Компьютер как универсальное устройство для работы с информацией

Компьютер универсальное устройство для работы в первую очередь с

Программный принцип работы компьютера

По своему назначению компьютер — это универсальный прибор для работы с информацией. По принципам своего устройства компьютер — это модель человека, работающего с информацией.

Персональный компьютер (ПК) — это компьютер, предназначенный для обслуживания одного рабочего места. По своим характеристикам он может отличаться от больших ЭВМ, но функционально способен выполнять аналогичные операции. По способу эксплуатации различают настольные (desktop), портативные (laptop и notebook) и карманные (palmtop) модели ПК.

Аппаратное обеспечение. Поскольку компьютер предоставляет все три класса информационных методов для работы с данными (аппаратные, программные и естественные), принято говорить о компьютерной системе как о состоящей из аппаратных и программных средств, работающих совместно. Узлы, составляющие аппаратные средства компьютера, называют аппаратным обеспечением. Они выполняют всю физическую работу с данными: регистрацию, хранение, транспортировку и преобразование как по форме, так и по содержанию, а также представляют их в виде, удобном для взаимодействия с естественными информационными методами человека.

Устройство компьютера. Любой компьютер (даже самый большой)состоит из четырех частей:

• устройства ввода информации
• устройства обработки информации
• устройства хранения
• устройства вывода информации.

Схема устройства компьютера впервые была предложена в 1946 году американским ученым Джоном фон Нейманом. Дж. фон Нейман сформулировал основные принципы работы ЭВМ, которые во многом сохранились и в современных компьютерах.

Основу компьютеров образует аппаратура, построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств.

Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций

Программа – это указание на последовательность действий (команд), которую должен выполнить компьютер, чтобы решить поставленную задачу обработки информации.

Команда — это описание элементарной операции, которую должен выполнить компьютер.

Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера.

Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ).

Центральный процессор — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Функции процессора:

• обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
• программное управление работой устройств компьютера.

Функции памяти:

• приём информации из других устройств;
• запоминание информации;
• выдача информации по запросу в другие устройства машины.

Принципы фон-Неймана:

1. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности.

2. Принцип адресности. Основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору времени доступна любая ячейка.

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

Таким образом, компьютер представляет собой совокупность устройств и программ, управляющих работой этих устройств.

Принцип работы компьютера:

· С помощью внешнего устройства в память компьютера вводится программа.

· Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы и организует ее выполнение. Команда может задавать:

• выполнение логических или арифметических операций;
• чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций;
• запись результатов в память;
• ввод данных из внешнего устройства в память;
• вывод данных из памяти на внешнее устройство.

Устройство управления начинает выполнение команды из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Эти команды указывают устройству управления, что ему необходимо продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в иной ячейки памяти.

Результаты выполнения программы выводятся на внешнее устройство компьютера.

Компьютер переходит в режим ожидания сигнала от внешнего устройства.

Системное ПО.

Главной частью системного программного обеспечения является операционная система.

Операционная система является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе.

К системному ПО кроме ОС следует отнести и множество программ обслуживающего, сервисного характера. Например, это программы обслуживания дисков (копирование, форматирование), сжатия файлов на дисках (архиваторы) борьбы с компьютерными вирусами и многое другое.

Прикладное программное обеспечение

Для выполнения на компьютере конкретных работ (создания текстов и рисунков, обработки числовых данных и т. д.) требуется прикладное программное обеспечение.

Прикладное программное обеспечение можно разделить на две группы программ: системы программирования и приложения.

Системы программирования являются для программистов-профессионалов инструментами разработки программ на различных языках программирования (Basic, Pascal, С и др.). В настоящее время появились системы визуального программирования (Visual Basic, Borland Delphi и др.), которые позволяют даже начинающему пользователю компьютера создавать несложные программы.

Приложения предоставляют пользователю возможность обрабатывать текстовую, графическую, числовую, аудио- и видеоинформацию, а также работать в компьютерных сетях, не владея программированием.

Практически каждый пользователь компьютера нуждается в приложениях общего назначения, к числу которых относятся: текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных, а также приложения для создания мультимедиа-презентаций.

В связи со стремительным развитием глобальных и локальных компьютерных сетей все большее значение приобретают различные коммуникационные программы.

