Рассматривая объект компьютер как систему. "персональный компьютер как система"

Персональные компьютеры .

Процесс взаимодействия человека с ЭВМ насчитывает уже более 40лет. До недавнего времени в этом процессе могли участвовать только специалисты -инженеры, математики - программисты, операторы. В последние годы произошли кардинальные изменения в области вычислительной техники. Благодаря разработке и внедрению микропроцессоров в структуру ЭВМ появились малогабаритные, удобные для пользователя персональные компьютеры. Ситуация изменилась, в роли пользователя может быть не только специалист по вычислительной технике, но и любой человек, будь то школьник или домохозяйка, врач или учитель, рабочий или инженер. Часто это явление называют феноменом персонального компьютера. В настоящее время мировой парк персональных компьютеров превышает 20 млн.

Почему возник этот феномен? Ответ на этот вопрос можно найти, если четко сформулировать, что такое персональный компьютер и каковы его основные признаки. Надо правильно воспринимать само определение " персональный", оно не означает принадлежность компьютера человеку на правах личной собственности. Определение "персональный" возникло потому, что человек получил возможность общаться с ЭВМ без посредничества профессионала-программиста, самостоятельно, персонально. При этом не обязательно знать специальный язык ЭВМ. Существующие в компьютере программные средства обеспечат благоприятную " дружественную" форму диалога пользователя и ЭВМ. Можно выделить пять формальных признаков, которые помогут нам определить, является ли данный компьютер персональным или нет.

1. Способ управления простой, наглядный, удобный, не требующий глубоких знаний в области вычислительной техники. Все технические средства (дисплей. клавиатура, манипулятор, печатающее устройство и т.д.), обеспечивающие взаимодействие человека и ЭВМ, сделаны так, чтобы на них безбоязненно мог работать даже ребенок. Общение человека и компьютера организованно в диалоговом режиме.

2. Разработано большое количество программных средств для различных областей применения. Это избавит пользователя от необходимости самому составлять программу на языке компьютера.

3. Малогабаритные устройства внешней памяти большой емкости допускают замену одного накопителя другим. К таким устройствам можно отнести: накопители на гибких магнитных дисках и винчестерских дисках, кассетные магнитофон.

4. Благодаря малым габариту и массе, сравнимым с телевизором, для установки не требуется специальных приспособлений, достаточно место на рабочем столе.

5. Конструкция персонального компьютера, его внешнее оформление привлекательны по цвету и форме, удовлетворяют эргономическим показателям. Впервые за время развития вычислительной техники этот признак включен в качестве основного при определении целого класса ЭВМ.

При более тщательном анализе всех признаков видно, что конечно, самыми главными являются первые два признака, определяющие характер общения человека и ЭВМ, хотя отсутствие одного из пяти перечисленных выше признаков позволяет классифицировать компьютер как не персональный.

Понимая теперь, что такое персональный компьютер, рассмотрим историю возникновения и развития этого феномена.

Перечисленные признаки персонального компьютера стало возможным обеспечить благодаря созданию микропроцессоров, которые позволили резко изменить внешний облик ЭВМ - уменьшить размеры и массу. Однако только одно это обстоятельство привело к появлению класса микро ЭВМ. Совершенствование программного обеспечения, изучение математиками и программистами задач предметной области и разработка на их основе нужных в этой области программных средств позволили превратить микроЭВМ в персональное средство человека по обработки информации.

Первая персональная ЭВМ была разработана в 1973 г. во Франции. Ее автор Труонг Тронг Ти. Первые экземпляры были восприняты как дорогостоящая экзотическая игрушка. Массовое производство и внедрение в практику персональных компьютеров связывают с именем Стива Джобса, руководителя и основателя фирмы "Эпл компьютер", 1977 г. наладившая выпуск персональных компьютеров "Apple".

Персональные компьютеры можно классифицировать в соответствии с теми возможностями, которые они предоставляют пользователю. как бытовые и профессиональные.

Бытовые персональные компьютеры используют в домашних условиях. Их основное назначение: обеспечение несложных расчетов, выполнение функции записной книжки, ведение личной картотеки, средство обучения различным дисциплинам, инструмент доступа по телефонным каналам к общественным информационным фондам и т.д. Широкое распространение получил он как средство развлечения - организатор и партнер в различных играх.

Профессиональные персональные ЭВМ используют в конкретной профессиональной сфере, все программные и технические средства ориентированы на конкретную профессию. Однако независимо от профессиональной направленности ЭВМ их основное назначение-выполнение рутинной работы: они осуществляют поиск информации в различных справочно-нормативной документации и архивах, составляют типовые формы документации, ведут дневник или лабораторный журнал, фиксируют результаты исследований, запоминают и выдают по запросу пользователя информацию по данной профессиональной деятельности и т.д.

