Тема 1.2. Технические и программные средства реализации

Тема 1.2. Технические и программные средства реализации
информационных процессов

1.1.1.   Назначение технических средств информационных систем

Обязательным условием функционирования информационной системы является техническое обеспечение. Техническое обеспечение – комплекс технических средств, предназначенных для работы информационной системы, и соответствующая документация на эти средства.

В работе информационной системы можно выделить несколько этапов:

-         формирование первичных сообщений;

-         размещение и систематизация данных для обеспечения быстрого поиска информации;

-         обработка данных;

-         представление данных в виде, удобном для восприятия пользователем.

Для выполнения каждого из этих этапов необходимы соответствующие технические средства.

Комплекс технических средств информационной системы составляют:

-         устройства регистрации информации;

-         устройства сбора, накопления, обработки, передачи и вывода информации;

-         электронно-вычислительные машины (ЭВМ);

-         средства телекоммуникации и связи;

-         оргтехника и др.

Для ввода, обработки, хранения и вывода информации в современных информационных системах предназначены вычислительные машины (ЭВМ) или компьютеры.

1.1.2.   Тенденции развития ЭВМ

В истории ЭВМ были моменты, когда новые технические возможности позволяли не только разрабатывать новые совершенные программы, но и менять организацию работы на ЭВМ.

Так в 60-е годы пользователи пришли к необходимости изменения организации использования ЭВМ: до этого ресурсы ЭВМ предоставлялись в распоряжение одного пользователя, а это не позволяло рационально использовать потенциал машины. Тогда возникла так называемая пакетная обработка заданий. Пользователь подготавливал свое задание и передавал его оператору, при этом он был отделен от машины. Из заданий пользователей формировалась очередь заданий. Таким образом, машина не простаивала в ожидании следующего задания или реакции пользователя на свои сообщения.

Следующей идеей была организация многозадачного использования процессора. Суть заключалась в том, что когда в какой-то программе очередь доходила до обмена с внешним устройством, эта операция перепоручалась недорогому специализированному устройству, а центральный процессор продолжал выполнять другую программу, т.е. процессор как бы одновременно выполнял несколько программ.

Одним из направлений этой идеи явились так называемые многопользовательские (многопультовые) системы, работающие в режиме разделения времени. Эти системы представляли собой центральную ЭВМ и группу видеотерминалов. Пользователь почти не замечал, что центральная ЭВМ одновременно работает с несколькими программами (уделяя, например, каждому терминалу по несколько миллисекунд в течение секунды).

Следующей идеей является появление многопроцессорных ЭВМ, в которых несколько процессоров работают одновременно, и производительность машины равна сумме производительностей  процессоров. Мультипроцессорный принцип обработки информации – расчленение решаемой задачи на несколько параллельных подзадач или частей. Каждая часть решается на своем процессоре. За счет такого разделения существенно увеличивается производительность.

При увеличении объемов информации и появлении баз данных возникла необходимость доступа к  информационным ресурсам многих пользователей, работающих на своих ЭВМ. Так возникла  идея создания сначала локальных, а затем и глобальных вычислительных сетей.

Наблюдаемые ныне тенденции выражаются в следующем:

-         продолжается рост вычислительной мощности микропроцессоров (увеличивается тактовая частота);

-         в одном элементе совмещается больше устройств, т.е. на одной печатной плате реализуется больше функций и, следовательно, сокращается число отдельных устройств;

-         расширяется набор функций, реализуемых одним ПК («мультимедийный» компьютер помимо обработки алфавитно-цифровой информации способен работать со звуком, воспроизводить видеосигнал).

1.1.2.1. Классификация ЭВМ

Электронная вычислительная машина (ЭВМ) – комплекс  технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

ЭВМ различают, например:

-       по этапам создания и используемой элементной базе ЭВМ условно делятся на поколения;

-       по назначению;

-       по мощности;

-       по размерам и т.д.

Рассмотрим классы ЭВМ по функциональным возможностям и по габаритным характеристикам. С развитием всех этих классов, часто границы между ними размываются.

Например, современные микро-ЭВМ не уступают по некоторым своим характеристикам мини-ЭВМ выпуска прошлых лет, а стоимость портативного персонального компьютера значительно превышает стоимость настольного компьютера, имеющего такие же основные параметры.

Функциональные возможности ЭВМ обуславливают важнейшие технико-эксплуатационные характеристики:

-         быстродействие, измеряемое усредненным количеством операций, выполняемых машиной за единицу;

-         разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует ЭВМ;

-         номенклатура, емкость и быстродействие всех запоминающих устройств;

-         номенклатура и технико-экономические характеристики внешних устройств хранения, обмена и ввода-вывода информации;

-         система и структура машинных команд и т.д.

Рис. 2. Классификация ЭВМ по размерам и вычислительной мощности.

1.     СуперЭВМ – вычислительная система, относящаяся к классу самых мощных систем. Такие ЭВМ требуют специальных помещений, т.к. имеют большие габариты, сложны в обслуживании. Число параллельно работающих процессоров - более 100.

Назначение – сложные научные расчеты, решение исследовательских и инженерных задач в областях «высоких технологий», метеорологическое прогнозирование, управление крупными банками.

