Лекция по "Информатике"

Основной стандарт
0 Цифры, знаки	Буквы латинского алфавита 127

Расширенный стандарт DOS		Расширенный стандарт WIN
128 Буквы национальных алфавитов	Символы псевдографики     255	128 Символы псевдографики	Буквы национальных алфавитов   255

Например, "0" - соответветствует десятичному  коду 00, "." - соответветствует десятичному  коду 46, латинская буква "А" - соответствует  десятичному коду 65, строчная буква "q" - соответствует десятичному  коду 113.  
Основной стандарт является общепринятым в мире, а расширенный в зависимости от операционной системы может меняться, поэтому для кодирования русских букв существуют и другие кодовые таблицы, например КОИ - 8 (код для обмена информацией).  
В настоящее ведущими фирмами предложена новая система кодировки символов Unicode (Universal Code), в которой каждый символ кодируется не одним, а двумя байтами, один из которых содержит сведения о языке принадлежности символа. Правда, объем информации увеличивается вдвое, но зато можно избавиться от множества перекодировщиков.

 

 

Содержание

 

Из истории развития ЭВМ

Начало  развития вычислительной техники можно  отнести к периоду, когда были созданы первое счетное устройство, так называемый абак. Оно представляло собой ящик со струнами, по которым передвигались кости. Прошло несколько тысяч лет, прежде чем были созданы новые счетные устройства.

Вот несколько  фактов:

• Конец XV - начало XVI вв. - Великий художник, скульптор и математик Эпохи Возрождения - Леонардо да Винчи сделал эскиз 32-х разрядного суммирующего устройства (по нему фирма IBM создала в целях рекламы действующее устройство).
• 1642 год - 18-летний французский математик и физик Блез Паскаль создает первую модель вычислительной машины, которая могла выполнять арифметические операции.
• 1823 год - английский ученый Чарльз Беббидж разрабатывает проект "Разностной машины", затем в 1833 г. и далее - разрабатывает проект аналитической машины, которая состоит из трех частей:

Одновременно  дочь Джорджа Гордона Байрона  Леди Ада Лавлейс разрабатывает программы для этой машины (первая в мире женщина-программист, именем которой назван один из языков программирования Ада, созданный по заказу Пентагона). В развитие ЭВМ внесли свой вклад многие выдающиеся ученые, в частности английские математики Джордж Буль и Тьюринг, и, наконец, американский ученый Джон фон Нейман разработал концепцию ЭВМ и завершил ее разработку к 1950 году.

Главные элементы концепции:  
1. Двоичное представление информации и команд (взято из идей предшественников).  
2. Принцип хранимой программы (данные и программа хранятся в оперативной памяти).  
3. Прямой доступ к памяти по адресу (организация вычислений сразу по всем разрядам данного).

Cтруктура  ЭВМ, предложенная Джоном фон  Нейманом.

С этого  момента начинается развитие и совершенствование  ЭВМ. Ее структура уточняется и становится основой любой ЭВМ, независимо от дизайна и архитектуры. Устройство управления и арифметико-логическое устройство соединяются в единый блок, который называется процессор. 
 
Большой вклад в развитие отечественных ЭВМ и программных средств для ЭВМ внесли: русский математик и механик П. Л. Чебышев, советские ученые - академик С. А. Лебедев, академик В. М. Глушков, А. А. Ляпунов, М. Р. Шура-Бура, А. П. Ершов и многие другие.

К техническим  средствам информатики относят  электронно-вычислительные машины с  периферийными устройствами и вычислительные сети. 
 
В структуре любой ЭВМ можно выделить следующие компоненты:

Определения

Память - запоминающее устройство для хранения информации. Память делится на два основных вида - оперативную и внешнюю.

Оперативная память предназначена для временного хранения информации. Она состоит из ячеек, которые имеют адрес и содержимое. Ячейки состоят из более мелких элементов памяти - байтов, их может быть от 1 до 8.

Адрес ячейки - номер левого байта ячейки.

Содержимое - это данное, находящееся в ячейке и закодированное в двоичном виде.

Внешняя память предназначена для длительного хранения информации и обмена с оперативной памятью. К внешней памяти относят накопители (устройства для работы с носителями на дисках и лентах) на жестких и гибких дисках, магнитных лентах (стример), в последние годы оптические (лазерные диски).

