Аппаратное и программное обеспечение
Собственно компьютер и все его устройства принято называть аппаратным обеспечением. Поскольку компьютер — это автомат, выполняющий программу (см. “Исполнение программы”), очевидно, что для нормального функционирования аппаратной части требуются еще программы, т.е. программное обеспечение. Аппаратную и программную составляющие часто называют английскими терминами hardware и software соответственно, что подчеркивает гибкость и вариативность (“мягкость”) программной части, за счет которой выпущенный на заводе стандартный компьютер приспосабливается к потребностям конкретного пользователя непосредственно на его рабочем месте.
Очевидно, что наличие ПО позволяет адаптировать одно и то же компьютерное оборудование к потребностям специалистов из самых разнообразных областей. В результате и писатель, и бухгалтер, и инженер-технолог могут пользоваться абсолютно одинаковыми вычислительными машинами. С экономической точки зрения такой подход необычайно продуктивен, поскольку универсальные изделия, выпускаемые в больших количествах, получаются существенно дешевле: легче автоматизировать их производство.
Современный компьютер является воплощением подлинного единства программной и аппаратной части. Не только написание программ без машины лишено практического смысла, но и компьютер без программного обеспечения не более чем дорогое украшение стола. Считается, что роль программной и аппаратной частей примерно одинакова, они должны гармонично соответствовать друг другу. В частности, устанавливаемое на компьютер программное обеспечение должно соответствовать его аппаратным характеристикам, а технические возможности компьютера полностью реализуются только после установки соответствующего ПО (например, многоядерность процессоров сама по себе, без поддержки обновленного программного обеспечения, обещанного подъема производительности не обеспечит).
Оба компонента компьютера необычайно разнообразны по реализации. Так, аппаратная часть образует целые семейства совместимых моделей, причем индивидуальная конфигурация отдельных однотипных машин также может существенно различаться. В нашей стране наибольшее распространение получили компьютеры IBM PC, но это не единственное семейство ПК. Во многих западных университетах, а также в организациях, обрабатывающих мультимедийную информацию, большой популярностью пользуются компьютеры Apple Macintosh. Существуют и другие модели компьютеров.
Еще большим разнообразием отличается программное обеспечение. Тысячи программ на многие случаи жизни уже написаны, но каждый день появляются все новые и новые. Однозначно расклассифицировать такое великое множество разнообразных программ невозможно. Тем не менее, если отбросить второстепенные детали, то удается создать довольно простую классификацию, которая принимается большинством авторов учебной литературы. В соответствии с ней программное обеспечение можно разделить на системное, прикладное и системы программирования.
Системное программное обеспечение является своеобразным программным продолжением аппаратной части. Оно обеспечивает работоспособность самого компьютера и его устройств, а также поддерживает нормальную работу всех остальных видов программ. Эта “вспомогательная” часть ПО хотя и не решает конкретных задач пользователей, но зато создает возможности для их комфортного решения. К данной категории программного обеспечения принадлежит в первую очередь операционная система (см. “Операционная система”). Кроме того, сюда же можно отнести всевозможные программы “технической” направленности: для проверки и обслуживания внешних устройств, сервисные программы, ПО для повышения удобства работы с папками и файлами на дисках и многое другое. Важной частью этой категории ПО являются антивирусные программы.
В настоящее время без минимального набора системного ПО нельзя даже полноценно продемонстрировать, что компьютер и все его внешние устройства работоспособны.
Прикладное программное обеспечение, как следует из названия, предназначено для решения прикладных задач. Оно делится на ПО общего и специального назначения. Первое требуется всем пользователям независимо от их профессии (текстовый и графический редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных, программы для сетевых коммуникаций и т.п.). Второе для каждой области деятельности имеет собственный набор. Такое специализированное программное обеспечение часто называют пакетами прикладных программ. Сюда относятся, например, различные математические пакеты (Maple, MatCad), бухгалтерские (1C, Бест) или многочисленные пакеты обучающих программ.
