства был 16­разрядный процессор Intel 8086. В дальнейшем  выпускались процессоры Intel 80286, Intel 80386, Intel 80486 с модификациями, разные  модели Intel Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III.  Новейшей моделью фирмы Intel является процессор Pentium IV. Среди других фирм­ производителей процессоров следует отметить AMD с моделями AMD­K6, Athlon, Duron и Cyrix. Шины С другими устройствами, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан  группами проводников, которые называются шинами. Основных шин три:  шина данных,  адресная шина,  командная шина. Адресная шина. Данные, которые передаются по этой шине трактуются как адреса ячеек  оперативной памяти. Именно из этой шины процессор считывает адреса команд, которые  необходимо выполнить, а также данные, с которыми оперируют команды. В современных  процессорах адресная шина 32­разрядная, то есть она состоит из 32 параллельных  проводников. Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в  регистры процессора и наоборот. В ПК на базе процессоров Intel Pentium шина данных 64­ разрядная. Это означает, что за один такт на обработку поступает сразу 8 байт данных. Командная шина. По этой шине из оперативной памяти поступают команды, выполняемые  процессором. Команды представлены в виде байтов. Простые команды вкладываются в  один байт, но есть и такие команды, для которых нужно два, три и больше байта.  Большинство современных процессоров имеют 32­разрядную командную шину, хотя  существуют 64­разрядные процессоры с командной шиной. Шины на материнской плате используются не только для связи с процессором. Все другие  внутренние устройства материнской платы, а также устройства, которые подключаются к  ней, взаимодействуют между собой с помощью шин. От архитектуры этих элементов во  многом зависит производительность ПК в целом. Основные шинные интерфейсы материнских плат: ISA (Industry Standard Architecture). Разрешает связать между собой все устройства  системного блока, а также обеспечивает простое подключение новых устройств через  стандартные слоты. Пропускная способность составляет до 5,5 Мбайт/с. В современных  компьютерах может использоваться лишь для подсоединения внешних устройств, которые  не требуют большей пропускной способности (звуковые карты, модемы и т.д.). EISA (Extended ISA). Расширение стандарта ISA. Пропускная способность возросла до 32  Мбайт/с. Как и стандарт ISA, этот стандарт исчерпал свои возможности и в будущем  выпуск плат, которые поддерживают эти интерфейсы прекратится. VLB (VESA Local Bus). Интерфейс локальной шины стандарта VESA. Локальная шина  соединяет процессор с оперативной памятью в обход основной шины. Она работает на  большей частоте, чем основная шина, и позволяет увеличить скорость передачи данных. Позже, в локальную шину "врезали" интерфейс для подключения видеоадаптера, который  требует повышенной пропускной способности, что и привело к появлению стандарта VLB.  Пропускная способность ­ до 130 Мбайт/с, рабочая тактовая частота ­ 50 МГц, но она  зависит от количества устройств, подсоединенных к шине, что является главным  недостатком интерфейса VLB. PCI (Peripherial Component Interconnect). Стандарт подключения внешних устройств,  введенный в ПК на базе процессора Pentium. По своей сути, это интерфейс локальной  шины с разъемами для подсоединения внешних компонентов. Данный интерфейс  поддерживает частоту шины до 66 МГц и обеспечивает быстродействие до 264 Мбайт/с  независимо от количества подсоединенных устройств. Важным нововведением этого  стандарта является поддержка механизма plug­and­play, суть которого состоит в том, что  после физического подключения внешнего устройства к разъему шины PCI происходит  автоматическая конфигурация этого устройства. FSB (Front Side Bus). Начиная с процессора Pentium Pro для связи с оперативной памятью  используется специальная шина FSB. Эта шина работает на частоте 100­133 МГц и имеет  пропускную способность до 800 Мбайт/с. Частота шины FSB является основным  