Урок 27Компьютер как средство обработки информации. Представление о микропроцессоре

Как работает процессор?

Инструмент проще, чем машина. Зачастую инструментом работают руками, а машину приводит в действие паровая сила или животное.

Компьютер тоже можно назвать машиной, только вместо паровой силы здесь электричество. Но программирование сделало компьютер таким же простым, как любой инструмент.

Процессор — это сердце/мозг любого компьютера. Его основное назначение — арифметические и логические операции, и прежде чем погрузиться в дебри процессора, нужно разобраться в его основных компонентах и принципах их работы.

Компьютер как средство обработки информации

Изучив эту тему, вы узнаете:

— каково назначение аппаратного обеспечения компьютера;
— каков состав базового комплекта компьютера;
— что означает понятие производительности компьютера.

Перед вами на столе установлен компьютер. Вы можете обратиться к нему за помощью, пообщаться с ним — иногда как с добрым или строгим учителем, иногда как с партнером в игре. Компьютер помогает вам в решении самых разных задач, учит, развлекает. При этом компьютер послушно выполняет ваши указания в виде определенных команд. Компьютер обладает чрезвычайно высокой по сравнению с человеческими возможностями скоростью работы, благодаря чему команды исполняются почти мгновенно.

Что же позволяет компьютеру так безукоризненно исполнять волю человека? Как устроен компьютер и из каких частей он состоит? Ответы на эти вопросы могут быть простыми или сложными в зависимости от того, как человек собирается его использовать.

В этом учебнике вы познакомитесь с устройством компьютера с точки зрения пользователей, чтобы уметь обращаться с компьютером как с инструментом для обработки информации. Компьютер должен воспринимать и распознавать вводимую информацию, запоминать ее, совершать над ней различные действия и выводить результаты своей работы, то есть выполнять основные этапы обработки информации (рисунок 16.1): ввод, хранение, преобразование, вывод.

Рис. 16.1. Основные этапы обработки информации

Для решения всех этих задач необходимы технические устройства и программы. Совокупность технических устройств называют аппаратным обеспечением (англ. hardware — аппаратные средства).

Аппаратное обеспечение персонального компьютера — система взаимосвязанных технических устройств, выполняющих ввод, хранение, обработку и вывод информации.

Отдельные части компьютера — блоки, связанные между собой с помощью различных устройств: электрических кабелей, разъемов, портов и т. п.

Из всего многообразия составных частей компьютера можно выделить минимально необходимый базовый комплект: устройство ввода информации — клавиатура, устройство вывода — монитор и отдельный блок, который называют системным. Эти устройства обеспечивают основные этапы обработки информации, отображенные на рисунке 16.1. С помощью клавиатуры человек вручную вводит информацию (данные и команды) в память компьютера. Монитор используется для отображения вводимых данных, а также для вывода на экран результатов обработки информации. Системный блок обеспечивает преобразование и хранение информации.

Наряду с клавиатурой и монитором при работе с персональным компьютером используется еще ряд устройств, не входящих в базовый комплект, но обеспечивающих ввод и вывод информации. Трудно, например, представить себе работу современного компьютера без маленькой помощницы — мыши, которая легко движется по коврику даже в руках неопытного пользователя.

Очень полезно иметь печатающее устройство — принтеру позволяющий распечатывать в считанные минуты текстовые, табличные, графические документы. Часто в комплект современного компьютера входят также сканер (устройство ввода информации с листа книги, журнала и т. п.), звуковые колонки, наушники, микрофон и др. Те, кто увлекается компьютерными играми, знают, что для управления ими часто используется джойстик.

Наличие этих и многих других устройств в составе компьютера позволяет использовать его в качестве универсального инструмента обработки разнообразной информации. В последующих темах вы более подробно познакомитесь с назначением и особенностями аппаратного обеспечения персонального компьютера.