2.     Большие ЭВМ (мейнфреймы) – универсальные компьютеры общего назначения. Исторически эти ЭВМ появились первыми. Большие ЭВМ используют, как правило, в режиме разделения времени, обслуживают одновременно многих пользователей (до 1000 рабочих мест). На компьютерах этого класса сейчас находится около 70% “компьютерной” информации.

Назначение – поддерживают работу по управлению крупными фирмами, предприятиями, средними и малыми банками. Используются для обработки больших массивов информации больших баз данных, а также в качестве серверов вычислительных сетей.

3.     Супер мини-ЭВМ – вычислительные машины, относящиеся по архитектуре, размерам и стоимости к классу мини-ЭВМ, а по производительности сопоставимы с большой ЭВМ.

Назначение – системы управления предприятиями, многопользовательские вычислительные системы.

4.     Мини-ЭВМ – используются, когда есть избыточность ресурсов больших ЭВМ. Эти компьютеры не требуют специальных помещений, работают в режиме разделения времени.

Назначение - используются в системах управления предприятиями среднего уровня, многопользовательских вычислительных системах.

5.     Микро-ЭВМ –появление этих ЭВМ обусловлено появлением микропроцессоров.

Назначение – индивидуальное обслуживание пользователей, работа в локальных автоматизированных системах управления.

a)     многопользовательские микро-ЭВМ – микроЭВМ, оборудованные несколькими видеотерминалами и работающие в режиме разделения времени;

b)    АРМ или рабочая станция – ЭВМ со специальным программным обеспечением, оборудованная всеми средствами, необходимыми для выполнения работ определенного типа. Например, технические или инженерные АРМ, АРМ для автоматизированного проектирования, АРМ для издательской деятельности, так называемые настольные издательские системы, и др.;

c)     встроенные ЭВМ представляют собой вычислители (используемые, например, станком или боевым средством), бортовой компьютер для обработки измерений. Конструктивно они выполняются в виде одной или нескольких плат и не обеспечивают реализацию широкого спектра вычислительных функций;

d)    персональные ЭВМ – универсальные однопользовательские микро-ЭВМ. Последние 15-20 лет характеризуются широким распространением персональных ЭВМ во всех сферах человеческой деятельности. Мощные ПЭВМ способны обеспечить работу нескольких пользователей одновременно. Технические характеристики ПЭВМ приближаются к техническим характеристикам АРМ, поэтому на базе ПЭВМ можно построить АРМ, снабдив ее специальным оборудованием и соответствующим программным обеспечением.

Персональные компьютеры делят на настольные, портативные и карманные.

Настольные ПК являются стационарными компьютерами на рабочем месте. Одним из их достоинств является простота изменения конфигурации.

Портативные ПК очень удобны при отсутствии постоянного места работы или в поездках. Обычно они оснащены удобными средствами связи и по производительности не уступают настольным ПК.

Карманные ПК имеют размер записных книжек и используются для хранения и обработки оперативных данных.

1.1.3.   Архитектура персонального компьютера

Персональные ЭВМ или персональные компьютеры являются основной технической базой информационных технологий. Возможности персональных компьютеров (ПК) определяются характеристиками его функциональных блоков.

Основные функциональные элементы ПК размещены в устройствах различных компьютеров по-разному, но обязательно входят в состав любого из них.

Характерной чертой всех ПЭВМ является модульность структуры.

Все электронное оборудование расчленено на модули (так называемые электронные платы), связанные между собой системной шиной.

Каждый модуль соединен с системной шиной так, что любой модуль может передавать информацию в системную шину и любой модуль может её принимать.

Модуль, в котором помещен микропроцессор (МП), называется системной платой (модулем) или материнской платой.

Схемы, управляющие внешними устройствами компьютера (контроллеры и адаптеры), находятся на отдельных платах, вставляемых в материнскую плату.

На системной плате расположено несколько гнездовых разъемов (так называемые слоты) для подключения дополнительных плат. Добавляя платы подходящих типов, можно получать требуемую конфигурацию компьютера. Так, например, с помощью дополнительных плат можно увеличить емкость оперативной памяти.

С 1980 г. на рынке появились ПК IBM PC, самой важной особенностью которых стала так называемая открытая архитектура. Эта архитектура, во-первых, использует принцип взаимозаменяемости, т.е. использования для сборки ПК узлов от разных производителей (но соответствующих определенным соглашениям), а во-вторых, предоставляет возможность доукомплектования ПК, наращивания его мощности уже в ходе эксплуатации ПК.

1.1.3.1. Системный блок

Центральная часть ПК, содержащая в себе практически все основные устройства, - системный блок.

В системном блоке размещены основные узлы компьютера: микропроцессор, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), дисководы для жестких магнитных дисков («винчестеров»), для гибких магнитных дисков и для компакт-дисков, системная шина, блок питания и др.

1.1.3.2. Материнская плата

Материнская (системная) плата - самая важная плата в компьютере. Именно к ней подключаются все другие устройства, входящие в состав системного блока ПК.

Функции материнской платы – связь и координация действий всех устройств компьютера, передача сигнала от одного устройства к другому. Видимая часть материнской платы – набор разъемов, предназначенных для установки тех или иных комплектующих.

