Информатика как единство науки и технологии

2.1.3 Принцип Джона Фон  Неймана.

Архитектура фон Неймана (англ. von Neumann architecture) — широко известный принцип совместного хранения программ и данных в памяти компьютера. Вычислительные системы такого рода часто обозначают термином «машина фон Неймана», однако, соответствие этих понятий не всегда однозначно. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных.

1. Принцип двоичного кодирования.  Согласно этому принципу, вся  информация, поступающая в ЭВМ,  кодируется с помощью двоичных  сигналов (двоичных цифр, битов) и  разделяется на единицы, называемые  словами.

2. Принцип однородности  памяти. Программы и данные хранятся  в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что  хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда.  Над командами можно выполнять  такие же действия, как и над  данными.

3. Принцип адресуемости  памяти. Структурно основная память  состоит из пронумерованных ячеек;  процессору в произвольный момент  времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к хранящимся в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

4. Принцип последовательного  программного управления. Предполагает, что программа состоит из набора  команд, которые выполняются процессором  автоматически друг за другом  в определенной последовательности.

5 Принцип жесткости архитектуры.  Неизменяемость в процессе работы  топологии, архитектуры, списка  команд.

Компьютеры, построенные  на этих принципах, относят к типу фоннеймановских.

 

2.2 Внутренние устройства  компьютера.

Независимо от различий в  способах физической реализации каждый компьютер фактически можно разделить  на шесть логических блоков или частей:

Входной блок. Это "воспринимающая" часть компьютера. Она получает информацию (данные или компьютерные программы) от различных устройств ввода и размещает ее в других устройствах для последующей обработки. Большая часть информации поступает сегодня через клавиатуру, подобную пишущей машинке, и устройство, называемое "мышью". В будущем, возможно, большая часть информации будет вводиться в компьютер с голоса.

Выходной блок. Эта часть  компьютера выполняет роль "перевозчика". Она забирает информацию, которая была обработана компьютером, и размещает ее в различных выходных устройствах, чтобы сделать пригодной для использования вне компьютера. Большая часть выходной информации компьютера отображается сегодня на экране, печатается на бумаге или используется для управления другими устройствами.

Блок памяти. Это быстро доступная и относительно малоемкая часть компьютера, выполняющая роль "склада". Она хранит информацию, которая была введена через входной блок, и эта информация может стать доступной для обработки, как только это потребуется. Блок памяти хранит также информацию, которая уже обработана, до тех пор пока она не окажется размещенной в других устройствах выходным блоком. Блок памяти часто называют либо памятью, либо первичной памятью.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Это "обрабатывающая" часть  компьютера. Она отвечает за выполнение вычислений, таких, как сложение, вычитание, умножение и деление. Она содержит решающие механизмы, которые позволяют компьютеру, например, сравнивать два элемента из блока памяти, чтобы определить, равны они или нет.

Центральное процессорное устройство (ЦПУ). Это "административная" часть  компьютера. Она координирует работу компьютера и осуществляет надзор за работой всех других частей. ЦПУ  указывает входному блоку, когда  информация должна быть считана в  блок памяти, указывает АЛУ, когда  информация из памяти должна быть использована в вычислениях, и указывает выходному  блоку, когда послать информацию из блока памяти на определенное выходное устройство.

Блок вспомогательных  запоминающих устройств. Эта часть  является "складом" высокой емкости  для долгосрочного хранения информации. Программы или данные, не используемые активно другими блоками, обычно располагаются во вспомогательных  запоминающих устройствах (таких, как  диски) до тех пор, пока они снова  не потребуются, возможно, спустя дни, месяцы и даже годы. Доступ к этой информации гораздо более медленный, чем к информации в первичной  памяти. В то же время стоимость  единицы памяти во вспомогательных  запоминающих устройствах во много  раз меньше, чем в первичной  памяти.

2.3.Перифирийные устройства  ( ввода, вывода).

Компьютер является универсальным  устройством для переработки  информации. Чтобы дать компьютеру возможность переработки информации, её необходимо каким-то образом туда ввести. Для осуществления ввода  информации были созданы специальные  устройства – это в первую очередь  клавиатура и сканер. Попадая в  компьютер, информация обрабатывается и далее реализовывается возможность  вывода этой информации, т.е. пользователь имеет возможность визуального  восприятия данных. Для вывода информации используются монитор и принтер. После ввода и обработки информации, её можно сохранить, для чего были созданы специальные устройства, это жёсткий диск, магнитные диски и средства оптического хранения данных.

Широкое распространение  получил высокоскоростной интерфейс USB 2.0, что позволило повысить скорость передачи изображения и увеличить  его формат. Ведь даже несмотря на то, что главное предназначение Web-камер — коммуникационный рынок (передача видеоинформации по низкоскоростным каналам связи, например с использованием модема), который диктует жесткие ограничения на поток информации, а следовательно, на формат и степень сжатия изображения, из более качественного исходного материала всегда получается более приемлемый результат.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III глава. Программное  обеспечение компьютера.

3.1 Классификация программного  обеспечения.

Возможности современного ПК столь велики, что все большее  число людей находят ему применение в своей работе, учебе, быту. Важнейшим  качеством современного компьютера является его "дружественность" по отношению к пользователю. Общение  человека с компьютером стало  простым, наглядным, понятным. Компьютер  сам подсказывает пользователю, что  нужно делать в той или иной ситуации, помогает выходить из затруднительных  положений. Это возможно благодаря  программному обеспечению компьютера.

