Учитель информатики

§ 11. Информационные процессы в компьютере

Серийное производство электронных вычислительных машин (ЭВМ) начинается в разных странах в 1950-х годах. Историю развития ЭВМ принято делить на поколения. Переход от одного поколения к другому связан со сменой элементной базы, на которой создавались машины, с изменением архитектуры ЭВМ, с развитием основных технических характеристик (скорости вычислений, объема памяти и др.), с изменением областей применения и способов эксплуатации машин.

В основе архитектуры ЭВМ разных поколений лежат принципы Джона фон Неймана. Однако в процессе развития происходят некоторые отклонения от фон-неймановской архитектуры.

2. Архитектура персонального компьютера

Современные персональные компьютеры различаются по своим размерам, конструкции, разновидностям используемых микросхем и модулей памяти, другим характеристикам. В то же время все они имеют единое функциональное устройство, единую архитектуру — основные узлы и способы взаимодействия между ними (рис. 2.7).

Архитектура — это наиболее общие принципы построения компьютера, отражающие программное управление работой и взаимодействием его основных функциональных узлов.

На рисунке 2.7 изображены хорошо известные вам узлы современного компьютера:
процессор,
внутренняя память,
устройства ввода,
устройства вывода и внешняя память.

Рис. 2.7. Функциональная схема компьютера (К — контроллер)

Обмен данными между устройствами компьютера осуществляется с помощью магистрали.

Магистраль (шина) — устройство для обмена данными между устройствами компьютера.Магистраль состоит из трёх линий связи:

• шины адреса, используемой для указания физического адреса, к которому устройство может обратиться для проведения операции чтения или записи;
• шины данных, предназначенной для передачи данных между узлами компьютера;
• шины управления, по которой передаются сигналы, управляющие обменом информацией между устройствами и синхронизирующие этот обмен.

В компьютерах, имевших классическую фон-неймановскую архитектуру, процессор контролировал все процессы ввода/вывода. При этом быстродействующий процессор затрачивал много времени на ожидание результатов работы от значительно более медленных внешних устройств. Для повышения эффективности работы процессора были созданы специальные электронные схемы, предназначенные для обслуживания устройств ввода/вывода или внешней памяти.

Контроллер — это специальный микропроцессор, предназначенный для управления внешними устройствами: накопителями, мониторами, принтерами и т. д.

Благодаря контроллерам данные по магистрали могут передаваться между внешними устройствами и внутренней памятью напрямую, минуя процессор. Это приводит к существенному снижению нагрузки на центральный процессор и повышает эффективность работы всей вычислительной системы.

Современные компьютеры обладают магистрально-модульной архитектурой, главное достоинство которой заключается в возможности легко изменить конфигурацию компьютера путём подключения к шине новых или замены старых внешних устройств.

Если спецификация на шину (детальное описание всех её параметров) является открытой (опубликованной), то производители могут разработать и предложить пользователям разнообразные дополнительные устройства для компьютеров с такой шиной. Подобный подход называют принципом открытой архитектуры. Благодаря ему пользователь может собрать именно такую компьютерную систему, которая ему нужна.

Содержание

Компьютер и ПО

• учебное пособие для 10-11 классов

Подготовил: презентацию учитель информатики, Шлямина Е.А.

Слайд 2

Слайд 3

Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

Слайд 4

Шина данных. По этой шине данные передаются. Между различными устройствами. Например, считанные из опера­тивной памяти данные могут быть переданы процессору. Для обработки, а затем полученные данные могут быть отправле­ны обратно в оперативную память для хранения. Таким об­разом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессоров одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.

Слайд 5

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобай­товых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уни­кальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти мож­но рассчитать по формуле:

N = 2i,где i- разрядность шины адреса.

Шина адреса.Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении — от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Слайд 6

Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 36 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно:

N = 236 = 68 719 476 736.

Слайд 7

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию — считывание или запись информации из памяти — нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

Слайд 8

Процессор и оперативная память

Процессор. Процессор аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС). Большая интегральная схема на самом деле не является «большой» по размеру и представляет собой, наоборот, маленькую плоскую полупроводниковуюпластину размером примерно 20×20 мм, заключенную в плоский корпус с рядами металлических штырьков (контактов). БИС является «большой» по количеству элементов.