Единицами измерения памяти являются байты, килобайты, мегабайты, гигабайты, терабайты, петабайты….  
Процессор - устройство для выполнения арифметических, логических операций и контроля над работой всей ЭВМ.  
Процессоры характеризуются своей архитектурой (набором команд и др.), разрядностью, скоростью выполнения операций.  
 
Как правило, компьютеры имеют один процессор, однако существуют многопроцессорные ЭВМ, тогда каждый процессор выполняет параллельно команды программы или одну команду по тактам.  
УВВ - внешние устройства, предназначенные для общения пользователя с компьютером.

 

Содержание

 

Особенности, классы современных ЭВМ

От момента  создания первой ЭВМ прошло много  времени, и архитектура ЭВМ претерпела большие изменения. Из больших громоздких - ЭВМ превратились в малогабаритные, но еще более мощные, чем прежде. Элементная база компьютеров за довольно большой период времени видоизменилась от электронных ламп до СБИС (сверх  большие интегральные схемы).

Особенности современных  ЭВМ

Несмотря  на то, что современные ЭВМ сильно отличаются от старых, они по-прежнему строятся по принципам, изложенным фон  Нейманом. Однако есть принципы, отличающие их от первых ЭВМ, вот некоторые из них:

• ·  Принцип использования прерываний (как правило, связан с сигналами прерываний от внешнего устройства для выполнения неотложных действий этим устройством).
• Принцип открытой архитектуры (для ПК - возможность изменять и дополнять компоненты компьютера).
• Параллельные вычисления и многопроцессорность (для всех современных ЭВМ, но в первую очередь для больших и суперЭВМ).

Классы  современных ЭВМ (по размерам и функциональным возможностям)

Супер-ЭВМ	Для выполнения сложных  научных расчетов	До 1000 (и даже более) параллельно работающих процессоров	CRAY VAX-1000 nCube (64)
Большие ЭВМ (Mainframe)	Для обработки больших  массивов информации (банки, крупные  предприятия)	Мультипроцессорная  архитектура (1 -10). Подключение до 200 рабочих  мест.	Tandem ЕС-1066
Супермини-ЭВМ (Устаревший  класс)	Для управления предприятиями, много пультовыми вычислительными  системами	Мультипроцессорная  архитектура. Подключение до 200 терминалов.	Семейство VAX Sparc
Мини-ЭВМ (Устаревший  класс)	Для управления предприятиями  среднего размера	Однопроцессорная  архитектура	ES/9000
Микро-ЭВМ: Персональные компьютеры Рабочие профессиональные станции Серверы	Для индивидуального  обслуживания пользователей, автоматизации  проектирования и эксперимента, работы в вычислительных сетях	Однопроцессорная  архитектура, высокое быстродействие, гибкость конфигурации	IBM, APPLE и др.

Типы персональных компьютеров

Настольные (Desktop)

Портативные (Laptop)

Блокнотные (Notebook)

Мультимедиа (MPC)

Плоско панельные (Panel PC, в отличие от других есть сенсорный  экран с "дружественным интерфейсом", но возможно подключение клавиатуры и "мыши", в одном корпусе  совмещены системный блок и дисплей  жидкокристаллический цветной).

 

 

Содержание

 

Состав персональных компьютеров

Стандартный набор  персонального компьютера содержит:

• Системный блок (процессорный блок)
• Дисплей (Монитор)
• Принтер
• Клавиатуру
• Мышь

 

В состав системного блока входит:

• Материнская плата, на которой находится микропроцессор, оперативная память и шина (магистраль передачи данных между процессором и оперативной памятью и внешними устройствами).
• Жесткий магнитный диск типа Винчестер (от англ. ружья Винчестер калибра 30/30, т.к. первый диск имел память верхней и нижней поверхностей 30/30 Кб).
• Контроллеры или адаптеры - электронные схемы для управления внешними устройствами.
• Внешние запоминающие устройства для гибких магнитных дисков, магнитооптических и лазерных (компакт) дисков типа CD-ROM и магнитных лент. В 1995/96 годах появились новые устройства, использующие компакт-диски: CD-R (позволяет выполнять однократную запись), CD-Е (допускает многократную перезапись данных на диске), DVD (устройство для работы с цифровыми видеодисками).