В настоящее время одними из самых популярных компьютеров стали модель IBM PC и ее модернизированный вариант IBM PC XT, который по архитектуре, программному обеспечению, внешнему оформлению считается базовой моделью персонального компьютера. Рассмотрим основную структуру и характеристики персонального компьютера IBM PC XT. В состав базового комплекта входят; системный блок2, дисплей1 с цветным изображением, клавиатура6, печатающее устройство (принтер), накопитель на гибком магнитном диске и накопитель на винчестерском диске.

Основой персонального компьютера является системный блок. Он организует работу, обрабатывает информацию, производит расчеты, обеспечивает связь человека и ЭВМ. Пользователь не обязан досконально разбираться в том, как работает системный блок. Это удел специалистов. Но он должен знать, из каких функциональных блоков состоит компьютер. Мы не имеем четкого представления о принципе действия внутренних функциональных блоков окружающих нас предметов - холодильника, газовой плиты, стиральной машины, автомобиля, но должны знать, что заложено в основу работы этих устройств, каковы возможности составляющих их блоков.

СИСТЕМНЫЙ БЛОК персонального компьютера состоит из системной платы, имеющей размеры 212/300 мм и расположенной в самом низу, динамика, вентилятора, источника питания, двух дисководов. Один дисковод обеспечивает ввод-вывод информации с винчестерского диска, другой- с гибких магнитных дисков.

СИСТЕМНАЯ ПЛАТА является центральной частью ЭВМ и составлена из нескольких десятков интегральных схем разного назначения. Микропроцессор выполнен в виде одной большой интегральной схемы. Предусмотрено гнездо для дополнительного микропроцессора Intel 8087-выполнения операции с плавающей запятой. При необходимости повысить производительность компьютера можно поместить его в это гнездо. Имеется несколько модулей постоянной и оперативной памяти. В зависимости от модели предусмотрены от 5 до 8 разъемов, куда вставляются платы различных адаптеров.

Адаптер - это устройство, которое обеспечивает связь между центральной частью ЭВМ и конкретным внешним устройством, например между оперативной памятью и принтером или винчестерским диском. На плате также устанавливают несколько модулей, выполняющих вспомогательные функции при работе с компьютером. Имеются переключатели, которые необходимы для обеспечения работы компьютера при выбранном составе внешних устройств (конфигурация компьютера).

КЛАВИАТУРА

Клавиатура есть у каждого компьютера. С его помощью в компьютер вводят информацию или отдают компьютеру команды. Прабабушкой клавиатуры компьютера была пишущая машинка. От нее клавиатура получила в наследство клавиши с буквами и цифрами.

Но компьютер умеет делать больше дел, чем пишущая машинка, и потому у его клавиатуры намного больше клавиш. Разные клавиши служат для разных дел. Например, у обычной пишущей машинки нет клавиш для стирания того, что написано, а у клавиатуры - есть. Такая пишущая машинка не может вставить новое слово между двумя другими, а компьютер - может, и для этого тоже есть специальная клавиша.

Когда мы играем в компьютерные игры, то чаще всего используем клавиши со стрелками. Их еще называют "курсорными клавишами". С помощью этих клавиш можно управлять тем, как бегает по экрану герой игры. Очень часто в играх используются клавиши СTRI и ALT. Одной клавишей герой стреляет, а другой - прыгает. Это довольно большие клавиши, к тому же они находятся в самом низу клавиатуры, и потому ими пользоваться удобно.

Самая длинная клавиша - ПРОБЕЛ. Ее можно нажать даже с завязанными глазами. И потому ее тоже очень часто используют в играх.

МОНИТОР

При работе с компьютером больше всего информации мы получаем, глядя на экран монитора. Монитор чем-то похож на телевизор. Но телевизор нельзя смотреть вблизи, потому что он очень вредно действует на глаза. Монитор тоже действует на глаза, но не так сильно, как телевизор. Изображение у мониторов более четкое.

Мониторы бывают разные. Они различаются размерами экранов и качеством изображения. Размер экрана измеряют дюймами. Если вы не знаете, что такое дюйм. то возьмите спичку и сломайте ее пополам. Длина такой половинки и есть дюйм.

Измеряют экран наискосок - между противоположными углами. Обычные мониторы имеют 14 дюймов. Часто также встречаются мониторы с размером 15 дюймов. Бывают и еще больше, но дома ими редко пользуются.

Если у вас мониторы с размером 14 дюймов, то на него надо обязательно надеть защитный экран - он намного снизит вред от излучения монитора. БЕЗ ЗАЩИТНОГО ЭКРАНА РАБОТАТЬ С ОБЫЧНЫМ МОНИТОРОМ НЕЛЬЗЯ!