Из-за широкого распространения компьютерных вирусов можно отнести к отдельной группе антивирусные программы.

Для профессиональных целей квалифицированными пользователями компьютера используются приложения специального назначения. К ним относятся системы компьютерной графики, системы автоматизированного проектирования (САПР), бухгалтерские программы, компьютерные словари и системы автоматического перевода и др.

Все большее число пользователей применяет обучающие программы для самообразования или в учебном процессе. Прежде всего, это программы обучения иностранным языкам, программы-репетиторы и тесты по различным предметам

Большую пользу приносят различные мультимедиа-приложения (энциклопедии, справочники и т. д.) на лазерных дисках, содержащие огромный объем информации и средства быстрого ее поиска.

Скачать:

Вложение	Размер
osnovnye_ustroystva_kompyutera.doc	64.5 КБ

Основные устройства компьютера, их назначение и взаимосвязь.

Общее представление о компьютере проще всего получить, последовательно раскрывая функциональное назначение тех или иных его аппаратных компонентов, обращая особое внимание на информационное взаимодействие компонентов компьютера.

Рассмотрим устройства ввода информации. Для ввода числовой и текстовой информации используется клавиатура. Для ввода графической информации или для работы с графическим интерфейсом программ чащеще всего используется мышь или трекбол.

Чтобы ввести в компьютер фотографию или рисунок используют сканер.

Для ввода звуковой информации используют микрофон.

Для управления компьютерными играми используют джоистик.

Наиболее универсальным устройством вывода является монитор.

Для сохранения числовой, текстовой и графической информации в виде «твердой копии» на бумаге используется принтер.

Для вывода на бумагу сложных чертежей, рисунков и схем большого формата используется плоттер.

Вывод звуковой информации осуществляется с помощью акустических колонок или наушников.

Программа и данные должны быть загружены в специальное устройство-оперативную память. Однако при выключении компьютера вся информация из оперативной памяти стирается. Для долговременного хранения различных программ и данных используются накопители на гибких магнитных дисках, жесткие диски и диско-воды CD-ROM .

Обмен информацией между отдельными устройствами компьютера производится по магистрали, соединяющей все устройства компьютера.

Процессор и внутренняя (оперативная) память

Процессор ( микропроцессор) — самая главная часть компьютера.Он руководит всей работой компьютера и осуществляет связь между остальными частями компьютера, а также между компьютером и человеком. Нередко название компьютера ассоциируется с типом проццессора,например Pentium.

Процессор выполнен в виде сверхбольшой интегральной схемы. Он содержит большое число электронных компонентов, размещенных на маленькой кремниевой пластинке. Их число достигает нескольких миллионов. Чем больше компонентов содержит микропроцессор, тем выше производительность компьютера. Микропроцессор штырьками вставляется в специальное гнездо на системной плате, которое имеет форму квадрата с несколькими рядами отверстий по периметру.

Обязательными компонентами микропроцессора являются арифметико-логическое устройство и блок управления. Арифметико-логическое устройство отвечает за выполнение арифметических и логических операций, а устройство управления координирует работу всех компонентов и выполнение процессов, происходящих в компьютере.

Характеристиками микропроцессора служат тактовая частота и разрядность.

Тактовая частота задает ритм жизни компьютера. Чем выше тактовая частота, тем меньше длительность выполнения одной операции и тем выше производительность компьютера. Производительность компьютера-это количество элементарных операций,выполняемых процессором за одну секунду.

Тактовая частота определяет число тактов работы процессора в секунду. Под тактом понимают промежуток времени, в течение которого может быть выполнена элементарная операция. Современный персональный компьютер может выполнять миллионы элементарных операций в секунду. Тактовую частоту можно измерить иопределить ее значение. Для этого используется единица измерения частоты-мегагерц(МГц)-миллион тактов в секунду.

Кроме временных данных, которые определяются тем, что компьтер делает в настоящий момент, он должен знать и постоянно помнить некоторые стандартные программы и данные. Выключение питания компьютера не должно приводить к потере этой важной информации.

Решение проблем хранения различных видов информации и надежного функционирования персонального компьютера привело к использованию оперативной памяти.