Именно ради этой группы программного обеспечения в основном и приобретает компьютеры большая часть пользователей.
Системы программирования
Наконец, последняя разновидность программного обеспечения — системы программирования — позволяет создавать новые программы. Благодаря этому можно “научить” компьютер выполнять любые действия, в том числе и такие, которые отсутствуют в “готовом” программном обеспечении.
Уточним, что термин “система программирования”, сменивший более ранний “язык программирования”, введен потому, что в комплект современного транслятора обязательно входит целый набор дополнительных программных средств, которые облегчают работу программиста.
Описанная выше классификация является наиболее общей и не претендует на полноту. Тем не менее для первоначального знакомства она вполне достаточна.
Отдельные наиболее важные аспекты и свойства этих составляющих будут рассмотрены в других статьях данного раздела.
Методические рекомендации
Вопрос о неразрывном единстве аппаратной и программной частей компьютера не случайно выделен в Стандарте. Он является фундаментальным и мировоззренческим, поэтому на уроках ему должно уделяться постоянное внимание. При изучении аппаратного устройства следует всячески подчеркивать роль программного обеспечения в функционировании машины. С другой стороны, используя конкретное программное обеспечение, следует отмечать его опору на те или иные аппаратные особенности устройств. В свете сказанного особое внимание необходимо уделить процессу инсталляции нового программного обеспечения, когда требуется внимательно анализировать соответствие системных требований ПО техническим характеристикам имеющегося компьютера. Следует формировать у учащихся привычку оценивать это соответствие прежде, чем произведенная установка покажет очевидную невозможность практического использования данного ПО. Например, установка на старый компьютер новейшей версии операционной системы будет напрасной тратой времени, и это можно заранее предсказать.
Системное ПО
Это программы общего пользования, которые предназначены для всех пользователей компьютера. Системное программное обеспечение разрабатывается так, чтобы компьютер мог эффективно выполнять прикладные программы.
Аппаратная часть компьютера (hardware от англ. твёрдое изделие) — это набор устройств, из которых он состоит.
Аппаратное обеспечение вычислительных систем — обобщённое название оборудования, на котором работают компьютеры и сети компьютеров.
- центральный процессор (процессоры)
Некоторая часть задач, выполняемая аппаратным обеспечением может быть выполнена частично или полностью с помощью программной эмуляции, например, в персональных компьютерах часто используется программная реализация протоколов связимодемов, программная эмуляция функций отрисовки 3D изображений. Обычно перенос выполняемой задачи из аппаратной части в программную уменьшает стоимость оборудования, но увеличивает нагрузку на центральный процессор.
В случае существенной нагрузки на процессор определённого рода задачами, для повышения производительности производят обратную операцию: аппаратно реализуют часть алгоритма, уменьшая участие процессора в выполнении алгоритма.
Охарактеризуйте программную и аппаратную части компьютера
1. Информация на сайте 2HPC.RU носит ознакомительный характер. Все действия описанные в статьях вы совершаете на свой страх и риск! При копировании материалов, прямая индексируемая ссылка на 2HPC.RU — обязательна!
2. Любые предложения представленные на сайте, с указанием цены на тот или иной товар (услугу), носят информативный характер и не являются публичной офертой!
3. Сайт использует файлы cookie. Продолжая работу с сайтом, вы соглашаетесь с этим. Политика конфиденциальности.
Как работает компьютер?
Компьютер принимает и обрабатывает данные в соответствии со специальными инструкциями, а результаты обработки отправляет на устройства вывода.
Алгоритмы (наборы команд), программы и все остальные данные хранятся в памяти компьютера, которая разделена на ячейки. Центральное процессорное устройство включает в себя программный счетчик, который нужен для правильного порядка исполнения команд и алгоритмов. Также в состав ЦПУ входит и модуль для контроля порядка команд при обработке данных, арифметический логический модуль, служащий для выполнения компьютером операций арифметики и логики: сложения и сравнения.