параметром, именно она указывается в спецификации материнской платы. За шиной PCI  осталась лишь функция подключения новых внешних устройств. AGP (Advanced Graphic Port). Специальный шинный интерфейс для подключения  видеоадаптеров. Разработан в связи с тем, что параметры шины PCI не отвечают  требованиям видеоадаптеров по быстродействию. Частота этой шины ­ 33 или 66 МГц,  пропускная способность до 1066 Мбайт/с. USB (Universal Serial Bus). Стандарт универсальной последовательной шины определяет  новый способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он разрешает  подключать до 256 разных устройств с последовательным интерфейсом, причем  устройства могут подсоединяться цепочкой. Производительность шины USB относительно  небольшая и составляет 1,55 Мбит/с. Среди преимуществ этого стандарта следует  отметить возможность подключать и отключать устройства в "горячем режиме" (то есть  без перезагрузки компьютера), а также возможность объединения нескольких компьютеров в простую сеть без использования специального аппаратного и программного обеспечения. Внутренняя память Под внутренней памятью понимают все виды запоминающих устройств, расположенные на  материнской плате. К ним относятся оперативная память, постоянная память и  энергонезависимая память. Оперативная память RAM (Random Access Memory) Память RAM ­ это массив кристаллических ячеек, способных сохранять данные. Она  используется для оперативного обмена информацией (командами и данными) между  процессором, внешней памятью и периферийными системами. Из нее процессор берет  программы и данные для обработки, в нее записываются полученные результаты. Название  "оперативная" происходит от того, что она работает очень быстро и процессору не нужно  ждать при считывании данных из памяти или записи. Однако, данные сохраняются лишь  временно при включенном компьютере, иначе они исчезают. По физическому принципу действия различают динамическую память DRAM и  статическую память SRAM.  Ячейки динамической памяти можно представить в виде микроконденсаторов, способных  накапливать электрический заряд. Недостатки памяти DRAM: медленнее происходит  запись и чтение данных, требует постоянной подзарядки. Преимущества: простота  реализации и низкая стоимость. Ячейки статической памяти можно представить как электронные микроэлементы ­  триггеры, состоящие из транзисторов. В триггере сохраняется не заряд, а состояние  (включенный/выключенный). Преимущества памяти SRAM: значительно большее  быстродействие. Недостатки: технологически более сложный процесс изготовления, и  соответственно, большая стоимость. Микросхемы динамической памяти используются как основная оперативная память, а  микросхемы статической ­ для кэш­памяти. Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, выраженный числом. В современных ПК на базе  процессоров Intel Pentuim используется 32­разрядная адресация. Это означает, что всего  независимых адресов есть 232, то есть возможное адресное пространство составляет 4,3  Гбайт. Однако, это еще не означает, что именно столько оперативной памяти может быть в  системе. Предельный размер объема памяти определяется чипсетом материнской платы и  обычно составляет несколько сотен мегабайт. Оперативная память в компьютере размещена на стандартных панельках, которые  называются модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие  разъемы на материнской плате. Конструктивно модули памяти имеют два выполнения ­  однорядные (SIMM ­ модули) и двурядные (DIMM ­ модули). На компьютерах с  процессорами Pentium однорядные модули можно применять лишь парами (количество  разъемов для их установления на материнской плате всегда четное). DIMM ­ модули  можно устанавливать по одному. Комбинировать на одной плате разные модули нельзя. Основные характеристики модулей оперативной памяти:  объем памяти,  время доступа. SIMM ­ модули имеют объем 4, 8, 16, 32, 64 мегабайт; DIMM ­ модули ­ 16, 32, 64, 128,  256, 512 Мбайт. Время доступа показывает, сколько времени необходимо для обращения к  ячейкам памяти, чем меньше, тем лучше. Измеряется в наносекундах. SIMM ­ модули ­ 50­ 70 нс, DIMM ­ модули ­ 7­10 нс. Постоянная память ROM (Read Only Memory) В момент включения компьютера в его оперативной памяти отсутствуют любые данные,  поскольку оперативная память не может сохранять данные при отключенном компьютере.  