Оперативная память-электронная память для хранения программ и данных, которые обрабатываются процессором в данный момент времени. В оперативной памяти хранится временная информация, которая изменяется входе выполнения микропроцессором различных операций

Оперативная память обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации, причем в любой момент времени возможен доступ к любой произвольно выбранной ячейке памяти. Это свойство отражено в англояычном названии оперативной памяти RAM (Random Access Memory-память с произвольным доступом).

При выключении питания компьютера стирается вся находящаяся в оперативной памяти информация. Чтобы сохранить результаты обработки надолго, следует воспользоваться каким-либо внешним запоминающим устройством.

Оперативная память характеризуется высоким быстродействием и относительно малым объемом. Для современных компьютеров диапазон емкости памяти составляет 8-256 Мбайт.

Микросхемы оперативной памяти монтируются на маленькой плате. Каждая такая плата снабжена контактами, расположенными вдоь нижнего края. С их помощью плата вставляется в специальный разъем на системной плате. Системная плата имеет несколько разъемов для расширения памяти.

Устройства ввода информации

Компьютер понимает только два уровня сигналов, закодированных цифрами. Все проблемы помогают понять компьютеру устройства ввода. Устройства вывода решают обратную задачу. Результаты обработки данных компьютером устройства вывода преобразуют в форму, понятную человеку. Для подключения устройств ввода или вывода компьютер должен иметь или свободный порт, или свободный слот для платы расширения. Для обеспечения интерфейса компьютера с устройством необходимо не только аппаратное подключение,но и установка специальной программы, называемой драйвером.

Драйвер устройства-программа, управляющая работой конкретного устройства ввода-вывода информации.

Многообразие периферийных устройств ввода определяется принципом ввода и видом вводимой информации. Устройства ввода можно разделить на два основных класса:
с клавиатурным вводом, при котором осуществляется ручной ввод с клавиатуры;
с прямым вводом, при котором данные считываются непосредственно компьютерными устройствами.

В свою очередь, среди устройств с прямым вводом данных выделяются подклассы устройств: манипуляторы, сенсорные устройства, сканеры, устройства распознавания речи. Рассмотрим основные характеристики этих классов технических средств.

Стардантным устройством ввода является клавиатура. Контроль вводимых данных осуществляется на экране монитора. Для работы в режиме национального алфавита необходима специальная прогромма-драйвер клавиатуры.

Манипуляторы осуществляют непосредственный ввод информации, указывая курсором на экране монитора команду или место ввода данных. Манипуляторы, как правило, подключаются к коммуникационному порту.

Джоистик представляет собой ручку управления и наиболее часто используется в компьютерных играх. Джоистики управляют перемещениями курсора по экрану.

Мышь-наиболее распространенный вид манипулятора. Движение мыши отражается на экране монитора перемещением ее указателя. Качество мыши определяется ее разрешающей способностью, которая измеряется числом точек на дюйм-dpi(dot per inch). Эта характеристика определяет, насколько точно курсор будет передвигаться по экрану. Для мыши среднего класса разрешение составляет 400-800 dpi. Отличительные черты мыши:

1)способ считывания информации: механический, оптический, оптико-механи-

3)способ соединения(проводные и беспроводные мыши).

Трекбол(шаровой манипулятор)-это шар, расположенный на поверхности клавиатуры вместе с кнопками. Перемещение указателя по экрану обеспечивается вращением шара.

Сенсорнные устройства ввода

Принцип ввода данных в сенсорных устройствах аналогичен принципу ввода в манипуляторах-координаторах.

Сенсорнный манипулятор-класс координатных устройств-представляет собой коврик без мыши. Вданном случае управление курсором производится простым движением пальца по коврику. Осуществляется полноэкранное управление курсором и разрешающая способность в 1000 точек на дюйм.

Сенсорный экран представляет собой поверхность, которая покрыта специальным слоем. Это устройство дает возможность выбирать действие или команду, дотрагиваясь до экрана пальцем.Такими устройствами ввода пользуются в банковских компьютерах, аэропортах, а также в военной сфере ипромышленности.