Компьютер занимается обработкой введенной (входной) информацией, ее хранением и выводом. Вся информация представляется в виде двоичного (бинарного) кода: то есть нолей «0» (ложь) и единиц «1» (истина), которые также называются логическими переменными. Выделяют следующие программные элементы работы компьютера:
- Входные данные: существуют различные формы ввода, такие как клавиатура и мышь, микрофон, веб-камера, сканер и др.
- Память / хранение: компьютер хранит все документы и файлы пользователя на жестком диске, а вот телефоны и бытовые приборы используют другие устройства – флэш-карты памяти.
- Обработка: она происходит с помощью процессора, которые спрятан глубоко внутри.
- Вывод: компьютер снабжается монитором, экран которого способен отображать графические данные, так же к ПК часто подключаются колонки для вывода аудиоинформации.
Что же происходит, когда пользователь включает компьютер и запускает произвольную программу? Сначала программа, хранящаяся на жестком диске, загружается в оперативную память и сообщает процессору, какие дополнительные данные необходимо выгрузить в ОЗУ для дальнейшей работы, затем ЦПУ (центральное процессорное устройство) порционно обрабатывает взятую из ОЗУ информацию, выполняет сообщенные алгоритмы и действия, после чего результат выгружает обратно в оперативную память. Когда порции данных для обработки заканчиваются, итоговый результат загружается на жесткий диск и отправляется на хранение.
Например, пользователю необходимо сложить два числа А и В и получить число С. Входные числа будут определены в соответствующие ячейки ОЗУ, а еще одна будет задействована для фиксации результата С. Итак, можно выделить следующие шаги:
информатика
ИНФОРМАТИКА- НАУКА, ИЗУЧАЮЩАЯ СПОСОБЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СОЗДАНИЯ, ХРАНЕНИЯ, ОБРАБОТКИ, ИСПОЛЬЗОВАНИЯ, ПЕРЕДАЧИ И ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ.
ИНФОРМАЦИЯ – ЭТО НАБОР СИМВОЛОВ, ГРАФИЧЕСКИХ ОБРАЗОВ ИЛИ ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ, НЕСУЩИХ ОПРЕДЕЛЕННУЮ СМЫСЛОВУЮ НАГРУЗКУ.
Например, этот или любой другой текст, имеющий определенный смысл, состоит из набора символов- букв, знаков препинания, цифр, которые объединяются в слова, те в свою очередь — в предложения и далее- в абзацы. Человек, чтобы сообщить что-либо собеседнику произносит определенные фразы- то есть издает звуковые сигналы. Данные – это зарегистрированные сигналы. Однако, не все данные являются информацией. Слыша речь на незнакомом языке, мы получаем данные, но не получаем информацию, в связи с тем, что не владеем методом преобразования данных в известные нам понятия. Изображение на знаке дорожного движения доводит до водителя автомобиля определенную информацию, а для человека, не понимающего эти знаки, они не являются информацией.
Итак, информация – это продукт преобразования зарегистрированных сигналов в известные субъекту понятия. Огромное влияние в передаче информации сыграла письменность. Затем — телефон, радио. Сейчас – телевидение и компьютерные технологии.
ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА (ЭВМ) ИЛИ КОМПЬЮТЕР (англ. computer- -вычислитель)-УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ. Принципиальное отличие использования ЭВМ от всех других способов обработки информации заключается в способности выполнения определенных операций без непосредственного участия человека, но по заранее составленной им программе. Информация в современном мире приравнивается по своему значению для развития общества или страны к важнейшим ресурсам наряду с сырьем и энергией. Еще в 1971 году президент Академии наук США Ф.Хандлер говорил: «Наша экономика основана не на естественных ресурсах, а на умах и применении научного знания».
В развитых странах большинство работающих заняты не в сфере производства, а в той или иной степени занимаются обработкой информации. Поэтому философы называют нашу эпоху постиндустриальной. В 1983 году американский сенатор Г.Харт охарактеризовал этот процесс так: «Мы переходим от экономики, основанной на тяжелой промышленности, к экономике, которая все больше ориентируется на информацию, новейшую технику и технологию, средства связи и услуги..»
2. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ.
Вся история развития человеческого общества связана с накоплением и обменом информацией (наскальная живопись, письменность, библиотеки, почта, телефон, радио, счеты и механические арифмометры и др.). Коренной перелом в области технологии обработки информации начался после второй мировой войны.
В вычислительных машинах первого поколения основными элементами были электронные лампы. Эти машины занимали громадные залы, весили сотни тонн и расходовали сотни киловатт электроэнергии. Их быстродействие и надежность были низкими, а стоимость достигала 500-700 тысяч долларов.
Появление более мощных и дешевых ЭВМ второго поколения стало возможным благодаря изобретению в 1948 году полупроводниковых устройств- транзисторов. Главный недостаток машин первого и второго поколений заключался в том, что они собирались из большого числа компонент, соединяемых между собой. Точки соединения (пайки) являются самыми ненадежными местами в электронной технике, поэтому эти ЭВМ часто выходили из строя.
В ЭВМ третьего поколения (с середины 60-х годов ХХ века) стали использоваться интегральные микросхемы (чипы)- устройства, содержащие в себе тысячи транзисторов и других элементов, но изготовляемые как единое целое, без сварных или паяных соединений этих элементов между собой. Это привело не только к резкому увеличению надежности ЭВМ, но и к снижению размеров, энергопотребления и стоимости (до 50 тысяч долларов).
История ЭВМ четвертого поколения началась в 1970 году, когда ранее никому не известная американская фирма INTEL создала большую интегральную схему (БИС), содержащую в себе практически всю основную электронику компьютера. Цена одной такой схемы (микропроцессора) составляла всего несколько десятков долларов, что в итоге и привело к снижению цен на ЭВМ до уровня доступных широкому кругу пользователей.
СОВРЕМЕННЫЕ КОМПЬТЕРЫ- ЭТО ЭВМ ЧЕТВЕРТОГО ПОКОЛЕНИЯ, В КОТОРЫХ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ БОЛЬШИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ.
90-ые годы ХХ-го века ознаменовались бурным развитием компьютерных сетей, охватывающих весь мир. Именно к началу 90-ых количество подключенных к ним компьютеров достигло такого большого значения, что объем ресурсов доступных пользователям сетей привел к переходу ЭВМ в новое качество. Компьютеры стали инструментом для принципиально нового способа общения людей через сети, обеспечивающего практически неограниченный доступ к информации, находящейся на огромном множестве компьюторов во всем мире — «глобальной информационной среде обитания».
6.ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В КОМПЬЮТЕРЕ И ЕЕ ОБЪЕМ.
ЛЮБОЕ СООБЩЕНИЕ НА ЛЮБОМ ЯЗЫКЕ СОСТОИТ ИЗ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ СИМВОЛОВ- БУКВ, ЦИФР, ЗНАКОВ. Действительно, в каждом языке есть свой алфавит из определенного набора букв (например, в русском- 33 буквы, английском- 26, и т.д.). Из этих букв образуются слова, которые в свою очередь, вместе с цифрами и знаками препинания образуют предложения, в результате чего и создается текстовое сообщение. Не является исключением и язык на котором «говорит» компьютер, только набор букв в этом языке является минимально возможным.
В КОМПЬЮТЕРЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ 2 СИМВОЛА- НОЛЬ И ЕДИНИЦА (0 и 1), АНАЛОГИЧНО ТОМУ, КАК В АЗБУКЕ МОРЗЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ТОЧКА И ТИРЕ. Действительно, закодировав привычные человеку символы (буквы, цифры, знаки) в виде нулей и единиц (или точек и тире), можно составить, передать и сохранить любое сообщение.