Независимо от комплектации компьютера нас всегда будут интересовать характеристики его возможностей, которые также позволяют сравнивать компьютеры между собой. Одна из таких важнейших характеристик — производительность компьютера, которая приближенно характеризуется количеством элементарных операций, выполняемых за одну секунду (оп/с).

Производительность компьютера — характеристика, показывающая скорость выполнения компьютером операций обработки информации.

Контрольные вопросы

1. Как вы понимаете назначение компьютера?

2. Назовите основные этапы обработки информации компьютером.

3. Опишите основные этапы обработки информации с помощью обычного микрокалькулятора.

4. Что понимают под аппаратным обеспечением компьютера?

5. Что входит в базовый комплект персонального компьютера?

6. Каково назначение клавиатуры и монитора?

7. Перечислите известные вам устройства компьютера, не входящие в базовый комплект.

8. Что понимается под производительностью компьютера?

Способы представления алгоритма:

Исполнитель – человек или какое-либо устройствоможет выполнять алгоритмы формально, не вникая в содержание поставленной задачи, а только строго выполняя последовательность действий, содержащихся в алгоритме.

• среда;
• элементарные действия;
• система команд;
• отказы.

Компьютер может выполнить алгоритм, если он записан на языке, понятном компьютеру. Программа – это последовательность инструкций и правил, которые сообщают компьютеру определенный порядок выполнения заданий.

2. «Все есть число», — говорили пифагорийцы, подчеркивая необычайно важную роль чисел в практической деятельности. Известно множество способов представления чисел. В любом случае число изображается символом или группой символов (словом) некоторого алфавита. Будем называть такие символы цифрами. Для представления чисел используются непозиционные и позиционные системы счисления.

Представление числовой информации с помощью систем счисления.
Система счисления (сс) – это знаковая система, в которой числа записываются по определенным правилам с помощью символов некоторого алфавита, которые называют цифрами.

Все системы счисления делятся на позиционные и непозиционные.

В непозиционных системах счисления значение (величина) числа определяется как сумма или разность цифр в числе (пример: римская система счисления).

В позиционных сс значение цифры зависит от ее места (позиции) в числе, а в непозиционных не зависит.

В позиционной ссодин и тот же числовой символ приобретает различные значения (имеет различный вес) в зависимости от позиции.

Каждая позиция соответствует определенной степени основания системы счисления. Основание равно количеству цифр (знаков в алфавите системы счисления) и определяет, во сколько раз отличаются значения одинаковых цифр, стоящих в соседних позициях.

Запишем десятичное число 5555₁₀ в развернутой форме:

5555₁₀ = 5*10 3 + 5*10 2 + 5*10 1 + 5*10 0
П
еревод целого десятичного числа в позиционную систему счисления с другим основанием

1. Разделить число на основание системы счисления и зафиксировать остаток и частное.

Для перевода в десятичную систему счисления необходимо записать число в любой системе счисления в развернутом виде и выполнить вычисления.

3. Поиск информации

Неоценима роль компьютера в организации важнейшей задачи обработки информации — поиска информации, необходимой человеку для решения стоящей перед ним задачи.

Вспомните, как часто и какую информацию приходится искать вам, членам вашей семьи, вашим друзьям и знакомым. Приведите примеры.

Задача поиска обычно формулируется следующим образом. Имеется некоторое хранилище информации — информационный массив (телефонный справочник, словарь, расписание поездов, диск с файлами и др.). Требуется найти в нём нужную информацию, удовлетворяющую определённым условиям поиска (телефон данной организации, перевод данного слова на английский язык, время отправления данного поезда, файл с рефератом). При этом, как правило, необходимо сократить время поиска, которое зависит от способа организации набора данных и используемого алгоритма поиска.

Алгоритм поиска, в свою очередь, зависит от способа организации информации.