Но процессору необходимы команды, в том числе и сразу после включения. Поэтому  процесор обращается по специальному стартовому адресу, который ему всегда известен, за своей первой командой. Этот адрес указывает на память, которую принято называть  постоянной памятью ROM или постоянным запоминающим устройством (ПЗУ).  Микросхема ПЗУ способна продолжительное время сохранять информацию, даже при  отключенном компьютере. Говорят, что программы, которые находятся в ПЗУ, "зашиты" в  ней ­ они записываются туда на этапе изготовления микросхемы. Комплект программ,  находящийся в ПЗУ образовывает базовую систему ввода/вывода BIOS (Basic Input Output  System). Основное назначение этих программ состоит в том, чтобы проверить состав и  трудоспособность системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором,  жесткими и гибкими дисками.  Энергонезависимая память CMOS Работа таких стандартных устройств, как клавиатура, может обслуживаться программами  BIOS, но такими средствами невозможно обеспечить роботу со всеми возможными  устройствами (в связи с их огромным разнообразием и наличием большого количества  разных параметров). Но для своей работы программы BIOS требуют всю информацию о  текущей конфигурации системы. По очевидной причине эту информацию нельзя сохранять  ни в оперативной памяти, ни в постоянной. Специально для этих целей на материнской  плате есть микросхема энергонезависимой памяти, которая называется CMOS. От  оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не исчезает при отключении  компьютера, а от постоянной памяти она отличается тем, что данные можно заносить туда и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав  системы. Микросхема памяти CMOS постоянно питается от небольшой батарейки, расположенной  на материнской плате. В этой памяти сохраняются данные про гибкие и жесткие диски,  процессоры и т.д. Тот факт, что компьютер четко отслеживает дату и время, также связанн с тем, что эта информация постоянно хранится (и обновляется) в памяти CMOS. Таким  образом, программы BIOS считывают данные о составе компьютерной системы из  микросхемы CMOS, после чего они могут осуществлять обращение к жесткому диску и  другим устройствам. Контрольные вопросы 1. Что такое материнская плата? Какие компоненты персонального компьютера на ней  находятся? 2. В чем состоит выполнение программ центральным процессором? 3. Какие основные параметры процессора? Что характеризует тактовая частота и в  каких единицах она измеряется? 4. Что такое кэш­память? Уровни кэш­памяти? 5. Для чего предназначенны шины? Какие есть типы шин? 6. Какие шинные интерфейсы материнской платы вы знаете? 7. Чем отличается оперативная память от постоянной памяти? 8. Что такое RISC­процессоры? В чем состоит их отличие от CISC­процессоров? 9. В какой памяти сохраняются программы BIOS? 10.Какая информация сохраняется в энергонезависимой памяти? 11.Какие вы знаете типы оперативной памяти? Какая между ними разница? Список рекомендованной литературы 1. Информатика. Базовый курс. / Под ред. С.В.Симоновича. ­ СПб., 2000 г. 2. А.П.Микляев, Настольная книга пользователя IBM PC 3­издание М.:, "Солон­Р",  2000, 720 с. 3. Симонович С.В., Евсеев Г.А., Мураховский В.И. Вы купили компьютер: Полное  руководство для начинающих в вопросах и ответах. ­ М.: АСТ­ПРЕСС КНИГА;  Инфорком­Пресс, 2001.­ 544 с.: ил. (1000 советов). 4. Ковтанюк Ю.С., Соловьян С.В. Самоучитель работы на персональном компьютере ­  К.:Юниор, 2001.