На материнской плате, как правило, размещаются:

-       микропроцессор;

-       генератор тактовых импульсов;

-       блоки (микросхемы) оперативной памяти (ОЗУ) и постоянной памяти (ПЗУ);

-       адаптеры клавиатуры, жестких дисков (НЖМД) и гибких дисков (НГМД);

-       таймер и др.

Существует несколько типов материнских плат, предназначенных для установки разных классов процессоров

На материнской плате находятся слоты (разъемы) разных типов для подключения звуковой карты, встроенного модема, видеокарты, оперативной памяти. А также разъемы («порты») на задней стенке компьютера, предназначенные для подключения таких внешних устройств, как принтер, дисковод ZIP, «мышь» и т.д.

1.1.3.3. Микропроцессор

Микропроцессор – это основа ПК, его центральный блок, предназначенный для управления работой всех блоков компьютера и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

Первый микропроцессор Intel 4004 был создан в 1971 году командой во главе с доктором Тедом Хоффом по заказу японской фирмы и предназначался для микрокалькуляторов. Но фирма обанкротилась, эта разработка перешла в собственность фирмы Intel, которая нашла другое применение этому МП, и началась эпоха персональных компьютеров.

Микропроцессор - программно-управляемое (т.е. функционирует путем выполнения некоторой программы) электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки информации, представленной в цифровом виде и построенное на одной или нескольких БИС (большая интегральная схема), в которых сосредоточена сложнейшая логическая схема.

МП выполняет следующие функции:

-       управление и координация работы всех других компонентов микрокомпьютера;

-       выборка команд и обрабатываемых данных из основной памяти;

-       выполнение с помощью АЛУ арифметических, логических и других операций, закодированных в командах; передача данных между МП и основной памятью, между МП и устройствами ввода-вывода;

-       отработка сигналов от устройств ввода-вывода, в том числе обработка сигналов прерывания с этих устройств.

Микропроцессор представляет собой небольшую кремниевую пластинку с несколькими десятками выводов, в ней сосредоточена сложнейшая логическая схема. В состав МП входят:

-       арифметико-логическое устройство (АЛУ), в котором выполняются арифметические и логические операции над данными, хранящимися в регистрах арифметического устройства. Основу АЛУ составляет операционный блок, который может настраиваться на различные операции и непосредственно осуществлять их. Настройка операционного блока на конкретную операцию и последовательность шагов её выполнения обеспечиваются с помощью управляющих сигналов от УУ;

-       устройство управления (УУ), которое подает во все блоки в нужный момент времени определенные сигналы управления, обусловленные спецификой выполняемых операций, определяет последовательность операций над данными (определяет какую операцию выполнить над какими данными, куда поместить результат, что делать на следующем шаге);

-       микропроцессорная память (МПП), которая служит для хранения информации, используемой в вычислениях в ближайшие такты работы компьютера. МПП строится на регистрах. Регистры - это электронное цифровое устройство для временного запоминания информации в форме двоичного числа или кода. Операции над числами в регистре реализуются с помощью управляющих сигналов от УУ. Многие регистры специализированы по своей функции, например, регистр-аккумулятор предназначен для хранения одного из операндов (данного) или результата операции, регистр команд - используется для хранения кода текущей выполняемой команды и т.д.

Математический сопроцессор. Арифметика с плавающей запятой, как правило, более медленная. В некоторых моделях ПК для ускорения выполнения этих операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор – специальный блок для операций с плавающей запятой - в результате чего замедление работы программы становится не очень заметным. Применяется для особо точных и сложных расчетов, а также для работы с рядом графических программ.

МП обменивается информацией с другими устройствами через порты ввода-вывода. Многие стандартные устройства НГМД, НГМД, принтеры, клавиатура и т.д. имеют постоянно закрепленные за ними порты ввода-вывода.

1.1.3.4. Основные характеристики микропроцессоров

Тактовая частота - общепринятым показателем скорости процессора является тактовая частота, измеряемая в мегагерцах (1 МГц – 1 млн. тактов в сек.), которая показывает, сколько операций способен выполнить МП в течение секунды. Чем выше тактовая частота МП (при прочих равных условиях), тем выше его быстродействие. Создание новых поколений процессоров – средство реализовать более высокую тактовую частоту. Сменилось несколько поколений процессоров Intel: 8088, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium Pro, Pentium MMX и т.д..

В пределах одного поколения чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена МП.

Реально при решении различных задач используются различные наборы операций. Но каждая операция требует для своего выполнения вполне определенного количества тактов. Когда говорят о производительности ПК, нужно иметь в виду, что оценка производительности компьютера всегда приблизительна, т.к. при этом ориентируются на некоторые усредненные или, наоборот, на конкретные виды операций.. Поэтому для характеристики ПК обычно указывают тактовую частоту. Например, МП с частотой 100 МГц обеспечивает выполнение приблизительно 20 млн. коротких операций (сложение и вычитание  с фиксированной запятой, пересылка информации и др.) в секунду.

Разрядность - максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться одновременно, т.е. обрабатываться за один такт (16, 32 или 64 разрядные МП и т.д.). Чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ПК.