Если данные никак не организованы, то мы имеем дело с неструктурированным набором данных. Для осуществления поиска в таком наборе данных применяется метод последовательного перебора: все элементы, начиная с первого, просматриваются подряд. Поиск завершается в двух случаях:

1) искомый элемент найден, при этом может быть просмотрена как часть имеющегося набора данных, так и весь набор, если искомый элемент оказался последним в наборе;
2) просмотрены все элементы имеющегося набора данных, но искомого элемента среди них не оказалось.

Длительность поиска методом последовательного перебора определяется как N/2, где N — размер набора данных. Действительно, искомый элемент может оказаться первым среди просматриваемых, и в этом случае длительность поиска равна 1. Если искомый элемент окажется последним или его не окажется вообще, то длительность поиска будет равна N. Если провести поиск последовательным перебором достаточно много раз, то окажется, что в среднем на поиск требуемого элемента уходит N/2 просмотров.

Гораздо проще осуществлять поиск в структурированном наборе данных. Структурирование связано с внесением определённого порядка, определённой организации: расположения данных в алфавитном порядке, группировки по некоторым признакам и т. д. Если информация структурирована, то поиск осуществляется быстрее, можно построить оптимальный алгоритм.

Ранее мы уже рассматривали метод половинного деления. Он применяется к наборам данных, элементы которых упорядочены по неубыванию, т. е. каждый последующий элемент не меньше (больше или равен) предыдущего:

Искомый элемент сравнивается с центральным элементом последовательности, номер которого находится как [N/2] + 1. Квадратные скобки здесь обозначают, что от результата деления берётся только целая часть, а дробная часть отбрасывается.

Если искомый элемент больше центрального, то поиск продолжается в правой части последовательности. Если искомый элемент меньше центрального, то — в левой. Если значения искомого элемента и центрального совпадают, то поиск завершается.

Рассмотрим работу этого алгоритма поиска информации на примере.

Пример 6. В последовательности чисел

061 087 154 180 208 230 290 345 367 389 456 478 523 567 590 612

требуется найти число 180.

Просмотр 1. Работаем со всей последовательностью. Определяем центральный элемент (он подчёркнут):

061 087 154 180 208 230 290 345 367 389 456 478 523 567 590 612

Сравниваем искомый элемент с центральным.

По результатам сравнения отбрасываем правую часть последовательности.

Просмотр 2. Работаем с левой частью последовательности. Определяем центральный элемент (он подчёркнут):

061 087 154 180 208 230 290 345

Сравниваем искомый элемент с центральным.

По результатам сравнения отбрасываем правую часть последовательности .

Просмотр 3. Работаем с левой частью последовательности. Определяем центральный элемент (он подчёркнут):

061 087 154 180

Сравниваем искомый элемент с центральным.

По результатам сравнения отбрасываем левую часть последовательности.

Просмотр 4. Работаем с правой частью последовательности. Определяем центральный элемент (он подчёркнут):

180

Центральный элемент совпадает с искомым. Поиск завершён.

Как связаны длительность поиска методом половинного деления и длина исходной последовательности данных?

Принцип работы ПК

Похожие статьи:

Реферат Учебная дисциплина Информационные технологии в профессиональной деятельности Тема: Классификация программного обеспечения Работу выполнила:…

2.1. Что такое компьютер? Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать…

В основе организации вычислительного процесса на ЭВМ лежит принцип программного управления. Программа – это указание на последовательность действий (команд), которую должен выполнить компьютер, чтобы решить поставленную задачу обработки информации. Программный. [читать подробнее].

В основе организации вычислительного процесса на ЭВМ лежит принцип программного управления. Программа – это указание на последовательность действий (команд), которую должен выполнить компьютер, чтобы решить поставленную задачу обработки информации. Программный. [читать подробнее].

Компьютер представляет собой аппаратно-программную систему. Это означает, что устройства, составляющие компьютер, функционируют в непрерывном взаимодействии с программами. Комплекс программ называемый операционной системой управляет всеми процессами внутри системы (в. [читать подробнее].