Основные характеристики микропроцессоров: тактовая частота, разрядность и архитектура.

Тактовая частота - это скорость выполнения элементарных операций в секунду (тактов одной операции).

Разрядность - количество разрядов одновременно участвующих в выполнении операции, т.е. разрядность ячеек памяти - 8-разрядные, 16-разрядные, 32-разрядные, 64-разрядные. В связи с этим существуют 8-разрядные, 16-разрядные, 32-разрядные, 64-разрядные микропроцессоры.

Микропроцессоры (МП), используемые в IBM-совместимых  ЭВМ от первых до Pentium Pro, имеют CISC-архитектуру (Complex Instruction Set Computing - полный набор команд), однако на современном этапе существует уже RISC-архитектура (Reduced Instruction Set Computing - уменьшенный набор команд) и  создается MISC-архитектура (Minimum Instruction Set Computing - минимальный набор команд).

Отличие их состоит в том, что первая архитектура  содержит полный набор команд, а  микропроцессор типа RISC содержит набор  простых команд чаще всего встречающихся  в программах. При необходимости  выполнения более сложных команд в МП производится их автоматическая сборка из простых. В этих МП на выполнение каждой простой команды за счет их параллельного выполнения тратится один такт (на выполнение самой короткой команды CISC - архитектуры обычно тратится 4 такта). МП типа RISC не совместимы с CISC МП программно.  
Две архитектуры - RISC (уменьшенный набор) и MISC (минимальный набор), позволяют существенно увеличить скорость выполнения команд. Микропроцессоры RISC-архитектуры широко используются для создания суперЭВМ.

 

Монитор (дисплей) - устройство для вывода на экран текстовой и графической информации. Дисплей настольного компьютера выполнен на основе электронно-лучевой трубки, дисплей переносного компьютера - на основе жидкокристаллической технологии.

Монитор может работать в двух режимах: текстовом  и графическом.

В текстовом режиме экран разбивается на знакоместа, (чаще всего на 25 строк по 80 символов в строке) на каждое из которых выводится один из 256 символов таблицы стандарта ASCII.

В графическом режиме на экран выводятся изображения по пикселям (picture element). Важными параметрами видеосистемы являются: разрешающая способность, палитра и размер видеопамяти.

Разрешающая способность выражается количеством пикселей по горизонтали и вертикали.

Палитра - это множество цветов, которые способна отображать видеосистема.

Видеосистема  компьютера содержит, кроме монитора, видеоадаптер, содержащий собственную  память (видеопамять). Изображение на экране формируется в видеопамяти  процессором. Для черно-белых мониторов 1 пикселю соответствует 1 бит видеопамяти. Для цветных - 1 пикселю может соответствовать  от 0,5 до 3-х байтов. В соответствии с этим количество воспроизводимых цветов меняется от 16 (2⁴) - 256 (2⁸) - 65000 (2¹⁶) - 16,7 млн. (2²⁴).

Размер видеопамяти компьютера зависит от требований к разрешающей способности и палитре. Формула для подсчета видеопамяти (кол. пиксель по гор. * кол. пиксель по вертикали)*кол. байт.

Разные  типы мониторов имеют различные  возможности для показа изображений.

Тип монитора	Разрешение	Количество  цветов	Размер  видеопамяти
MDA - Monochrome Display Adapter	720*360	2
CGA - Color Graphics Adapter	640*200	4
EGA - Enhanced Graphics Adapter	640*350	16	128 Кб
VGA - Video Graphics Adapter	640*480 320*200	16 256	256 Кб
SVGA - Super Video Graphics Adapter	640*480 800*600 1024*768 1600*1200	256  65000 (HiColor)  16,7 млн. (TrueColor)	512 Кб   1 Мб   2 Мб   4 Мб
PGA - Professional Graphics Adapter		Свыше 16 млн.

Важными характеристиками монитора являются также размер зерна и частота кадровой развертки (количество кадров в единицу времени). Если частота кадровой развертки >= 25, то человеческий глаз не воспринимает смену кадров.