­ 560с., ил. Лекция 5 "Персональный компьютер: внешняя память" Внешняя память ­ это память, реализованная в виде внешних, относительно материнской  платы, устройств с разными принципами хранения информации и типами носителя,  предназначенных для долговременного хранения информации. В частности, в внешней  памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Устройства внешней памяти  могут размещаться как в системном блоке компьютера, так и в отдельных корпусах.  Физически, внешняя память реализована в виде накопителей. Накопители ­ это  запоминающие устройства, предназначенные для продолжительного (что не зависит от  электропитания) хранения больших объемов информации. Емкость накопителей в сотни  раз превышает емкость оперативной памяти или вообще неограниченная, когда речь идет о  накопителях со сменными носителями. Накопитель можно рассматривать как совокупность носителя и соответствующего  привода. Различают накопители с сменными и постоянными носителями. Привод ­ это  объединение механизма чтения­записи с соответствующими электронными схемами  управления. Его конструкция определяется принципом действия и видом носителя.  Носитель ­ это физическая среда хранения информации, по внешнему виду может быть  дисковым или ленточным. По принципу запоминания различают магнитные, оптические и  магнитооптичческие носители. Ленточные носители могут быть лишь магнитными, в  дисковых носителях используют магнитные, магнитооптические и оптические методы  записи­считывания информации. Самыми распространенными являются накопители на магнитных дисках, которые делятся  на накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) и накопители на гибких магнитных  дисках (НГМД), и накопители на оптических дисках, такие как накопители CD­ROM, CD­ R, CD­RW и DVD­ROM. Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) НЖМД ­ это основное устройство для долговременного хранения больших объемов  данных и программ. Другие названия: жесткий диск, винчестер, HDD (Hard Disk Drive). Внешне, винчестер представляет собой плоскую, герметически закрытую коробку, внутри  которой находятся на общей оси находятся несколько жестких алюминиевых или  стеклянных пластинок круглой формы. Поверхность любого из дисков покрыта тонким  ферромагнитным слоем (вещество, которое реагирует на внешнее магнитное поле),  собственно на нем хранятся записанные данные. При этом запись проводится на обе  поверхности каждой пластины (кроме крайних) с помощью блока специальных магнитных  головок. Каждая головка находится над рабочей поверхностью диска на расстоянии 0,5­ 0,13 мкм. Пакет дисков вращается непрерывно и с большой частотой (4500­10000 об/мин),  поэтому механический контакт головок и дисков недопустим. Запись данных в жестком диске осуществляется следующим образом. При изменении силы  тока, проходящего через головку, происходит изменение напряженности динамического  магнитного поля в щели между поверхностью и головкой, что приводит к изменению  стационарного магнитного поля ферромагнитных частей покрытия диска. Операция  считывания происходит в обратном порядке. Намагниченные частички ферромагнитного  покрытия являются причиной электродвижущей силы самоиндукции магнитной головки.  Электромагнитные сигналы, которые возникают при этом, усиливаются и передаются на  обработку. Работой винчестера руководит специальное аппаратно­логическое устройство ­ контроллер жесткого диска. В прошлом это была отдельная дочерняя плата, которую подсоединяли  через слоты к материнской плате. В современных компьютерах функции контроллера  жесткого диска выполняют специальные микросхемы, расположенные в чипсете. В накопителе может быть до десяти дисков. Их поверхность разбивается на круги, которые называются дорожками (track). Каждая дорожка имеет свой номер. Дорожки с  одинаковыми номерами, расположенные одна над другой на разных дисках образуют  цилиндр. Дорожки на диске разбиты на секторы (нумерация начинается с единицы). Сектор занимает 571 байт: 512 отведено для записи нужной информации, остальные под заголовок  (префикс), определяющий начало и номер секции и окончание (суффикс), где записана  контрольная сумма, нужная для проверки целостности хранимых данных. Секторы и  дорожки образуются во время форматирования диска. Форматирование выполняет  пользователь с помощью специальных программ. На неформатированный диск не может  быть записана никакая информация. Жесткий диск можно разбить на логические диски.  