Слайд 9

Использование современных высоких технологий позволяет разместить на БИС процессора огромное количество (42 миллиона в процессоре Pentium 4) функциональных элементов (переключателей), размеры которых составляют всего около 0,13 микрон (1 микрон = 10 -6 метра).

Важнейшей характеристикой, определяющей быстродействие процессора, является тактовая частота, то есть количество тактов в секунду. Такт — это промежуток времени между началами подачи двух последовательных импульсов специальной микросхемой — генератором тактовой частоты, синхронизирующим работу узлов компьютера. На выполнение процессором каждой базовой операции (например, сложения) отводится определенное количество тактов. Ясно, что чем больше тактовая частота, тем больше операций в секунду выполняет процессор. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц). 1 МГц = миллион тактов в секунду. За 20 с небольшим лет тактовая частота процессора увеличилась почти в 500 раз, от 5 МГц (процессор 8086, 1978 год) до 2,4 ГГц (процессор Pentium 4, 2002 год).

Слайд 10

Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность, является разрядность процессора. Разрядность процессора определяется количеством двоичных разрядов, которые могут передаваться или обрабатываться процессором одновременно. Часто уточняют разрядность процессора и пишут 64/36, что означает, что процессор имеет 64-разрядную шину данных и 36-разрядную шину адреса.

В первом отечественном школьном компьютере «Агат» (1985 год) был установлен процессор, имевший разрядность 8/16, соответственно одновременно он обрабатывал 8 битов, а его адресное пространство составляло 64 килобайта.

Современный процессор Pentium 4 имеет разрядность 64/36, то есть одновременно процессор обрабатывает 64 бита, а адресное пространство составляет 68 719 476 736 байтов — 64 гигабайта.

Производительность процессора является его интегральной характеристикой, которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а также особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.). Производительность процессора нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования, по скорости выполнения процессором определенных операций в какой-либо программной среде.

Слайд 11

Оперативная память

Оперативная память. Оперативная память, предназначенная для хранения информации, изготавливается в виде модулей памяти. Модули памяти представляют собой пластины с рядами контактов, на которых размещаются БИС памяти. Модули памяти могут различаться между собой по размеру и количеству контактов, быстродействию, информационной емкости и так далее. Важнейшей характеристикой модулей оперативной памяти является быстродействие, которое зависит от максимально возможной частоты операций записи или считывания информации из ячеек памяти. Современные модули памяти обеспечивают частоту до 800 МГц, а их информационная емкость может достигать 512 Мбайт.

В персональных компьютерах объем адресуемой памяти и величина фактически установленной оперативной памяти практически всегда различаются. Хотя объем адресуемой памяти может достигать 64 Гбайт, величина фактически установленной оперативной памяти может быть значительно меньше, например, «всего» 64 Мбайт.

Слайд 12

Аппаратная реализация компьютера

Современный персональный компьютер может быть реализован в настольном (desktop), портативном (notebook) или карманном (handheld) варианте.

Слайд 13

Системный блок компьютера

Все основные компоненты настольного компьютера находятся внутри системного блока: системная плата с процессором и оперативной памятью, накопители на жестких и гибких дисках, CD-ROM и др. Кроме этого, в системном блоке находится блок питания.

Системная плата. Основным аппаратным компонентом компьютера является системная плата. На системной плате реализована магистраль обмена информацией, имеются разъемы для установки процессора и оперативной памяти, а также слоты для установки контроллеров внешних устройств.

Слайд 14

Частота процессора, системной шины и шин периферийных устройств. Быстродействие различных компонентов компьютера (процессора, оперативной памяти и контроллеров периферийных устройств) может существенно различаться. Для согласования быстродействия на системной плате устанавливаются специальные микросхемы (чипсеты), включающие в себя контроллер оперативной памяти (так называемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост).

Северный мост обеспечивает обмен информацией между процессором и оперативной памятью по системной шине. В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. В современных компьютерах частота процессора может превышать частоту системной шины в 10 раз (например, частота процессора 1 ГГц, а частота шины — 100 МГц).

Слайд 15

Внешняя память

• Жесткий магнитный диск представляет собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенный в металлический корпус и вращающихся с большой угловой скоростью.

• Лазерные дисководы используют оптический привод чтения информации. На лазерных дисках храниться информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Информационная емкость CD-ROM диска может достигать 650-700 Мбайт.