Архитектура МП - под архитектурой МП понимают принцип действия МП, состав регистров, систему команд, конфигурацию и взаимное соединение основных его узлов.

1.1.3.5. Контроллеры и адаптеры

Все блоки ПК соединяются между собой шиной. Шина - это электрическое соединение или группа  параллельных соединений, которые обеспечивают обмен информацией между компонентами компьютера.

В состав системного блока входят функциональные блоки, предназначенные для управления работой системных периферийных устройств. Эти модули называются контроллерами. Так в состав системного блока входят контроллеры ВЗУ на МД - контроллеры дисков, контроллер клавиатуры, контроллеры манипуляторов и т.д.

Управление дополнительными периферийными устройствами осуществляют другие функциональные модули, которые называются адаптерами, т.к. большинство этих периферийных устройств служат для преобразования, т.е. адаптации, сигналов внешнего интерфейса к системной шине.

Например, адаптеры используются для связи ПЭВМ между собой - сетевые адаптеры (т.е. для сопряжения ПК с физическим каналом передачи данных).

Видеоадаптер - устройство, преобразующее набор данных, подлежащих изображению на экране, в видеосигнал, посылаемый монитору по кабелю. Причем, т.к. скорость воспроизведения изображения на мониторе меньше скорости работы МП, то адаптер монитора может иметь специальную микросхему - память, называемую видеопамятью, в которую МП и записывает изображение, а затем уже видеоадаптер будет выводить содержимое видеопамяти (иногда конструктивно это может быть реализовано в форме выделения участка основного ОЗУ). Требования к объему видеопамяти возрастают с увеличением разрешающей способности и количества воспроизводимых цветов. Существует несколько стандартов на видеотракт ПК. Они различаются наборами показателей разрешающей способности, количеством отображаемых цветов. Например, стандарт EGA -разрешаемая способность - 640*350, число цветов -16 из 64; стандарт VGA - соответственно - 640*480 и 256 из 4096, а стандарт SVGA - соответственно - 1280*1024 и выше и до 16,7 млн. цветов.

1.1.3.6. Оперативная память

Память ЭВМ делится на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя память включает в себя ОЗУ, кэш-память, ПЗУ.

ОЗУ (RAM – Random Access Memory – память с произвольным доступом) - оперативное запоминающее устройство, которое позволяет с большой скоростью записывать и считывать информацию, подготовленную для МП.

ОЗУ – это совокупность специальных электронных ячеек, каждая из которых может хранить 1 байт информации. Эти ячейки нумеруются. Номер ячейки называется адресом. Различают адрес ячейки и содержимое ячейки памяти.

В ОЗУ хранятся программы и данные, необходимые для решения задачи в данный момент времени, а также для постоянного хранения встроенного блока операционной системы. При включении компьютера в ОЗУ заносятся (загружаются) цепочки байтов, в которых хранится операционная система. Далее в ОЗУ с диска помещаются прикладные программы и данные, которые обрабатываются этими программами. Содержимое многих ячеек памяти (байтов) постоянно изменяется в процессе работы программ (пересылка байтов, арифметические операции и запись результатов в ОЗУ и др.). После загрузки новой программы, если старую «закрыли», прежнее содержимое ОЗУ замещается новым, а после выключения ПК пропадает вовсе.

Оперативная память выпускается в виде микросхем, собранных в специальные модули. Каждый модуль может вмещать 16, 32, 64, 128 Мб памяти. На большинстве материнских плат установлены разъемы для подключения модулей оперативной памяти, таким образом ОЗУ можно легко расширять.

Характеристики ОЗУ:

ОП является энергозависимой; т.е. при выключении компьютера содержимое ОЗУ пропадает. Поэтому следует сохранять на магнитном носителе результаты своей работы.

Быстродействие обмена информацией очень большое – соизмеримо со скоростью работы процессора.

Объем памяти - сравнительно небольшой 64 Мб, 128 Мб, 256 Мб, 512 Мб и т.д. Для расширения ОП используют дополнительные блоки памяти - платы расширения памяти.

1.1.3.7. Кэш память

Кэш память (так называемая сверхоперативная память) предназначена для согласования скорости работы медленных устройств с более быстрыми. Для «быстрых» компьютеров необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной памяти, иначе МП будет простаивать, т.е. быстродействие ПК уменьшится. Для этого в качестве буфера между ОП и МП используется кэш-память. Т.е. МП непосредственно обменивается информацией с кэш-памятью, а она уже осуществляет обмен с ОЗУ. Наличие кэш-памяти может увеличить производительность компьютера на 20%. Аналогично кэш-память используется при обмене данными между оперативной памятью и внешним накопителем.

Одна кэш–память – самая быстрая, встроена непосредственно в процессор. Это кэш-память первого уровня. Есть еще одна кэш-память, более медленная, но размер ее больше. Это кэш-память второго уровня. Находится она вне процессора на материнской плате.