Это удобно, поскольку наличие нескольких логических дисков упрощает структуризацию  данных, хранящихся на жестком диске. Существует огромное количество разных моделей жестких дисков многих фирм, таких как Seagate, Maxtor, Quantum, Fujitsu и т.д. Для обеспечения совместимости винчестеров,  разработаны стандарты на их характеристики, определяющие номенклатуру соединительных проводников, их размещение в переходных разъемах, электрические  параметры сигналов. Распространенными являются стандарты интерфейсов IDE (Integrated  Drive Electronics) или ATA и более продуктивные EIDE (Enhanced IDE) и SCSI (Small  Computer System Interface). Характеристики интерфейсов, с помощью которых винчестеры  связаны с материнской платой, в значительной степени определяют производительность  современных жестких дисков. Среди других параметров, которые влияют на быстродействие HDD следует  отметить следующие:  скорость обращения дисков ­ в наше время выпускаются накопители EIDE с  частотой обращения 4500­7200 об/мин, и накопители SCSI ­ 7500­10000 об/мин;  емкость кэш­памяти ­ во всех современных дисковых накопителях устанавливается  кэш­буфер, ускоряющий обмен данными; чем больше его емкость, тем выше  вероятность того, что в кэш­памяти будет необходимая информация, которую не  надо считывать с диска (этот процесс в тысячи раз медленней); емкость кэш­буфера  в разных устройствах может изменяться в границах от 64 Кбайт до 2Мбайт;  среднее время доступа ­ время (в миллисекундах), на протяжении которого блок  головок смещается с одного цилиндра на другой. Зависит от конструкции привода  головок и составляет приблизительно 10­13 миллисекунд;  время задержки ­ это время от момента позиционирования блока головок на нужный  цилиндр до позицирования конкретной головки на конкретный сектор, другими  словами, это время поиска нужного сектора;  скорость обмена ­ определяет объемы данных, которые могут быть переданы из  накопителя к микропроцессору и в обратном направлении за определенные  промежутки времени; максимальное значение этого параметра равно пропускной  способности дискового интерфейса и зависит от того, какой режим используется:  PIO или DMA; в режиме PIO обмен данными между диском и контроллером  происходит при непосредственном участии центрального процессора, чем больше  номер режима PIO, тем выше скорость обмена; работа в режиме DMA (Direct  Memory Access) разрешает передавать данные непосредственно в оперативную  память без участия процессора; скорость передачи данных в современных жестких  дисках колеблется в диапазоне 30­60 Мбайт/с. Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) НГМД или дисковод вмонтирован в системный блок. Гибкие носители для НГМД  выпускают в виде дискет (другое название флоппи­диск). Собственно, носитель ­ это  плоский диск со специальной, достаточно плотной пленкой, покрытой ферромагнитным  слоем и помещенной в защитный конверт с подвижной задвижкой в верхней части. Дискеты используются, в основном, для оперативного переноса небольших объемов информации с  одного компьютера на другой. Данные, записанные на дискете можно защитить от стирания или перезаписи. Для этого нужно передвинуть маленькую защитную задвижку в нижней  части дискеты таким образом, чтобы образовалось открытое окошко. Для того, чтобы  разрешить запись, эту задвижку следует переместить назад и закрыть окошко. Лицевая панель дисковода выведена на переднюю панель системного блока, на ней  расположены карман, закрытый шторкой, куда вставляют дискету, кнопка для вынимания  дискеты и лампочка­индикатор. Дискета вставляется в дисковод верхней задвижкой  вперед, ее нужно вставить в карман накопителя и плавно продвинуть вперед до щелчка.  Правильное направление вставления дискеты помечено стрелкой на пластиковом корпусе.  