Этот элемент необходим, его отсутствие делает невозможным работу компьютера в понимании обычного человека. Помимо ОС категория системного ПО включает в себя разнообразные обслуживающие проекты, сервисные программы. Некоторые из них занимаются дисками, другие сжимают данные, противостоят атакам вредоносных программ и так далее.

Любая информация может обрабатываться современными ЭВМ: графики, картинки, текст, звук. Обусловлено это возможностью конвертирования в такой формат, который понятен для аппаратного уровня. Процессор получает инструкцию, на основании которой производит операции. Решение задачи сопровождается последовательностью мероприятий, нередко включающей в себя неисчислимо много операций. Ее именуют программой.

Ни один обычный современный пользователь не сможет работать, если ЭВМ не оснащена системным ПО.

Главный компонент этого комплекса – операционная система, признанная базовой составляющей ПО.

Этот элемент необходим, его отсутствие делает невозможным работу компьютера в понимании обычного человека. Помимо ОС категория системного ПО включает в себя разнообразные обслуживающие проекты, сервисные программы. Некоторые из них занимаются дисками, другие сжимают данные, противостоят атакам вредоносных программ и так далее.

Чтобы можно было с применением ЭВМ решать поставленные перед пользователем задачи, необходимо располагать программным ПО. Такие проекты помогают формировать графическую информацию, рисунки, звуки, тексты, позволяют совершать операции с числовыми данными. Категория прикладного ПО подразделяется на:

• приложения;
• системы для программирования.

Принципы обработки информации компьютером. Арифметические и логические основы работы компьютера. Алгоритмы и способы их описания. Компьютер как исполнитель команд. Программный принцип работы компьютера. Примеры компьютерных моделей различных процессов

Схема устройства компьютера

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:

o выполнение логических или арифметических операций;

o чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций;

o запись результатов в память;

o ввод данных из внешнего устройства в память;

o 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.

Решение разного рода задач основано на пошаговом исполнении алгоритма.

Алгоритм – точное предписание, состоящее из последовательности действий для некоторого исполнителя, ведущих к решению задачи за конечное число шагов.

Процесс составления алгоритмов называют алгоритмизацией.

Дата добавления: 2014-01-03 ; Просмотров: 9705 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

В некоторых моделях материнских плат функции видеоадаптера выполняют микросхемы чипсета — в этом случае говорят, что видеоадаптер интегрирован с материнской платой. Если же видеоадаптер выполнен в виде отдельного устройства, его называют видеокартой. Разъем видеокарты выведен на заднюю стенку. К нему подключается монитор.

До изобретения письменности

До того, как появилось то, что можно без сомнения назвать письменностью, основным способом сохранить важные факты была устная традиция. В такой форме передавались социальные обычаи, важные исторические события, личный опыт или творчество рассказчика. Эту форму сложно переоценить, она продолжала процветать вплоть до средних веков, далеко после появления письменности. Несмотря на неоспоримую культурную ценность, устная форма — эталон неточности и искажений. Представьте себе игру в «испорченный телефон», в которую люди играют на протяжении нескольких столетий. Ящерицы превращаются в драконов, люди обретают песьи головы, а достоверную информацию о быте и нравах целых народностей невозможно отличить от мифов и легенд.

Боян

Файловая система

Файловая система ЭВМ, как правило, имеет несколько дисков. Каждому диску присваивается имя, которое задается латинской буквой с двоеточием, например, А:, В:, С: и т. д. Стандартно принято, что А: и В: — это накопители на гибких магнитных дисках, а диски С:, D: и т. д. — жесткие диски, накопители на оптических дисках или электронные диски.

Электронные диски представляют собой часть оперативной памяти, которая для пользователя выглядит как ВЗУ. Скорость обмена информации с электронным диском значительно выше, чем с электромеханическим внешним запоминающим устройством. При работе электронных дисков не происходит износ электромеханических деталей. Однако после выключения питания информация на электронном диске не сохраняется.