Урок № 7. В 7 классе

Тема: « Персональный компьютер как система. Объекты и системы»

Цели:

Образовательная:

закрепить представления школьников о системах объектов;

дать представление о пк как о системе;

проверить знания по теме «объекты и системы»

Развивающая:

развивать логическое мышление, память, внимание, умение сравнивать и анализировать, умение

применять полученные знания и навыки при выполнении практических упражнений ;

Воспитательная :

формировать совокупность универсальных учебных действий, обеспечивающих умение учиться, т.е

обрабатывать информацию;

формировать информационную культуру школьников;

формировать более глубокое представление о системах объектов и их особенностях;

формировать мировоззренческие позиции;

Оборудование:

компьютер,

доска

проектор

Программное обеспечение

презентация

мультимедийный проектор, компьютер

Тип урока:

объяснительно-демонстрационный

Ход урока

Организационный момент

Проверка присутствующих на уроке, подготовка учащихся к уроку.

Проверка домашнего задания

Учебник: §1.7.

Рабочая тетрадь: визуальна проверка выполнения заданий: с. 25-26 № 41,42

Повторение прошлого материала

Дать понятие «Черный ящик»

Привести пример взаимодействия системы и среды. Укажите входы и выходы

системы.

Изучение нового материала

Один из объектов, которые, мы с вами рассматриваем на уроках информатики – это ПК, поэтому сегодня мы рассмотрим ПК как систему.

Вспомним: система - это целое, состоящее из частей, взаимосвязанных между собой. Части, образующие систему, называются её элементами, т.е. ПК состоит из определенных частей, с помощью которых он может выполнять какие – то действия, а именно качественно работать с информацией.

Если мы посмотрим на систему ПК, то мы можем выделить в нем 3 подсистемы: аппаратное обесп., программное обесп., информационные ресурсы. ОС – самая главная программа ПК.

Прикладные программы – создание изображения, текстов, видео.

Инструментальное по – разработка других программ, которые будут выполнять наши требования.

ПК является частью системы «Человек - пк», для того, чтобы человек мог нормально работать за ПК, мог его понимать, должны быть средства, которые обеспечивают взаимосвязь между объектами системы – это объект – человек, объект – ПК. Средства, обеспечивающие взаимосвязь между человеком и компьютером – это интерфейс.

Интерфейс можно разделить на 4 группы.

Если бы ПК показывал нам информацию такую, какую видит сам, т.е.101000, мы бы ничего не поняли. Благодаря тому, что есть ос, которые преобразуют 101100 в вид, привычный нам, мы можем нормально работать за ПК.

Обобщение нового материала ПК – система – включающая подсистемы аппаратного обеспечения, программного обеспечения и информационных ресурсов.

ПК – подсистема системы «человек - компьютер».

Средства, обеспечивающие взаимосвязь между объектами этой системы, называют интерфейсом.

Пользовательский интерфейс – это взаимодействие человека и компьютера.

Закрепление нового материала

Рабочая тетрадь: с. 35 № 48

Контрольная работа

Критерии оценивания:

1-3 –(0-49%) - 2

4 – (50-70%) - 3

5 - (71-85%) - 4

6-7 - (86 – 100%) – 5

Часть 2:

Тест 1

Вариант 1.

1. Закончите предложение: «Любая часть окружающей действительности, воспринимаемая человеком как единое целое, называется …»

понятием

объектом

предметом

системой

2. Отметьте единичные имена объектов:

машина

береза

Москва

Байкал

Пушкин А.С.

операционная система

клавиатурный тренажер

Windows XP

3. Отметьте объекты операционной системы:

рабочий стол

окно

папка

файл

компьютер

свойства

размеры

поведение

состояние

действия

5. Укажите отношение для пары «процессор и системный блок»:

является элементом множества

входит в состав

является разновидностью

является причиной

6. Отметьте природные системы:

Солнечная система

футбольная команда

растение

компьютер

автомобиль

математический язык

7. Укажите подсистемы, входящие в систему «Аппаратное обеспечение персонального компьютера»:

устройства ввода информации

операционная система

прикладные программы

Вариант 2.

Закончите предложение: «Целое, состоящее из частей, взаимосвязанных между собой, называется …»

понятием

объектом

предметом

системой

2. Отметьте общие имена объектов:

машина

береза

Москва

Байкал

Пушкин А.С.