Снова воспользуемся аналогией  между компьютером и человеком. Новорожденный человек ничего не знает и не умеет. Знания и умения он приобретает в процессе развития, обучения, накапливая информацию в  своей памяти. Компьютер, который  собрали на заводе из микросхем, проводов, плат и прочего, подобен новорожденному человеку. Можно сказать, что загрузка в память компьютера программного обеспечения  аналогична процессу обучения ребенка. Создается программное обеспечение  программистами.

Вся совокупность программ, хранящихся на всех устройствах долговременной памяти компьютера, составляет его  программное обеспечение (ПО).

Программное обеспечение  компьютера постоянно пополняется, развивается, совершенствуется. Стоимость  установленных программ на современном  ПК зачастую превышает стоимость  его технических устройств. Разработка современного ПО требует очень высокой квалификации от программистов.

В программном обеспечении  компьютера есть необходимая часть, без которой на нем просто ничего не сделать. Она называется системным  ПО. Покупатель приобретает компьютер, оснащенный системным программным обеспечением, которое не менее важно для работы компьютера, чем память или процессор. Кроме системного ПО в состав программного обеспечения компьютера входят еще прикладные программы и системы программирования.

Программное обеспечение  компьютера делится на:

- системное ПО;

- прикладное ПО;

- специальное ПО.

Можно выделить следующие  виды программных средств: прежде всего, это программы, необходимые для  управления работой самого компьютера как сложной системы. Пользователь, как правило, может даже не знать, что это за программы, сколько  их, что они делают. Но большинство  команд пользователя выполняется именно с их помощью. В совокупности они  называются системным ПО. К нему традиционно относят [5]:

- программы начальной  загрузки компьютера. Они хранятся  в ПЗУ (постоянном запоминающем  устройстве) и обеспечивают проверку  работоспособности основных устройств  компьютера после его включения  и передачу управления операционной  системе. Часто называются базовым  ПО;

- операционные системы  (ОС), необходимые для управления  согласованной работой всех устройств  и программ компьютера, выполнения  команд пользователя;

- файловая система;

- операционные оболочки, предназначенные для обеспечения  удобного для пользователя способа  работы с файлами и запуска  прикладных программ;

- драйверы устройств,  обеспечивающие программную поддержку  работы конкретных устройств  (в последнее время входят в  состав операционной системы).

Другой класс программного обеспечения – прикладное ПО. Оно предназначено для решения пользователем задач из самых различных предметных областей – математики, лингвистики, делопроизводства, управления и т.д. Существуют самые разные классификации прикладного ПО. В прикладном ПО можно выделить следующие группы программных средств (ПС):

- ПС для обработки текстов  – текстовые редакторы, текстовые  процессоры, редакционно-издательские  системы, программы-переводчики,  программы проверки орфографии  и синтаксиса, лингвокорректоры и т.п.;

- ПС для обработки числовой  информации – электронные таблицы,  пакеты математических программ, пакеты для статистической обработки  данных и др.;

- ПС для обработки графической  информации – графические редакторы,  аниматоры, программы деловой  и презентационной графики, средства  работы с трехмерными и видеоизображениями  и др.;

- ПС для обработки звуковой  информации – музыкальные и  звуковые редакторы, синтезаторы  звука, программы распознавания  и синтеза речи и пр.;

- ПС, обеспечивающие работу  в телекоммуникационных сетях  – почтовые программы, поисковые  системы, броузеры и пр.;

- ПС, обеспечивающие автоматизированное  хранение информации – системы  управления базами данных (СУБД), построенные с их помощью базы  и банки данных (БД и БнД), специализированные информационно-поисковые системы (ИПС) и др.;

- ПС, используемые в процессах  управления и диагностики –  различные типы автоматизированных  систем управления (АСУ) и систем  автоматизированного управления (САУ), системы поддержки принятия решений  (СППР), экспертные системы (ЭС) и  пр.;

- ПС, применяемые для проведения  исследовательских и проектно-конструкторских  работ – специализированные моделирующие  программы, системы автоматизированного  проектирования (САПР) и пр.;

- ПС, используемые в обучении  – электронные учебники, тренажеры,  тесты и пр.;

- игровые программы;

- программы, созданные  пользователем с помощью сред  программирования.

В специальном ПО можно  выделить инструментальное ПО и сервисное  ПО.

Инструментальное ПО –  это всевозможные среды программирования, с помощью которых создается  все многообразие программных средств.

К сервисному ПО относятся:

- антивирусные программы;

- программы-архиваторы;

- утилиты, расширяющие  возможности ОС по управлению  аппаратными и программными средствами (восстановление ошибочно удаленных  файлов, дефрагментация диска, попытка  восстановления "испорченных"  секторов диска, очистка системных  регистров и т.п.)

3.2 Операционная система.

Операцио́нная систе́ма, сокр. ОС (англ. operating system, OS) — комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой стороны — предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений. Это определение применимо к большинству современных операционных систем общего назначения.

В логической структуре типичной вычислительной системы операционная система занимает положение между  устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропрограммами — с  одной стороны — и прикладными  программами с другой.