ЭТО СВЯЗАНО С ТЕМ, ЧТО ИНФОРМАЦИЮ, ПРЕДСТАВЛЕННУЮ В ТАКОМ ВИДЕ, ЛЕГКО ТЕХНИЧЕСКИ СМОДЕЛИРОВАТЬ, НАПРИМЕР, В ВИДЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ. Если в какой-то момент времени по проводнику идет ток, то по нему передается единица, если тока нет- ноль. Аналогично, если направление магнитного поля на каком-то участке поверхности магнитного диска одно- на этом участке записан ноль, другое- единица. Если определенный участок поверхности оптического диска отражает лазерный луч- на нем записан ноль, не отражает- единица.
ОБЪЕМ ИНФОРМАЦИИ, НЕОБХОДИМЫЙ ДЛЯ ЗАПОМИНАНИЯ ОДНОГО ИЗ ДВУХ СИМВОЛОВ-0 ИЛИ 1, НАЗЫВАЕТСЯ 1 БИТ (англ. binary digit- двоичная единица). 1 бит- минимально возможный объем информации. Он соответствует промежутку времени, в течение которого по проводнику передается или не передается электрический сигнал, участку поверхности магнитного диска, частицы которого намагничены в том или другом направлении, участку поверхности оптического диска, который отражает или не отражает лазерный луч, одному триггеру, находящемуся в одном из двух возможных состояний.
Итак, если у нас есть один бит, то с его помощью мы можем закодировать один из двух символов- либо 0, либо 1.
Если же есть 2 бита, то из них можно составить один из четырех вариантов кодов: 00 , 01 , 10 , 11 .
Если есть 3 бита- один из восьми: 000 , 001 , 010 , 100 , 110 , 101 , 011 , 111 .
1 бит- 2 варианта,
2 бита- 4 варианта,
3 бита- 8 вариантов;
Продолжая дальше, получим:
4 бита- 16 вариантов,
5 бит- 32 варианта,
6 бит- 64 варианта,
7 бит- 128 вариантов,
8 бит- 256 вариантов,
9 бит- 512 вариантов,
10 бит- 1024 варианта,
N бит — 2 в степени N вариантов.
В обычной жизни нам достаточно 150-160 стандартных символов (больших и маленьких русских и латинских букв, цифр, знаков препинания, арифметических действий и т.п.). Если каждому из них будет соответствовать свой код из нулей и единиц, то 7 бит для этого будет недостаточно (7 бит позволят закодировать только 128 различных символов), поэтому используют 8 бит.
ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ ОДНОГО ПРИВЫЧНОГО ЧЕЛОВЕКУ СИМВОЛА В КОМПЬЮТЕРЕ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ 8 БИТ, ЧТО ПОЗВОЛЯЕТ ЗАКОДИРОВАТЬ 256 РАЗЛИЧНЫХ СИМВОЛОВ.
СТАНДАРТНЫЙ НАБОР ИЗ 256 СИМВОЛОВ НАЗЫВАЕТСЯ ASCII ( произносится «аски», означает «Американский Стандартный Код для Обмена Информацией»- англ. American Standart Code for Information Interchange).
ОН ВКЛЮЧАЕТ В СЕБЯ БОЛЬШИЕ И МАЛЕНЬКИЕ РУССКИЕ И ЛАТИНСКИЕ БУКВЫ, ЦИФРЫ, ЗНАКИ ПРЕПИНАНИЯ И АРИФМЕТИЧЕСКИХ ДЕЙСТВИЙ И Т.П.
КАЖДОМУ СИМВОЛУ ASCII СООТВЕТСТВУЕТ 8-БИТОВЫЙ ДВОИЧНЫЙ КОД, НАПРИМЕР:
A — 01000001, B — 01000010, C — 01000011, D — 01000100, и т.д.
Таким образом, если человек создает текстовый файл и записывает его на диск, то на самом деле каждый введенный человеком символ хранится в памяти компьютера в виде набора из восьми нулей и единиц. При выводе этого текста на экран или на бумагу специальные схемы — знакогенераторы видеоадаптера (устройства, управляющего работой дисплея) или принтера образуют в соответствии с этими кодами изображения соответствующих символов.