• DVD-диски имеют гораздо большую информационную емкость (до 17 Гбайт) по сравнению с CD-дисками.
• Flash-память – это энергонезависимый тип памяти, позволяющий записывать и хранить данные в микросхемах.

Слайд 18

Устройства для ввода информации

• Клавиатура
• Сенсорные панели тачпад
• Манипуляторы (мышь, трекбол)

Слайд 20

Устройства для вывода информации

• Монитор является универсальным устройством вывода информации и подключается к видеокарте, установленной в компьютере.
• Акустические колонки и наушники.

Слайд 21

Принтеры:

1. Матричные принтеры
2. Струйные принтеры
3. Лазерные принтеры

• Плоттер-устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до A0 или кальке.

Слайд 23

Графический интерфейс Windows

• В настоящее время все операционные системы для персональных компьютеров обеспечивают взаимодействие с пользователем с помощью графического интерфейса.
• Это позволяет даже начинающему пользователю компьютера уверенно работать в среде операционной системы (проводить операции с файлами, запускать программы и так далее).

• Графический интерфейс позволяет осуществлять взаимодействие человека с компьютером в фор­ме диалога с использованием окон, меню и эле­ментов управления (диалоговых панелей, кнопок и так далее).

Слайд 25

Рабочий стол

• Основную часть экрана занимает Рабочий стол, на котором располагаются значки и ярлыки (значки с маленькими стрелочками в нижнем левом углу). Значки и ярлыки обеспечивают (с помощью двойного щелчка) быстрый доступ к дискам, папкам, документам, приложениям и устройствам.
• Значки появляются на Рабочем столе после установки Windows. В левой части экрана обычно располагаются значки Мой компьютер. Сетевое окружение. Корзина и Мои документы.

• Для быстрого доступа к дискам, принтеру, часто используемым документам целесообразно создать на рабочем столе ярлыки. Ярлык отличается от значка тем, что обозначает объект, фактически расположенный не на Рабочем столе, а в некоторой другой папке. Стрелочка означает, что мы имеем не сам объект, а ссылку на него. Ярлыки создаются перетаскиванием значков объектов на Рабочий стол.

Слайд 27

Панель задач

• В нижней части экрана располагается Панель задач, на которой находятся кнопка Пуск, кнопки выполняемых задач и открытых папок, индикаторы и часы.
• Кнопка Пуск позволяет вызывать Главное меню, которое обеспечивает доступ практически ко всем ресурсам системы и содержит команды запуска приложений, настройки системы, поиска файлов и документов, доступа к справочной системе и др.
• В крайней правой части Панели задач находятся Часы. Левее часов располагаются индикаторы состояния системы. Например, индикатор RU обозначает, что в текущий момент используется русская раскладка клавиатуры.

Слайд 28

• Важнейшим элементом графического интерфейса WINDOWS являются окна, действительно ведь «WINDOWS» в переводе означает «окна». Существуют два основных типа окон — окна приложений и окна документов.
• В окне приложения выполняется любое запущенное на выполнение приложение или отража­ется содержимое папки. Открыть или закрыть окно приложения — то же, что и запустить программу на выполнение или завершить ее.

• Окна документов предназначены для работы с документами и «живут» внутри окон приложений. Можно раскрывать, сворачивать, перемещать или из­менять размеры этих окон, однако они всегда остаются в пределах окна своего приложения.

Слайд 30

• Меню является одним из основных элементов графического интерфейса и представляет собой перечень команд , из которых необходимо сделать выбор . Выбор пункта меню приводит к выполнению определенной команды. Если за командой меню следует многоточие, то ее выбор приведет к появлению диалоговой панели, которая позволяет пользователю получить или ввести дополнительную информацию.

Слайд 31

Контекстные меню

• Объектно-ориентированный подход, используемый в операционной системе WINDOWS, позволяет рассматривать диски, папки и файлы как объекты. Все эти объекты имеют определенные свойства, и над ними могут проводиться определенные операции.
• Хотя каждый из них имеет свои конкретные свойства и над ним возможны определенные операции, технология работы с объектами и интерфейс универсальны. Это позволяет пользователю достичь единообразия при работе с разными объектами.
• Ознакомиться со свойствами объекта, а также выпол­нить над ним разрешенные операции можно с помощью контекстного меню. Для вызова контекстного меню необ­ходимо осуществить правый щелчок на значке объекта.