Чтобы вынуть дискету из накопителя, нужно нажать на его кнопку. Световой индикатор на  дисководе показывает, что устройство занято (если лампочка горит, вынимать дискету не  рекомендуется). В отличие от жесткого диска, диск в НГМД приводится во вращение  только при команде чтения или записи, в другое время он находится в покое. Головка  чтения­записи во время работы механически контактирует с поверхностью дискеты, что  приводит к быстрому изнашиванию дискет. Как и в случае жесткого диска, поверхность гибкого диска разбивается на дорожки,  которые в свою очередь разбиваются на секторы. Секторы и дорожки получаются во время  форматирования дискеты. Сейчас дискеты поставляются отформатироваными. Основными параметрами дискеты является технологический размер (в дюймах), плотность  записи и полная емкость. По размерам различают 3,5­дюймовые дискеты и 5,25­дюймовые  дискеты (сейчас уже не используются). Плотность записи может быть простой SD (Single  Density), двойной DD (Double Density) и высокой HD (High Density). Стандартная емкость  3,5­дюймовой дискеты ­ 1,44 Мбайт, возможно использование дискет емкостью 720 Кбайт.  В настоящее время стандартом являются дискеты размером 3,5 дюйма, высокой плотности  HD, имеющие емкость 1,44 Мбайта. Во время пользования дискетой следует придерживаться таких правил:  не касаться рабочей поверхности дискеты;  не выгибать дискету;  не снимать металлическую задвижку, загрязненная дискета может повредить головки ;  сохранять дискеты подальше от источника магнитных полей;  перед использованием проверить дискету на наличие вирусов с помощью  антивирусной программы. Накопители на оптических дисках Накопитель CD­ROM Начиная с 1995 года в базовую конфи­гурацию персонального компьютера вместо  дисководов на 5,25 дюймов начали включать дисковод CD­ROM. Аббревиатура CD­ROM  (Compact Disk Read Only Memory) переводится как постоянное запоминающее устройство  на основе компакт­дисков. Принцип действия этого устройства состоит в считывании  цифровых данных с помощью лазерного луча, который отражается от поверхности диска. В качестве носителя информации используется обычный компакт­диск CD. Цифровая запись  на компакт­диск отличается от записи на магнитные диски высокой плотностью, поэтому  стандартный CD имеет емкость порядка 650­700 Мбайт. Такие большие объемы  характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому  дисководы CD­ROM относятся к аппаратным средствам мультимедиа. Кроме  мультимедийних изданий (электронные книги, энциклопедии, музыкальные альбомы,  видеофильмы, компьютерные игры) на компакт­дисках распространяется разнообразное  системное и прикладное программное обеспечения больших объемов (операционные  системи, офисные пакеты, системы программирования и т.д.) Компакт­диски изготовляют из прозрачного пластика диаметром 120 мм. и толщиной 1,2  мм. На пластиковую поверхность напыляется слой алюминия или золота. В условиях  массового производства запись информации на диск происходит путем выдавливания на  поверхности дорожки, в виде ряда углублений. Такой подход обеспечивает двоичную  запись информации. Углубление (pit ­ пит), поверхность (land ­ лэнд). Логический нуль  может быть представлен как питом, так и лэндом. Логическая единица кодируется  переходом между питом и лэндом. От центра к краю компакт­диска нанесена единственная дорожка в виде спирали шириной 4 микрона с шагом 1,4 микрона. Поверхность диска  разбита на три области. Начальная (Lead­In) расположена в центре диска и считывается  первой. В ней записано содержимое диска, таблица адресов всех записей, метка диска и  другая служебная информация. Средняя область содержит основную информацию и  занимает большую часть диска. Конечная область (Lead­Out) содержит метку конца диска. Для штамповки существует специальная матрица­прототип (мастер­диск) будущего диска,  которая выдавливает дорожки на поверхности. После штамповки, на поверхность диска  наносят защитную пленку из