Структура информационной системы

Последовательный  интерфейс обеспечивает передачу данных последовательно, бит за битом и поэтому обеспечивают малую скорость передачи данных и имеют простое устройство. Их используют для подключения медленных устройств, а также в тех случаях, когда нет ограничений на продолжительность обмена данными, например, для подключения клавиатуры и мыши. Скорость передачи данных через последовательный интерфейс измеряется в битах в секунду.

<pПараллельные интерфейсы обеспечивают передачу данных одновременно группами битов, что повышает скорость передачи данных. Количество битов в группе называется разрядностью интерфейса. Существуют 8, 16, 32 и 64-разрядные интерфейсы. Они имеют более сложное устройство, чем последовательные интерфейсы. Их применяют там, где важна скорость передачи данных: для подключения печатающих устройств, устройств ввода графических данных, устройств записи на внешние запоминающие устройства и т.п. Производительность параллельных интерфейсов измеряется в байтах в секунду.

В настоящее время базовая  аппаратная конфигурация персонального  компьютера включает следующие устройства:

• системный блок;
• монитор;
• клавиатуру;
• мышь.

Системный блок представляет собой основной узел компьютера, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называются внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, внешними или периферийными. Внешними являются большинство устройств ввода-вывода и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных.

Внутренними устройствами являются:

• материнская плата;
• жесткий диск;
• дисковод гибких дисков;
• дисковод компакт-дисков;
• видеокарта;
• звуковая карта.

На материнской плате размещены:

• микропроцессор;
• набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера;
• шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;
• постоянное запоминающее устройство – микросхема, предназначенная для хранения некоторых важных данных, когда компьютер выключен;
• оперативное запоминающее устройство;
• разъемы для подключения дополнительных устройств.

Жесткий диск – основное устройство долговременного хранения больших объемов данных и программ. Это группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Таким образом, жесткий диск имеет несколько рабочих поверхностей. Над каждой поверхностью располагается головка чтения/записи. При высоких скоростях вращения дисков в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте нескольких тысячных долей миллиметра. При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности магнитного поля в зазоре, что вызывает изменение ориентации ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. При считывании данных намагниченные частицы, проходя вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Возникающие при этом электрические сигналы усиливаются и обрабатываются. Управление работой жесткого диска выполняет специальное устройство – контроллер жесткого диска.

Для оперативного переноса небольших объемов данных используются гибкие магнитные диски (дискеты), которые  вставляются в специальное устройство – дисковод гибких дисков. Гибкий диск диаметром 3,5 дюйма хранит до 1,44 Мб данных. С нижней стороны гибкий диск имеет центральную втулку, которая захватывается шпинделем дисковода и приводится во вращение. Гибкие диски являются малонадежными носителями информации.

Защита магнитного слоя является особенно актуальной, поэтому  сам диск спрятан в прочный пластмассовый корпус, а зона контакта головок с его поверхностью закрыта от случайных прикосновений специальной шторкой, которая автоматически отодвигается только внутри дисковода.

Контроллер дисковода  включает и выключает двигатель  вращения, проверяет, закрыт или открыт вырез, запрещающий операцию записи, устанавливает на нужное место головку  чтения/записи.

Любой магнитный диск первоначально  к работе не готов. Для приведения его в рабочее состояние он должен быть отформатирован, т. е. на нем  должна быть создана специальная  структура. Структура диска –  это магнитные концентрические  дорожки, разделенные на сектора, помеченные специальными магнитными метками. У  жесткого диска есть еще и цилиндры – совокупность дорожек, расположенных друг над другом на всех рабочих поверхностях дисков. Все дорожки магнитных дисков на внешних цилиндрах больше, чем на внутренних. Следовательно, при одинаковом количестве секторов на каждой из них плотность записи на внутренних дорожках должна быть больше, чем внешних.

Количество секторов, емкость  сектора, следовательно, и информационная емкость диска зависят от типа дисковода и режима форматирования, а также от качества самих дисков.

Для хранения больших объемов  данных, а также мультимедийной информации, используются компакт-диски, которые вставляются в дисковод компакт-дисков CD-ROM. Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) переводится как «постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска). Словом «мультимедиа» (наиболее близкий перевод – «много сред») обозначают программы и необходимое оборудование, которые вместе могут работать с различными типами данных (звук, видео, графика).

Принцип действия компакт-диска  состоит в изменении отражательной  способности поверхности диска  под действием лазерного луча. Основным параметром дисководов CD-ROM является скорость чтения данных. Она измеряется в кратных долях. За единицу измерения  принята скорость чтения в первых серийных образцах, составлявшая 150 Кбайт/с. Остальные дисководы характеризуются  как 2-х скоростные, 4-х скоростные и т.д.

Видеокарта, или видеоадаптер, управляет всеми операциями по выводу изображения на экран монитора. Он выполняется в виде отдельной платы, которая вставляется в один из разъемов на материнской плате.

Звуковая карта выполняет операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через внешние колонки, подключаемые к выходу звуковой карты.