1.1.3.8. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)

ПЗУ (ROM – Read-Only Memory – память только для чтения) - постоянное запоминающее устройство также строится на основе установленных на материнской плате модулей. ПЗУ используется для хранения и чтения неизменной информации, некоторых часто встречающихся величин, стандартных программ и т.п. Как правило, информация в ПЗУ записывается на заводе (фирме)-изготовителе. Например, на системной плате устанавливается специальная микросхема BIOS (Basic Input-Output System) - базисная система ввода-вывода. В этом ПЗУ записаны программы, реализующие функции ввода-вывода, а также программа тестирования компьютера в момент включения питания и ряд других специальных программ. ПК не может изменять программы ПЗУ или добавлять новые.

Эта память является энергонезависимой.

1.1.3.9. Системная шина

Системная шина - это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

-        между МП и основной памятью;

-        между МП и портами ввода-вывода внешних устройств;

-        между основной памятью  и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

По проводам системной шины и осуществляется передача данных.

От типа системной шины, так же как и от типа микропроцессора, зависит скорость обработки информации персональным компьютером. К основным характеристикам системной шины относятся тактовая частота и разрядность канала связи.

Однако системная шина, как основная информационная магистраль, не может обеспечить достаточную производительность для внешних устройств. Для решения этой проблемы в компьютере стали использовать локальные шины, которые связывают МП с периферийными устройствами.

1.1.3.10. Порты

Связь компьютера с различными внешними устройствами осуществляется через порты – специальные разъемы, расположенные на тыльной стороне системного блока.

Порты бывают последовательные и параллельные.

Параллельные порты используются для подсоединения внешних устройств, которым необходимо передавать большой объем информации на близкое расстояние. Через параллельный порт к системному блоку подключается принтер, сканер. Параллельные порты имеют имена LPT1, LPT2, LPT3 (Line PrinTer – линия принтера).

Последовательные порты используются для подключения к системному блоку манипуляторов, модемов. Последовательный порт посылает последовательный поток данных по 1 биту. Последовательная передача данных используется для передачи информации на большие расстояния, поэтому последовательные порты часто называют «коммуникационными». Последовательным портам присвоены имена COM1, COM2, COM3, COM4 (COMmunication – коммуникационный порт).

1.1.3.11. Внешняя память

Внешняя память предназначена для долговременного хранения программ, данных, для хранения большого объема информации, хотя скорость обращения к этой информации ниже, чем к информации оперативной памяти.

Накопители – это запоминающие устройства, предназначенные для длительного хранения и многократного использования информации, т.е. они являются энергонезависимыми. Причем, накопитель можно рассматривать как совокупность носителя информации и соответствующего привода-дисковода. Различают накопители на гибких магнитных дисках НГМД (дискеты, флоппи-диски) и накопители на жестких магнитных дисках НЖМД (винчестеры), магнитооптические, оптические диски.

Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) - гибкая пластмассовая основа диаметром 3,5 дюйма. Считывание и запись информации осуществляется расположенной вовне магнитной головкой через окно, вырезанное в конверте (оболочке дискеты). Диск приводится в движение только во время ввода-вывода информации, а в остальное время покоится. Емкость гибких дисков 1,44 Мб и более Мб, а стоимость низкая. Главное достоинство таких дисков - они являются съемными и дешевыми.

Информация на НГМД размещается вдоль концентрических окружностей, называемых дорожками. Количество дорожек на магнитном диске и их информационная емкость зависят от типа магнитного диска, качества магнитных головок и магнитного покрытия. Каждая дорожка содержит определенное число секторов - под сектором понимают участок дорожки МД, хранящий минимальную порцию информации, которая может быть считана с диска или записана на него. В одном секторе может быть помещено 128, 256, 512 и 1024 байт, но обычно 512 байт данных. Между секторами имеется межсекторный интервал. Разбиение на секторы осуществляется при подготовке диска к работе - форматировании (или инициализации) диска.

Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД, винчестеры) - это устройство, как правило, с несъемным носителем. В этих накопителях информация записывается на нескольких жестких дисках с ферромагнитным слоем, при этом работает соответственно группа магнитных головок, собранных в единый блок. Этот пакет дисков непрерывно вращается с большой скоростью, пока компьютер включен. Вся электромеханическая часть заключена в герметичный корпус, такая конструкция позволяет достичь высокой плотности записи и большой скорости считывания/записи информации. Емкость НЖМД достигает десятков гигабайт (40, 60, 80, 120 Гб).

В последнее время для резервного копирования данных получают распространение накопители на сменных жестких дисках, к которым относится накопитель Jaz. Емкость используемого катриджа – 1 или 2 Гб.

Накопители на оптических дисках – НОД. Принцип всех существующих ныне оптических дисководов основан на использовании луча лазера для записи и чтения информации в цифровом виде.

По функциональному признаку НОД делятся на три категории:

НОД только для чтения (без возможности записи). В связи с ростом объемов и сложности программного обеспечения, широким внедрением мультимедиа-приложений получили широкое распространение устройства для чтения оптических дисков - CD-ROM. Чтение информации с таких дисков осуществляется  с помощью луча лазера небольшой мощности. При этом обеспечивается высокая надежность хранения информации при многократном считывании. Объем информации на таком диске - 650 Мб и более.

НОД с однократной записью и многократным чтением (CD-R). На оптический диск в таких дисководах пользователь может один раз записать информацию, но ни стереть, ни перезаписать не удастся. Такие оптические диски удобны для архивирования и там, где важно хранить единожды записанную информацию в неизменном виде.