Набор ASCII был разработан в США Американским Национальным Институтом Стандартов (ANSI), но может быть использован и в других странах, поскольку вторая половина из 256 стандартных символов, т.е. 128 символов, могут быть с помощью специальных программ заменены на другие, в частности на символы национального алфавита, в нашем случае — буквы кириллицы. Поэтому, например, передавать по электронной почте за границу тексты, содержащие русские буквы, бессмысленно. В англоязычных странах на экране дисплея вместо русской буквы Ь будет высвечиваться символ английского фунта стерлинга, вместо буквы р — греческая буква альфа, вместо буквы л — одна вторая и т.д.
ОБЪЕМ ИНФОРМАЦИИ, НЕОБХОДИМЫЙ ДЛЯ ЗАПОМИНАНИЯ ОДНОГО СИМВОЛА ASCII НАЗЫВАЕТСЯ 1 БАЙТ.
Очевидно что, поскольку под один стандартный ASCII-символ отводится 8 бит,
Остальные единицы объема информации являются производными от байта:
1 КИЛОБАЙТ = 1024 БАЙТА И СООТВЕТСТВУЕТ ПРИМЕРНО ПОЛОВИНЕ СТРАНИЦЫ ТЕКСТА,
1 МЕГАБАЙТ = 1024 КИЛОБАЙТАМ И СООТВЕТСТВУЕТ ПРИМЕРНО 500 СТРАНИЦАМ ТЕКСТА,
1 ГИГАБАЙТ = 1024 МЕГАБАЙТАМ И СООТВЕТСТВУЕТ ПРИМЕРНО 2 КОМПЛЕКТАМ ЭНЦИКЛОПЕДИИ,
1 ТЕРАБАЙТ = 1024 ГИГАБАЙТАМ И СООТВЕТСТВУЕТ ПРИМЕРНО 2000 КОМПЛЕКТАМ ЭНЦИКЛОПЕДИИ.
Обратите внимание, что в информатике смысл приставок кило- , мега- и других в общепринятом смысле выполняется не точно, а приближенно, поскольку соответствует увеличению не в 1000, а в 1024 раза.
СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПО ЛИНИЯМ СВЯЗИ ИЗМЕРЯЕТСЯ В БОДАХ.
1 БОД = 1 БИТ/СЕК.
В частности, если говорят, что пропускная способность какого-то устройства составляет 28 Килобод, то это значит, что с его помощью можно передать по линии связи около 28 тысяч нулей и единиц за одну секунду.
7. СЖАТИЕ ИНФОРМАЦИИ НА ДИСКЕ
ИНФОРМАЦИЮ НА ДИСКЕ МОЖНО ОБРАБОТАТЬ С ПОМОЩЬЮ СПЕЦИАЛЬНЫХ ПРОГРАММ ТАКИМ ОБРАЗОМ, ЧТОБЫ ОНА ЗАНИМАЛА МЕНЬШИЙ ОБЪЕМ.
Существуют различные методы сжатия информации. Некоторые из них ориентированы на сжатие текстовых файлов, другие — графических, и т.д. Однако во всех них используется общая идея, заключающаяся в замене повторяющихся последовательностей бит более короткими кодами. Например, в романе Л.Н.Толстого «Война и мир» несколько миллионов слов, но большинство из них повторяется не один раз, а некоторые- до нескольких тысяч раз. Если все слова пронумеровать, текст можно хранить в виде последовательности чисел — по одному на слово, причем если повторяются слова, то повторяются и числа. Поэтому, такой текст (особенно очень большой, поскольку в нем чаще будут повторяться одни и те же слова) будет занимать меньше места.
Сжатие информации используют, если объем носителя информации недостаточен для хранения требуемого объема информации или информацию надо послать по электронной почте
Программы, используемые при сжатии отдельных файлов называются архиваторами. Эти программы часто позволяют достичь степени сжатия информации в несколько раз.