прозрачного лака. Накопитель CD­ROM содержит:  электродвигатель, который вращает диск;  оптическую систему, состоящую из лазерного излучателя, оптических линз и  датчиков и предназначенную для считывания информации с поверхности диска;  микропроцессор, который руководит механикой привода, оптической системой и  декодирует прочитанную информацию в двоичный код. Компакт­диск раскручивается электродвигателем. На поверхность диска с помощью  привода оптической системы фокусируется луч из лазерного излучателя. Луч отражается  от поверхности диска и сквозь призму подается на датчик. Световой поток превращается в  электрический сигнал, который поступает в микропроцессор, где он анализируется и  превращается в двоичный код. Основные характеристики CD­ROM:  скорость передачи данных ­ измеряется в кратных долях скорости проигрывателя  аудио компакт­дисков (150 Кбайт/сек) и характеризует максимальную скорость с  которой накопитель пересылает данные в оперативную память компьютера,  например, 2­скоростной CD­ROM (2x CD­ROM) будет считывать данные с  скоростью 300 Кбайт/сек., 50­скоростной (50x) ­ 7500 Кбайт/сек.;   время доступа ­ время, нужное для поиска информации на диске, измеряется в  миллисекундах. Основной недостаток стандартных CD­ROM ­ невозможность записывания данных, но  существуют устройства однократной записи CD­R и многоразовой записи CD­RW. Накопитель CD­R (CD­Recordable) Внешне похожи на накопители CD­ROM и совместимые с ними по размерам дисков и  форматам записи. Позволяют выполнить одноразовую запись и неограниченное количество  считываний. Запись данных осуществляется с помощью специального программного  обеспечения. Скорость записи современных накопителей CD­R составляет 4х­8х. Накопитель CD­RW (CD­ReWritable) Используются для многоразовой записи данных, причем можно как просто дописать новую  информацию на свободное пространство, так и полностью перезаписать диск новой  информацией (предудущие данные уничтожаются). Как и в случае с накопителями CD­R,  для записи данных необходимо установить в системе специальные программы, причем  формат записи совместимый с обычным CD­ROM. Скорость записи современных  накопителей CD­RW составляет 2х­4х. Накопитель DVD (Digital Video Disk) Устройство для чтения цифровых видеозаписей. Внешне DVD­диск похож на обычный CD­ ROM (диаметр ­ 120 мм, толщина 1,2 мм), однако отличается от него тем, что на одной  стороне DVD­диска может быть записано до 4,7 Гбайт, а на двух ­ до 9,4 Гбайт. В случае  использования двухслойной схемы записи на одной стороне можно разместить уже до 8,5  Гбайт информации, соответственно на двух сторонах ­ около 17 Гбайт. DVD­диски  допускают перезапись информации. Важнейшим фактором, сдерживающим широкое применение накопителей CD­R, CD­RW и  DVD, является высокая стоимость как их самих, так и сменных носителей. Контрольные вопросы 1. Что такое внешняя память? Какие разновидности внешней памяти вы знаете? 2. Что такое жесткий диск? Для чего он предназначен? Какую емкость имеют  современные винчестеры? 3. Каким образом осуществляются операции чтения и записи в НЖМД? 4. В чем состоит операция форматирования магнитных дисков? 5. Какие есть типы стандартных дисковых интерфейсов? 6. Какие параметры влияют на быстродействие винчестера? Каким образом? 7. Что такое флоппи­диск? Что общее и различное между ним и жестким диском? 8. Каких правил следует придерживаться во время пользования дискетой? 9. Какие вы знаете разновидности накопителей на оптических дисках? Чем они  различаются между собою? 10.Каким образом происходит считывание информации с компакт­дисков? 11.В чем измеряется скорость передачи данных в накопителях на оптических  носителях? Список рекомендованной литературы 1. Информатика. Базовый курс. / Под ред. С.В.Симоновича. ­ СПб., 2000 г. 2. А.П.Микляев, Настольная книга пользователя IBM PC 3­издание М.:, "Солон­Р",  2000, 720 с. 3. Симонович С.В., Евсеев Г.А., Мураховский В.И. Вы купили компьютер: Полное  руководство для начинающих в вопросах и ответах. ­ М.: АСТ­ПРЕСС КНИГА;  Инфорком­Пресс, 2001.