Перезаписывающие НОД (CD-RW) - дисководы с возможностью многократной записи информации. Такие диски могут не читаться на некоторых устаревших приводах CD-ROM.

Накопители DVD. Накопитель DVD (Digital Versatile Disc) – цифровой универсальный диск, предназначенный для хранения компьютерной информации большого объема и видео, аудио информации высокого качества (такие носители выводят на новый уровень воспроизведение видео- и аудиоинформации на ПК).

DVD диски имеют емкость от 4,7 Гб (односторонние диски) до 17 Гб (двусторонние, двухслойные).

DVD как и НОД могут быть с однократной записью и многократным чтением (DVD-R) и перезаписывающие DVD (DVD-RW).

Флэш-память. В 1984 году компания Toshiba впервые представила новый вид памяти – флэш-память. Однако массово производить и широко использовать флэш-память начали только несколько лет назад. Сейчас флэш-память постепенно все активнее применяется для хранения и переноса данных.

Флэш-память – это особый вид памяти, которая благодаря своим параметрам идеально подходит для мобильных устройств. Какие особенности этого вида памяти обусловили ее широкое применение?

-         флэш-память не содержит механически движущихся частей (как обычные жёсткие диски или CD), а поэтому потребляет значительно меньше энергии;

-         флэш-память допускает перезапись (изменение) хранимых в ней данных. В зависимости от типа флэш-памяти возможна перезапись информации от 10000 до 1000000 раз;

-         информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (более  20 лет) и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в несколько раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков);

-         флэш-память очень компактна. Размер флэш-карты составляет от 20 до 40 мм в длину и ширину а толщина флзш-карты до 3 мм;

-         флэш-память обладает достаточной емкостью – до 2GB.

Флэш-карта может быть вмонтирована в мобильное устройство, а может быть переносной и использоваться в нескольких устройствах. Например, информацию, записанную на флэш-карте цифрового фотоаппарата, можно прочитать на компьютере.

Существует несколько типов карт флэш-памяти. На данный момент, по оценкам аналитиков, наиболее распространенными типами флэш-карт являются CompactFlash и SD/MMC.

CompactFlash является сейчас наиболее универсальным типом флэш-карт и может использоваться во многих устройствах. CompactFlash, в частности, используется во многих цифровых фотоаппаратах.

Магнитооптические диски. Информация на магнитооптических дисках хранится на магнитном носителе, защищенном прозрачной пленкой, а чтение и запись осуществляются с помощью луча лазера. Внешне такие диски похожи на  НГМД, но емкость таких дисков ( да и стоимость тоже) значительно больше – от 128 Мб до нескольких Гигабайт.

Устройства ZIP. ZIP – устройство для записи и считывания информации с магнитных дисков повышенной емкости – до 250 Мб. Подключается такое устройство в порт, параллельный принтеру.

Стримеры. Информация, хранящаяся на НЖМД, из-за физической порчи диска, действия компьютерных вирусов, случайного или преднамеренного уничтожения файлов может быть испорчена или даже уничтожена. Поэтому следует иметь архивные копии и систематически обновлять копии рабочих файлов. Для этого используют стримеры – наиболее дешевые устройства для записи информации на кассеты с магнитными лентами. Емкость используемых кассет до нескольких десятков Гбайт. Стримеры, как правило, имеют собственные средства сжатия данных.

1.1.3.12. Устройства ввода информации в компьютер

Клавиатура – устройство для ввода в компьютер текстовой и цифровой, а также некоторой управляющей информации. Клавиатура бывает:

-         обычная;

-         эргономичная (как бы “разломанная” на двое);

-         на инфракрасных лучах, без подключения к системному блоку, управление такой клавиатурой – дистанционное;

Манипуляторы –устройства управления курсором (координатно-указательные устройства):

-         Мышь (кроме обычных выпускаются “оптические мыши” – более сложное и дорогое, требующее специального планшета, но более надежное и долговечное, и “беспроводные мыши”, питание которых осуществляется от батареек, а радиус действия – несколько метров);

-         Джойстик – рячаг, установленный на соответствующем корпусе, обеспечивает перемещение курсора на экране;

-         Трекбол – манипулятор в форме шара. Для управления курсором нужно вращать этот шар, т.е. не требуется поверхность для передвижения по ней устройства (как для мыши), поэтому такой манипулятор используется в портативных ПК;

-         Трекпойнт – маленький джойстик, который размещается обычно в центре клавиатуры и управляется нажатием пальца;

-         Тачпад – площадка, чувствительная к нажатию пальца.

-         Световое перо – устройство, представляющее собой ручку с фотоэлементом внутри, для указания точки на экране или формирования изображений.

Сканер – устройство для считывания в компьютер графической и текстовой информации. Сканеры бывают:

-         Настольные, которые в свою очередь подразделяются на:

•         планшетные – когда неподвижное изображение сканирует подвижная камера, т.е. возможно сканировать переплетенные документы, книги, журналы;

•         страничные – отдельные листы бумаги протягиваются через устройство, а сканирующие головки остаются на месте, Такие сканеры занимают мало место и оснащаются автоподачей листов;

-         Ручные, когда пользователь проводит сканирующей головкой по соответствующему изображению. Современные ручные сканеры обеспечивают автоматическую “склейку” вводимого изображения. Такие сканеры портативны, дешевле настольных, но работают менее точно.