Световое перо имеет светочувствительный элемент на своем кончике. Соприкосновение пера с экраном замыкает фотоэлектрическуую цепь и определяет место ввода или коррекции данных. Световое перо используется в различных системах проектирования и дизайна

Графический планшет, дигитайзер

Графический планшет, дигитайзер, используется для ввода в компьютер чертежей или рисунков. Изображение преобразуется в цифровые данные, отсюда название устройства от английского слова digit, что означает-«цифра». Условия создания изображения приближены к реальным, достаточно специальным пером или пальцем сделать рисунок на специальной поверхности. Результаты работы дигитайзера воспроизводятся на экране монитора и в случае необходимости могут быть распечатаны на бумаге. Дигитайзерами пользуются архитекторы, дизайнеры.

Термин «сканирование» происходит от английского слова to scan, что означает «пристально всматриваться». Изображение преобразуется в цифроввую форму для дальнейшей обработки компьютером или воспроизведение на экране монитора.

Сканер распознает изображение, автоматически создает его электронную копию, которая может быть сохранена в памяти компьютера. Отличительные черты сканеров:

1)глубина распознования цвета: черно-белые, с градацией серого, цветные;

2)оптическое разрешение, измеряющееся в точках на дюйм и определяющее количество точек, которые сканер различает на каждом дюйме; стандартные разрешения-200,300,600,1200 точек на дюйм;

3)программное обеспечение: обучаемые сканеры имеют образцы почерков рукописного текста, интеллектуальные сами обучаются;

4)конструкция: ручные, страничные и планшетные.

К важнейшим характеристикам сканера также относятся время сканирования и максимальный размер сканируемого документа.

Сканеры находят широкое применение в издательской деятельности, системах проектирования, анимации, а также при создании иллюстративных материалов для

презентаций, докладов, рекламы.

Устройства распознования символов

К устройствам распознования символов относятся, например, терминалы больших универмагов.они оснащены разнообразными устройствами считывания штрихкодов, специальных символов и меток для определения условий приобретения товара. Считанная информация преобразуется, выводится на экран или бумажный чек и по линиям связи передается на главный, более мощный компьютер.

Устройства распознавания речи

С помощью микрофона речь человека вводится в компьютер и преобразуется в цифровой код. Большинство систем распознования речи могут быть настроены на особенности человеческого голоса. Это реализуется путем сравнения сказанного слова с образцами, записанными в памяти компьютера. Некоторые системы могут определять одинаковые слова, сказанные разными людьми.

Системы распознавания речи находят широкое применение в сфере образования.

Устройства вывода преобразуют машинное представление информации в форму, понимаемую человеком. К основным устройствам вывода относятся мониторы, принтеры, плоттеры, а также устройства вывода звуковой информации.

Монитор, или видеотерминал, предназначен для отображения символьной и графической информации. Большинство мониторов реализовано на базе электронно-луче-вых трубок. Мониторы портативных компьютеров реализуются на основе жидко-кристаллических индикаторов.

Основными характеристиками мониторов реализованных на базе электронно-лучевых трубок являются: разрешающая способность экрана, расстояние между точками на экране, величина диагонали экрана.

Разрешающая способность экрана

Любое изображение на экране представляется набором точек, которые называют пикселями(от английского словосочетания PICture’s ELement-элемент картинки). Число точек по горизонтали и ввертикали экрана определяет разрешающую способность монитора. Стандартный режим работы монитора поддерживает разрешение 800на600, 1024на768 точек.Чем выше разрешающая способность, тем качественнее изображение.

Мониторы бывают черно-белые и цветные.

Расстояние между точками на экране

Расстояние между точками на экране, или величина шага, определяет чекость изображения на мониторе. Эта величина колеблется от 0,22 до 0,43 мм. Чем меньше величина шага, тем качественнее изображение.

Величина диагонали экрана

Величина диагонали экрана измеряется в дюймах и колеблется в диапазоне от 9″ до 41″. Выбор размера экрана монитора зависит от сферы использования персонального компьютера.

Реальные режимы работы монитора зависят от типа видеокарты, которая обеспечивает управление и взаимодействие монитора с персональным компьютером. Видеокарта устанавливается в слот расширения на системной плате компьютера и поставляется с набором программ-драйверов. Монитор, видеокарта и набор программ-драйверов образуют видеосистему.

Принтер предназначен для вывода данных на бумагу. Формирование изображения осуществляется головкой печатного устройства.

По способу формирования изображения на бумаге принтеры делятся на последовательные строчные и страничные.

По количеству цветов, используемых при печати, принтеры бывают черно-белые и цветные.