Физически существующие магнитные диски могут быть разбиты на несколько логических дисков, которые для пользователя будут выглядеть на экране так же, как и физически существующие диски. При этом логические диски получают имена по тем же правилам, что и физически существующие диски. Проще говоря, логический диск — это часть обычного жесткого диска, имеющая собственное имя.

Диск, на котором записана операционная система, называется системным (или загрузочным) диском. В качестве загрузочного диска чаще всего используется жесткий диск С:. При лечении вирусов, системных сбоях загрузка операционной системы часто осуществляется с гибкого диска.

Выпускаются оптические диски, которые также могут быть загрузочными.

Форматирование — это подготовка диска для записи информации.

Во время форматирования на диск записывается служебная информация (делается разметка), которая затем используется для записи и чтения информации, коррекции скорости вращения диска. Разметка производится с помощью электромагнитного поля, создаваемого записывающей головкой дисковода. Запись информации осуществляется по дорожкам, причем каждая дорожка разбивается на секторы, например, по 1024 байта.

В процессе форматирования на диске выделяется системная область, которая состоит из трех частей: загрузочного сектора, таблицы размещения файлов и корневого каталога.

Загрузочный сектор (Boot Record) размещается на каждом диске в логическом секторе с номером 0. Он содержит данные о формате диска, а также короткую программу, используемую в процедуре начальной загрузки операционной системы.

Загрузочный сектор создается во время форматирования диска. Если диск подготовлен как системный (загрузочный), то загрузочный сектор содержит программу загрузки операционной системы. В противном случае он содержит программу, которая при попытке загрузки с этого диска операционной системы выводит сообщение о том, что данный диск не является системным.

Файл — это набор взаимосвязанных данных, воспринимаемых компьютером как единое целое, имеющих общее имя, находящихся на магнитном или оптическом дисках, магнитной ленте, в оперативной памяти или на другом носителе информации.

Файл обычно отождествляют с участком памяти (ВЗУ, ОЗУ, ПЗУ), где размещены логически связанные данные, имеющие общее имя. Файл хранится на носителе информации в двоичной системе счисления, и для ОС он представляется как совокупность связанных байтов.

В файлах могут храниться тексты программ, документы, данные и т. д.

Если файл большой, то он может занимать несколько дорожек.

При записи информации на новый (чистый) диск файлы располагаются последовательно друг за другом: от первой дорожки до последней.

Заметим, что файлы всегда занимают целое число кластеров, поэтому в одном кластере не могут одновременно размещаться два даже небольших файла. Обратите внимание на то, что если документ состоит всего из одной буквы, то файл все равно занимает на диске один отдельный кластер.

Имена файлов регистрируются на магнитных и оптических дисках в папках, каталогах (или директориях). Термин «каталог» используется в операционных системах семейства DOS, термин «папка» — в операционных системах семейства Windows.

При многократной перезаписи и удалении файлов происходит фрагментация (дробление, разделение) дискового пространства. В результате файл может оказаться разорванным и располагаться в кластерах, находящихся на относительно большом расстоянии друг от друга. Считывание таких файлов существенно замедляется, так как дисководу необходимо дополнительное время для перемещения головок. Причина возникновения фрагментации состоит в том, что все файлы имеют, как правило, разную длину. Поэтому после удаления какого-то файла новый файл не может точно вписаться в освободившееся на диске место. Практически обязательно либо останется свободный участок диска, либо заполняются секторы, расположенные в другом месте диска (например, расположенные через несколько секторов или на других дорожках). В составе операционной системы есть специальная программа (утилита), которая осуществляет дефрагментацию диска.

Эта утилита располагает тело файла в соседних секторах, тем самым ускоряет считывание информации (не нужно переходить на другие дорожки, пропускать чужие секторы) и уменьшает износ дисковода.