Монитор, или дисплей, является основным периферийным устройством компьютера и служит как для отображения информации, вводимой с помощью клавиатуры и других устройств ввода, так и для выдачи пользователю сообщений, а также для вывода на экран результатов, полученных в ходе выполнения работы. Монитор подключается через видеоадаптер или видеоконтроллер.

В настоящее время существуют мониторы на основе электронно-лучевых  трубок и жидкокристаллические мониторы.

Основными техническими характеристиками дисплеев являются:

• разрешающая способность, то есть количество высвечиваемых точек по вертикали и горизонтали;
• количество воспроизводимых цветов и градаций яркости;
• размер экрана.

Клавиатура – клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых данных, а также команд управления.

Мышь – устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой коробочку с двумя или тремя кнопками. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением указателя мыши по экрану монитора. Перемещения мыши и щелчки ее кнопок являются событиями с точки зрения ее программы-драйвера. Анализируя эти события, драйвер управляет работой компьютера. 

5.2. Периферийные устройства

Периферийные устройства подключаются к системному блоку  и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря  им вычислительная система приобретает  гибкость и универсальность. К периферийным устройствам относятся принтеры, сканеры, модемы и некоторые другие устройства, предназначенные для  ввода, вывода и хранения данных, а  также для обмена данными.

Принтер – это устройство вывода текстовой и графической информации на бумажный носитель. Принтеры бывают матричные, лазерные и струйные.

Матричные принтеры ударяют иголками через красящую ленту по бумаге. Они работают медленно и часто издают много шума. Матричные принтеры бывают только монохромные (двухцветные), в зависимости от цвета красящей ленты.

Струйные принтеры обладают лучшим качеством печати и бесшумны. В этих принтерах из пишущих головок (картриджей) распыляются чернила через специальные форсунки. Такие принтеры могут быть монохромные и цветные.

На лазерном принтере лазер рисует изображение документа, которое должно быть напечатано, на специальном барабане. В тех местах, где лазер облучает барабан, создается электростатический заряд. Затем на барабан напыляется красящий порошок, при этом частицы прилипают к заряженным участкам барабана. На следующем этапе барабан прокатывает лист бумаги, и частицы порошка переносятся на бумагу. Для закрепления изображения лист бумаги проходит через печку, где частицы порошка спекаются, образуя четкое несмываемое изображение.

К основным параметрам лазерных принтеров относятся:

• разрешающая способность, измеряемая количеством точек на дюйм;
• производительность (количество страниц в минуту);
• формат используемой бумаги;
• объем собственной оперативной памяти.

Сканер – устройство для ввода графической информации в компьютер. Он создает в компьютере электронную копию изображения, считываемого с бумаги. Изображение может быть текстом, рисунком, фотографией, диаграммой, проекцией трехмерного предмета на плоскость или чем-нибудь другим. Оно считывается многоэлементными фотоприемными линейками с использованием протяженного осветителя и объектива. Число фотоприемников в линейке может составлять 2000 и выше.

Самые простые сканеры  – ручные. Пользователь должен сам  перемещать сканер по изображению. С  их помощью нельзя за один проход ввести полностраничное изображение, поскольку  их стандартная ширина – 105 мм. Значительно  удобнее планшетный сканер. На него можно положить лист бумаги, который  будет автоматически считан.

Для работы со сканером нужно  специальное программное обеспечение. Текст, введенный с помощью сканера, представляется в памяти компьютера в виде графического изображения. Для  преобразования его в текст используются специальные программные средства распознавания символов. 

5.3. Программное обеспечение

Конечная цель выполнения любой программы – управление аппаратными средствами. Программное  и аппаратное обеспечение работают в непрерывном взаимодействии, и  их разделение является довольно условным.

Между программами, также  как между аппаратными средствами, существует взаимосвязь, поэтому можно  говорить о программном интерфейсе. Программный интерфейс основан  на протоколах – соглашениях о  взаимодействии программ. Всё программное  обеспечение вычислительной системы  разбивается на несколько взаимодействующих  между собой уровней (рис. 18). Каждый следующий уровень опирается  на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое разделение программного обеспечения упрощает разработку и  эксплуатацию программ. Каждый следующий  уровень повышает функциональные возможности  всей системы.

Рис. 18. Уровни программного обеспечения.

Базовый уровень. Это самый низкий уровень программного обеспечения. Базовое программное обеспечение отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Обычно оно входит в состав базового оборудования и хранится в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами ПЗУ, или ROM (Read Only Memory). Программы и данные записываются в ПЗУ на этапе его изготовления и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

В тех случаях, когда  это необходимо, вместо ПЗУ используются перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства ППЗУ, или EPROM (Erasable and Programmable Read Only Memory). Изменение содержимого микросхем памяти в этом случае производится на специальных устройствах – программаторах.

Системный уровень. Этот уровень обеспечивает взаимодействие прочих программ вычислительной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением. От программ этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы. При подключении к системе нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая взаимодействие других программ с этим оборудованием. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств.

Специальный класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Они обеспечивают возможность ввода данных в вычислительную систему, управление её работой и  вывод результатов в удобной  форме. Эти программы называются пользовательским интерфейсом. От них зависит удобство работы с компьютером и производительность труда на рабочем месте.