По способу печати принтеры бывают ударные и безударные.

Важнейшими характеристиками принтеров являются ширина каретки принтера, определяющая максимально возможный формат документа: А4 или А3; скорость печати; разрешающая способность принтера.

По способу получения изображения на бумаге, способу нанесения красящего материала принтеры бывают: матричные, струйные, лазерные, термические, литерные. Рассмотрим основные виды принтеров.

Матричные принтеры относятся к ударным печатающим устройствам. Изображение формируется с помощью иголок, ударяющих по бумаге через красящую ленту. Матричные принтеры бывают 9- 18- и 24- игольчатые.

Струйные принтеры относятся к безударным устройствам, т. к. головка печатающего устройства не касается бумаги. Для получения изображения используют чернила. Головка принтера представляет собой чернильницу, в которой из дырочек-сопел выбрасываются тонкие струи чернил.количество сопел колеблется от 12 до 64. чем меньше диаметр сопел, тем выше качество печати.

Лазерные принтеры для формирования изображения используют лазерный луч. С помощью систем линз тонкий луч лазера формирует скрытое электронное изображение на светочувствительном барабане. К заряженным участкам электронного изображения притягиваются частички порошка-красителя, который затем переносится на бумагу.

Плоттеры предназначены для вывода графической информации, создания схем и т. д. Плоттеры используются для производства высококачественной, цветной документации.

К основным характеристикам плоттеров относятся скорость вычерчивания, скорость вывода, разрешающая способность.

Устройства голосового вывода

Устройства голосового вывода синтезируют человеческую речь. Широкое распро-странение находят эти устройства при обучении иностранным языкам.

Основные типы носителей информации и их важнейшие характеристики

Гибкие магнитные диски

Гибкие магнитные дисеи являются наиболее распространенными носителями инфор-мации. Наиболее популярны 3-х дюймовые диски.

Диск покрывается сверху специальным магнитным слоем, который обеспечивает хранение данных. Информация записывается с двух сторон диска по дорожкам. Каждая дорожка разделяется на секторы. Плотность записи данных зависит от плотности нанесения дорожек на поверхность.

Обычно при покупке на поверхность диска не нанесены дорожки и секторы. В таком случае нужно самостоятельно подготовить диск для записи данных, т. е. отформатировать.

Форматирование-процесс разметки диска на дорожки и секторы.

Диск вставляют внутрь дисковода и при обращении к нему соответствующей прграммы головка записичтения устанавливается на нужное место. Один двигатель дисковода обеспечивает вращение диска внутри защитного конверта. Чем выше скорость вращения, тем быстрее считывается информация. Второй двигатель перемещает головки записичтения по поверхности диска и определяет время доступа к информации.

Жесткие магнитные диски

Жесткие магнитные диски, или винчестеры являются обязательным компонентом персонального компьютера. Жесткий диск — это несколько аллюминиевых пластин покрытых магнитным слоем, который вместе с механизмом считывания и записи заключены в корпус внутри системного блока. Эти диски аналогичны гибким дискам, но имеют некоторые преимущества над последними:

объем жестких дисков значитеьно выше и колеблется от нескольких сотен мегабайт до нескольких десятков гигабайт;

скорость обмена информацией в 10 раз больше.

Обьем информации, хранящейся на лазерном диске диаметром 120 мм, достигает 650 Мбайт.

Обычно крмпьютеры оснащаются дисководами, которые имеют источник слабого лазерного луча, способного только считывать информацию с лазерного диска. Поэтому информацию на лазерном диске невозможно изменить, а можно только считывать. Это свойство определило название лазерного диска как компакт-диск тоько для чтения, что является переводом английского термина Compact Disk Read Only Memory, или сокра-щенно :CD-ROM .

Мультимедиа компьютер — это компьютер с мощным процессором(Pentium), большой оперативной памятью (более 16 Мбайт) и жестким диском(более 1 Гбайт), имеющий звуковую карту с микрофоном и колонками, CD-дисковод, и к которому подключены сканер и цветной струйный принтер. Мультимедиа компьютер позволяет ра-ботать с мультимедиа технологиями.

Термин мультимедиа (от английского слова multimedia), можно перевести как многие среды (от multi -много и media — среда).

Мультимедиа технология позволяет интегрировать различные виды представления и обработки информации.