Архитектура современной вычислительной техники.

Структура аппаратного и программного обеспечения. Принцип фон Неймана. Информация и виды информации. Единицы измерения информации. Технические характеристики периферийных устройств.

Структура памяти. Логические устройства. Основные и дополнительные устройства компьютера. Булева алгебра и логические схемы компьютера

Новая информационная технология – это совокупность конкретных технических и программных средств, с помощью которого выполняется разнообразные операции по обработке информации во всех сферах жизни. Составляющими информационной технологии являются аппаратное и программное обеспечение компьютера.

Рис.1. Аппаратное и программное обеспечение персонального компьютера

Аппаратное обеспечение (hardware) – это компьютер и периферийные дополнительные устройства.

Программное обеспечение (software) – это совокупность программ для компьютера. Компьютерные программы по функциональному назначению делятся на следующие виды:

§ системное программное обеспечение (system software);

§ прикладное программное обеспечение (application software);

§ системы программирования (programming system).

Еще при создании первых компьютеров в 1945 г. знаменитый голландский математик Джон фон Нейман описал, как должен быть устроен компьютер, чтобы он был универсальным устройством для обработки информации. Эти основы конструкции компьютера называются принципами фон Неймана. Сейчас подавляющее большинство компьютеров в основных чертах соответствует принципам фон Неймана.

Рис 2. Классическая архитектура фон Неймана.

По принципу фон Неймана, компьютер, должен иметь следующие устройства:

§ АЛУ - арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;

§ УУ - устройство управления, которое организует процесс

выполнения программ;

§ ОП - оперативная память для хранения программ и данных;

§ УВВ - устройство для ввода и вывода информации.

Информация является первичным и неопределяемым в рамках науки и понятием. Термин «информация» происходит от латинского “informatio”, что означает разъяснение, осведомление, изложение. Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (текст, звуки, изображения, анимация) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, которая состоит из двух цифр: 0 и 1. Цифра двоичной системы называется битом (bit- Binary digit -двоичная цифра).

Компьютер работает не с отдельными битами, а с восмью битами сразу. Восемь последовательных битов составляют байт.

Байт (byte) - является основной единицей информации. В одном байте можно закодировать значение одного символа из 256 возможных символов (256=2⁸).

Более крупными единицами информации являются:

1 Kb (килобайт) = 1024 b.

1 Mb (мегабайт) = 1024 Kb.

1 Gb (гигабайт) = 1024 Mb. (1024=2¹⁰)

Например: Если на странице текста помещается в среднем 1500 символов, то 1 Мb – это примерно 500 страниц, а 1 Gb – 500 тыс. страниц.

Корпорация IBM (International Business Machines Corp) разработал IBM PC (Personal Computer) в 1981 г. Важнейшую роль в развитии IBM PC компьютеров сыграл принцип открытой архитектуры и метод расширения.

Принцип открытой архитектуры (open architecture) – это сборка компьютера из независимо изготовленных частей и доступность способов их соединение всем желающим.

Метод расширения (upgrade – расширить, обновить) – это возможность заменять отдельные, старые компоненты на новые, без замены остальных комплектующих и устройств компьютера.

Разные модификации компьютеров IBM PC различаются между собой, прежде всего типом микропроцессора.

Микропроцессор (CPU – Central Processing Unit) – эта интегральная микросхема, которая выполняет вычисления и обработку информации.

Микропроцессор умеет выполнять несколько сотен миллионов операций в секунду. В свою очередь микропроцессоры различаются между собой разрядностью и тактовой частотой.

Разрядность – это количество битов, которое воспринимается микропроцессором как единое целое (4,8,16,32,64 – целая степень числа 2). От разрядности зависит производительность компьютера.

Тактовая частота – это импульсы специального генератора, которые служат метками времени для синхронизации работы компонентов компьютера.

Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту, чем выше тактовая частота, тем выше производительность. Тактовая частота измеряется в Мегагерцах (MHz) и Гигагерцах (GHz).

Например: микропроцессоры Intel Pentium выпускаются с тактовой частотой от 75 MHz до 2,5 GHz.

Оперативная память (RAM – random access memory – память с произвольным доступом) – это совокупность специальных электронных ячеек, каждая из которых может хранить один байт информации. Эти ячейки нумеруются порядковыми номерами‚ начиная с нуля: 0, 1, 2… Номер ячейки называется адресом.

Кэш-память (cache–memory) - сверхбыстрый буфер для хранения данных, располагающийся между микропроцессором и оперативной памяти.

Системная плата (материнская, motherboard) является основной частью компьютера, при помощи которой части компьютера объединяются в одно целое. Системная плата представляет собой большую плоскую плату, на которой укреплены электронные компоненты и различные разъемы.

Жесткий диск (hard disk) предназначен для постоянного хранения информации, используемого при работе с компьютером. Основная характеристика жесткого диска (иногда называют винчестером) - это его емкость, то есть количество информации, размещаемой на диске. Компьютеры IBM PC часто имеют диски с емкостью от 120 Mb до 40 Gb.

Дискета (floppy disk) позволяет перенести файлов с одного компьютера на другой. Практически все компьютеры имеют хотя бы один дисковод для дискет. Наиболее распространены дискеты с размером 3,5 дюйма (89 мм), которые имеют емкость до 1,44 Мb.

Накопитель для компакт-диска (CD-ROM) предназначен только для чтения содержащейся на компакт-диске информации емкостью до 650 Мбайт.

Клавиатура (keyboard) -предназначена для ввода информации и управления работой компьютера.

Дисплей (display) предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации.

К системному блоку компьютера IBM РС можно подключать различные устройства ввода-вывода информации, расширяя тем самым его функциональные возможности.

Такими устройствами являются:

§ принтер (printer) - предназначен для вывода текстовой и графической информации на бумагу;

§ модем (modem) – для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть;

§ сканер (scanner) – предназначен для ввода текстовой и графической информации с бумаги;

§ плоттер (plotter) – устройство вывода рисунка‚ фото и графика на бумагу;

§ стример (strimmer) – устройство для хранения данных на магнитной ленте;

§ UPS –устройство бесперебойного электропитания;

Литература основная:

7. Информатика. Базовый курс. Ред. С.В.Симонович. СПб., «Питер»., 2001,-638с.

8. Информатика. Учебник под ред.проф.Н.В.Макаровой, Финансы и статистика, , -2001, 768с.

9. Информатика А.С. Есипов. Учебник по базовому курсу. Изд.2-е, доп и перераб. – СПб: Наука и Техника, 2001 г.

10. М..Миллер. Использование Microsoft Windows-98. -Киев –Москва -Санкт-Петербург, Издательский дом «Вильямс», -1998,.

Дополнительная литература:

11. Каймин В.А., Питеркин В.М., Уртминцев А.Г.Информатика. Учебное пособие, 1998, 208с.

12. Ибрагимов У.М. Новые информационные технологии:

Пользовательский курс. -Шымкент, ЮКГУ, -2004, 150с.