Штрих-сканеры – разновидность ручных сканеров, предназначенные для  ввода данных, закодированных в виде штрих-кода.

Графические планшеты (дигитайзеры) – устройства для ввода в компьютер контурных изображений (например, для ввода чертежей), автоиатизируя их создание. Представляет собой наклонную рабочую поверхность, панель управления и специальное перо для формирования изображения.

Цифровые фото- и видеокамеры, которые формируют изображение сразу в компьютерном формате.

Микрофон для ввода звуковой информации.

1.1.3.13. Устройства вывода информации

Мониторы (дисплеи) – устройства визуализации (отображения) текстовой и графической информации на экране..

По физическим принципам формирования изображения дисплеи делятся на:

На базе электронно-лучевой трубки (используются в стационарных ПК);

С жидкокристаллическими экранами (используются в портативных и стационарных ПК).

Возможность ПК по отображению информации определяются характеристиками дисплея и его адаптера. Т.к. скорость воспризведения картинки на экране меньше скорости работы микропроцессора, то любой адаптер содержит специальную память, называемую видеопамятью, в которую микропроцессор и записывает информацию, воспроизводимую в дальнейшем видеоадаптером на экране. Объем видеопамяти позволяет в текстовом режиме организовать в ней несколько страниц, что ускоряет смену текстового изображения на экране.

Принтеры - печатающие устройства, т.е. устройства для вывода информации на бумажный носитель или специальные прозрачные пленки. По технологии печати принтеры различают:

-         Матричные принтеры, печатающим элементом которых является головка с иголками (с 9, 18, 24 иголками). При работе принтера удар этих головок через специальную красящую ленту формирует символ на бумаге.

-         Струйные принтеры – принтеры, в которых печатающая головка через сопла (количество их может быть несколько сотен) разбрызгивает специальные чернила на бумагу.

-         Лазерные принтеры  – принтеры, изображение в которых формируется лазерным лучом..

Основные харктеристики принтеров:

-         разрешение – насколько мелкие детали изображения может передавать принтер. Разрешение измеряется в dpi – в точках на дюйм. В современных принтерах разрешение от 600 dpi и выше;

-         количество цветов. Любой цвет обычно получают путем смешивания нескольких основных цветов, к ним добавляется черный цвет, который получить сложно. Различают модели принтеров, в которых количество цветов, используемых для смешивания, равно трем или шести (три основных и три дополнительных для изображения светлых тонов);

-         скорость печати – обычно количество страниц, печатаемых в минуту (до 12 страниц в минуту);

-         ресурс одной заправки – сколько страниц можно напечатать, используя одну заправку.

Графопостроители (плоттеры) - устройства для вывода на бумагу чертежей. Плоттеры в зависимости от вида бумажного носителя бывают двух типов:

-         планшетного типа, которые работают с листами бумаги;

-         барабанного типа, выводящие чертежи на рулоны бумаги.

Синтезаторы звука – электронные генераторы звука, синтезаторы речи.

Модем – это устройство, которое следует выделить отдельно. Оно предназначено для обмена информацией между удаленными компьютерами через каналы телефонной связи и выполняет функции модуляции и демодуляции сигналов – преобразует аналоговые сигналы телефонных линий в цифровые биты и наоборот. Модемы исправляют ошибки, возникающие при передаче данных по телефонным каналам. Модемы бывают во внешнем и во внутреннем исполнении.

1.1.4.   Понятие программного обеспечения

Программное обеспечение (Software) является необходимой составной частью любой ЭВМ.

Под системой программного обеспечения понимается совокупность программ и правил вместе со всей связанной с этими компонентами документацией, позволяющие выполнять определенный круг задач, как по организации работ самого компьютера, так и по решению конкретных задач.

Стремительное развитие вычислительной техники и расширение сферы ее применения привели к интенсивному развитию программного обеспечения, в настоящее время речь идет о десятках и сотнях тысяч программных пакетов.

В зависимости от функций, выполняемых различными элементами программного обеспечения (ПО), его можно разделить на две группы – базовое (системное) ПО и прикладное ПО.

К системному ПО относятся программы, предназначенные для организации и контроля вычислительного процесса, для управления распределением ресурсов во время функционирования вычислительной системы и для автоматизации разработки алгоритмов и программ.

Прикладное ПО – совокупность программ для решения задач из различных сфер человеческой деятельности.

1.1.4.1. Классификация программного обеспечения

Рис. 3. Классификация программного обеспечения

Системное программное обеспечение

Операционные системы (MS DOS, UNIX, OS/2, WINDOWS 95, WINDOWS 2000, WINDOWS NT и т.д.) – обязательное дополнение ЭВМ, они предназначены для планирования и управления вычислительными ресурсами ЭВМ, организуют выполнение пользовательских программ и взаимодействие пользователя с компьютером.