Слайд 32

Компьютерные вирусы и антивирусные программы

• Первая массовая эпидемия компьютерного вируса произошла в 1986 году, когда вирус Brain «заражал» дискеты для первых массовых персональных компьютеров. В настоящее время известно несколько десятков тысяч вирусов, заражающих компьютеры с различными операционными системами и распространяющихся по компьютерным сетям.
• Обязательным свойством компьютерного вируса является способность к размножению (самокопированию) и незаметному для пользователя внедрению в файлы, загрузочные секторы дисков и документы.. Название «вирус» по отношению к компьютерным программам пришло из биологии именно по признаку способности к саморазмножению.

Слайд 33

Файловые вирусы

• Файловые вирусы различными способами внедряются в исполнимые файлы (программы) и обычно активизируются при их запуске. После запуска зараженной программы вирус находится в оперативной памяти компьютера и является активным вплоть до момента выключения компьютера или перезагрузки операционной системы. При этом файловые вирусы не могут заразить файлы данных (например, файлы, содержащие изображение или звук).

Слайд 34

Загрузочные вирусы

• Загрузочные вирусы записывают себя в загрузочный сектор диска. При загрузке операцион­ной системы с зараженного диска вирусы внедряются в оперативную память компьютера. В дальнейшем загрузочный вирус ведет себя так же, как файловый, то есть может заражать файлы при обращении к ним компьютера.
• Профилактическая защита от таких вирусов состоит в отказе от загрузки операционной системы с гибких дисков и установке в BIOS вашего компьютера защиты загрузочного сектора от изменений.

Слайд 35

Макровирусы

• Макровирусы заражают файлы докумен­тов Word и электронных таблиц Excel. Макровирусы являются фактически макрокомандами , которые встраиваются в документ.После загрузки зараженного документа в приложение макровирусы постоянно присутствуют в памяти компьютера и могут заражать другие документы. Угроза заражения прекращается только после закрытия приложения.
• Профилактическая защита от макровирусов состоит в предотвращении запуска вируса.

Слайд 36

Сетевые вирусы

По компьютерной сети могут распространяться и заражать компьютеры любые обычные вирусы. Это может происходить, например, при получении зараженных файлов с серверов файловых архивов. Интернет-черви (worm) — это вирусы, которые распространяются в компьютерной сети во вложенных в почтовое сообщение файлах. Опасность таких вирусов состоит в том, что они по определенным датам активизируются и уничтожают файлы на дисках зараженного компьютера.

Кроме того, интернет-черви часто являются троянами, выполняя роль «троянского коня», внедренного в операционную систему. Такие вирусы «похищают» идентификатор и пароль пользователя для доступа в Интернет и передают их на определенный почтовый адрес.

Слайд 37

Упражнения на технику чтения и понимания прочитанного

2007-2022 «Педагогическое сообщество Екатерины Пашковой — PEDSOVET.SU».
12+ Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-41726 от 20.08.2010 г. Выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций.
Адрес редакции: 603111, г. Нижний Новгород, ул. Раевского 15-45
Адрес учредителя: 603111, г. Нижний Новгород, ул. Раевского 15-45
Учредитель, главный редактор: Пашкова Екатерина Ивановна
Контакты: +7-920-0-777-397, info@pedsovet.su
Домен: https://pedsovet.su/
Копирование материалов сайта строго запрещено, регулярно отслеживается и преследуется по закону.

Отправляя материал на сайт, автор безвозмездно, без требования авторского вознаграждения, передает редакции права на использование материалов в коммерческих или некоммерческих целях, в частности, право на воспроизведение, публичный показ, перевод и переработку произведения, доведение до всеобщего сведения — в соотв. с ГК РФ. (ст. 1270 и др.). См. также Правила публикации конкретного типа материала. Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения авторов.

Для подтверждения подлинности выданных сайтом документов сделайте запрос в редакцию.

О работе с сайтом

Мы используем cookie.

Публикуя материалы на сайте (комментарии, статьи, разработки и др.), пользователи берут на себя всю ответственность за содержание материалов и разрешение любых спорных вопросов с третьми лицами.

При этом редакция сайта готова оказывать всяческую поддержку как в публикации, так и других вопросах.

Если вы обнаружили, что на нашем сайте незаконно используются материалы, сообщите администратору — материалы будут удалены.