­ 544 с.: ил. (1000 советов). 4. Ковтанюк Ю.С., Соловьян С.В. Самоучитель работы на персональном компьютере ­  К.:Юниор, 2001.­ 560с., ил. Лекция 6 "Персональный компьютер: стандартные устройства ввода­вывода" Процесс взаимодействия пользователя с персональным компьютером (ПК) непременно  включает процедуры ввода входных данных и получение результатов обработки этих  данных. Поэтому, обязательными составляющими типичной конфигурации ПК являются  разнообразные устройства ввода­вывода, среди которых можно выделить стандартные  устройства, без которых современный процесс диалога вообще невозможен, и  периферийные, т.е дополнительные. К стандартным устройствам ввода­вывода относятся  монитор, клавиатура и манипулятор "мышка". Мониторы Первые компьютеры мониторов не имели, был лишь набор мигающих светодиодов и  распечатка результатов на принтере. С развитием компьютерной техники появились  мониторы и сейчас они являются необходимой частью базовой конфигурации  персонального компьютера. Монитор (дисплей) ­ это стандартное устройство вывода, предназначенное для визуального отображения текстовых и графических данных. В зависимости от принципа действия,  мониторы делятся на:  мониторы с электронно­лучевой трубкой;  дисплеи на жидких кристаллах. Монитор с электронно­лучевой трубкой Монитор с электронно­лучевой трубкой похож на телевизор. Электронно­лучевая трубка  представляет собой электронно­вакуумное устройство в виде стеклянной колбы, в  горловине которой находится электронная трубка, на дне ­ экран со слоем люминофора.  При нагревании, электронная пушка излучает поток электронов, которые с высокой  скоростью двигаются к экрану. Поток электронов (электронный луч) проходит через  фокусирующую и отклоняющую катушку, которая направляет его в определенную точку  люминофорного покрытия экрана. Под действием электронов, люминофор излучает свет,  который видит пользователь. Люминофор характеризуется временем излучения после  действия электронного потока. Электронный луч двигается довольно быстро, расчерчивая  экран строками слева направо и сверху вниз. Во время развертки, то есть передвижения по  экрану, луч влияет на те элементарные участки люминофорного покрытия, где может  появиться изображение. Интенсивность луча постоянно изменяется, что обуславливает  свечение соответствующих участков экрана. Поскольку, свечение исчезает очень быстро,  электронный луч должен непрерывно пробегать по экрану, восстанавливая его. Время излучения и частота обновления свечения должны соответствовать друг другу.  Преимущественно, частота вертикальной развертки равна 70­85 Гц, то есть свечение на  экране возобновляется 70­85 раз в секунду. Снижение частоты обновления приводит к  миганию изображения, что утомляет глаза. Соответственно, повышение частоты  обновления приводит к размыванию или удвоению контуров изображения. Мониторы могут иметь как фиксированную частоту развертки, так и разные частоты в  некотором диапазоне. Существует два режима развертки: Interlaced (черезстрочная) и Non  Interlaced (построчная). Обычно, используют порядковую развертку. Луч сканирует экран  построчно сверху вниз, формируя изображение за один проход. В режиме черезстрочной  развертки, луч сканирует экран сверху вниз, но за два прохода: сначала нечетные строки,  потом четные. Проход при черезстрочной развертке занимает вдвое меньше времени, чем  формирование полного кадра в режиме построчной развертки. Поэтому время обновления  для двух режимов одинаково. Экраны для мониторов с электронно­лучевой трубкой бывают выпуклые и плоские.  Стандартный монитор ­ выпуклый. В некоторых моделях используют технологию Trinitron,  в которой поверхность экрана имеет небольшую кривизну по горизонтали, по вертикали  экран абсолютно плоский. На таком экране наблюдается меньше бликов и улучшено  качество изображения. Единственным недостатком можно считать высокую цену. Дисплеи на жидких кристаллах (Liquid Crystal Display ­ LCD)