Сервисные системы – расширяют и дополняют пользовательский и программный интерфейс операционной системы:

•         Оболочки операционных систем – повышают уровень пользовательского интерфейса за счет «меню» и использования функциональных клавиш, а также предоставления дополнительных возможностей. Например, широко известны оболочки ОС – Norton Commander, PC Tools, PC Shell.

•         Интерфейсные системы, в основном графического типа, которые позволяют пользователю при работе манипулировать образами, а не символами, причем с использованием «мыши». Они являются многооконными в отличие от большинства операционных систем. Примером может служить система Windows 3.1.

•         Утилиты – обслуживающие программы, которые предоставляют пользователю сервисные услуги, их отличие от программ-оболочек: оболочки – универсальны, а утилиты – специализированы. Утилиты – программы вспомогательного назначения, предоставляют дополнительные услуги, реализующие такие функции, как:

-         обслуживание магнитных дисков (например, UnErase – для восстановления ошибочно удаленных файлов и каталогов);

-         создание и обновление архивов, как со сжатием, так и без сжатия (например, утилиты PKZIP, PKUNZIP, архиватор-разархиватор ARJ);

-         тестирование аппаратных программных средств;

-         защита от компьютерных вирусов и т.д.

Программы технического обслуживания – предназначены для облегчения тестирования оборудования и поиска неисправностей, они являются  инструментом специалистов по эксплуатации аппаратной части компьютеров.

Системы программирования – средства для написания программ.

-         Машинно-зависимые программные средства – ориентированы на конкретную вычислительную машину, это – языки машинных кодов, языки типа Ассемблер;

-         Машинно-независимые программные средства – не зависят от вычислительной машины, это – алгоритмические языки высокого уровня, например, Фортран, Паскаль, Си). На язык машинных кодов программы, написанные на алгоритмических языках, переводятся специальными программами-трансляторами.

Прикладное программное обеспечение

Прикладное программное обеспечение в свою очередь можно  разделить на рабочие программы пользователя и пакеты прикладных программ.

Рабочие программы пользователя создаются каждым пользователем индивидуально с использованием средств программирования в соответствии с правилами той операционной системы, под управлением которой работает вычислительная система.

Пакеты прикладных программ (ППП) являются самым многочисленным классом программных продуктов. Они выполняют обработку информации различных предметных областей.

Пакет прикладных программ – комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса конкретной предметной области.

По своему назначению ППП делятся на:

-       ППП общего назначения;

-       методо-ориентированные ППП;

-       проблемно-ориентированные ППП;

-       ППП глобальных сетей и др.

ППП общего назначения автоматизируют типовые процедуры взаимодействия пользователя с компьютером при обработке информации. Сложилось несколько типов ППП данного класса:

-       Текстовые процессоры (редакторы);

-       Графические редакторы;

-       Табличные процессоры для обработки данных, представленных в виде таблиц;

-       Системы управления базами данных (СУБД) – для накопления данных в виде взаимосвязанных файлов на магнитных носителях и поиска данных по запросам;

-       Интегрированные системы, позволяющие обрабатывать текстовую информацию, таблицы, формировать базы данных и отображать рассчитанные зависимости в виде графиков;

-       Сетевые пакеты, дающие возможность пользователю работать с ресурсами вычислительной сети.

Методо-ориентированные ППП реализуют какие-либо экономико-математические методы решения задач. Например, методы математического программирования, математической статистики, сетевого планирования и управления и др.

Проблемно-ориентированные ППП предназначены для решения какой-либо задачи в конкретной функциональной области. Например, ППП бухгалтерского учета (1С:Бухгалтерия, БЭСТ и др.), банковские ППП (RS-BANK, Диасофт-БАНК и др.) и т.д.

ППП глобальных сетей обеспечивают удобный, надежный доступ пользователей к распределенным общесетевым ресурсам, базам данных т.д. Стандартные ППП используют для организации электронной почты, телеконференций, электронной доски объявлений и др. Например, средства доступа и навигации в сети – Netscape Navigator, Explorer.

Контрольные вопросы

1.     Что относится к техническим средствам информационных систем

2.     Что вы можете сказать о тенденции изменения организации решения задач на ЭВМ?

3.     Охарактеризуйте каждый класс ЭВМ: суперЭвм, мейнфреймы, малые ЭВМ и микроЭВМ.

4.     Назовите важнейшие технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ.

5.     Какие ЭВМ можно отнести к классу персональных ЭВМ.

6.     Назначение основных функциональных блоков ПК.

7.     Что такое микропроцессор, его состав и какие функции он выполняет?

8.     Характеристики микропроцессора.

9.     Какие типы компьютерной памяти вы знаете? Их отличия.

10. Что такое ОЗУ, кэш-память?

11. Назначение ПЗУ.

12. В чем смысл форматирования диска?

13. Проанализируйте преимущества и недостатки НГМД, НЖМД и CD?

14. Как вы понимаете модульность структуры ПЭВМ?

15. Что такое контроллер, адаптер?

16. Перечислите и охарактеризуйте устройства ввода-вывода информации.

17. Что такое программное обеспечение?

18. Что входит в системное и прикладное программное обеспечение?

19. Что такое пакет прикладных программ?

20. Чем отличаются проблемно-ориентированные ППП от методо-ориентированных ППП?

Скачано с www.znanio.ru