операционная система

клавиатурный тренажер

Windows XP

3. Отметьте объекты классной комнаты:

рабочий стол

окно

папка

файл

компьютер

4. Отметьте признаки, которые могут быть указаны в сообщении об объекте:

свойства

поведение

состояние

возможности

действия

5. Укажите отношение для пары «графический редактор и MS Paint »:

является элементом множества

входит в состав

является разновидностью

является причиной

6. Отметьте технические системы:

Солнечная система

футбольная команда

растение

компьютер

автомобиль

математический язык

7. Укажите подсистемы, входящие в систему «Программное обеспечение персонального компьютера»:

устройства ввода информации

устройства хранения информации

операционная система

прикладные программы

Подведение итога урока

Сообщить оценки учащимся, подвести итог урока.

Домашнее задание Учебник: Читать §1.8.Рабочая тетрадь: с.36 № 50

Мы рассмотрели различные устройства компьютера по отдельности. Теперь же можно обсудить то, что представляет собой персональный компьютер как система, в которой присутствуют эти устройства.

Принцип открытой архитектуры

Говоря о проектировании компьютерных систем, часто упоминают принцип открытой архитектуры, который подразумевает установление стандарта на принцип действия компьютера и его конфигурацию, то есть те аппаратные средства, из которых состоит компьютер, и соединения между ними. Реализация этого принципа на практике позволяет собирать компьютеры из отдельных деталей, которые могут изготавливаться самыми различными фирмами.

Для того чтобы компьютер с течением времени можно было бы легко модернизировать или дополнять новыми устройствами, в нем имеются специальные внутренние гнёзда, куда пользователь может вставлять разнообразные устройства (новый жесткий диск, модем, дополнительную память и т.д.). Таким образом, всегда можно добиться нужной конфигурации компьютера - в соответствии со спецификой его использования.

Соединение устройств компьютера

Предполагая, что возможно собирать компьютер из различных устройств, необходимо сделать определенные предположения о том, как эти устройства смогут сопрягаться, то есть каков будет их интерфейс (англ. interface - сопряжение). Под интерфейсом понимают средство сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой. В нашем случае, для соединения между собой устройств компьютера надо потребовать, чтобы они имели одинаковый интерфейс.

Интерфейс, утверждённый на уровне международных соглашений, называется стандартным.

Каждый из функциональных элементов (память, монитор или другое устройство) связан с шиной определённого типа -- адресной, управляющей или шиной данных.

Для согласования интерфейсов при подключении периферийных устройств используются контроллеры, адаптеры и порты.

Контроллеры и адаптеры - это электронные схемы, которые обеспечивают совместимость интерфейсов различных устройств компьютера. Контроллеры, кроме этого, управляют периферийными устройствами по запросам процессора.

Порты устройств - это также электронные схемы, которые содержат один или несколько регистров ввода-вывода и позволяют подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам процессора.

Кроме того, термин порт используют, говоря об устройствах стандартного интерфейса: последовательный, параллельный и игровой порты (или просто интерфейсы).

Последовательный порт, как правило, используют для подсоединения относительно "медленных" или достаточно удалённых устройств (например, мыши или модема). К параллельному порту подсоединяют более "быстрые" устройства (например, принтер или сканер). Через игровой порт подсоединяется джойстик. Для клавиатуры и монитора имеются свои специализированные порты (обычные разъёмы).

Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора, размещаются на основной плате компьютера, которая называется системной или материнской (англ. MotherBoard).

аппаратный компьютер электронный процессор

Что такое компьютер . Компьютер, как следует из его названия (на английском слово computer произошло от слова compute – считать, вычислять) – это вычислительное устройство . На самом деле, кроме как считать, считать много и быстро компьютер ничего более и не умеет. Различные периферийный устройства вывода, такие как монитор, принтер, аудио аппаратура, веб-камера и т.п. просто способны по-разному результаты этих вычислений преобразовывать в понятные нам сигналы. Различные устройства ввода (клавиатура, манипуляторы, планшеты и т.д.) занимаются обратной задачей: преобразованием внешних воздействий в понятные компьютеру наборы команд и данных. То, без чего компьютер просто не может существовать – это центральный процессор и запоминающее устройство (память компьютера). Первое умеет считать, а второе – хранить исходные данные и результаты вычислений. Компьютер производит вычисления по заранее заложенной в него программе. Программы пишут люди, а дело компьютера – их выполнять. Об этом чуть более подробно в конце материала, а сейчас вкратце о том, в каком виде компьютер воспринимает информацию.

Часть 1. Особенности представления информации в компьютере

Минимальной единицей информации для компьютера является один бит , который может принимать два значения. Одно из значений считают равным 1, а другое 0. На уровне “железа” (аппаратной части компьютера) единица информации представлена триггерами – классом электронных устройств, которые обладают возможностью длительно оставаться в одном из двух состояний. Значение выходного напряжения таких электронных устройств может иметь два значения, одно из которых ассоциируют с нулем, а другое с единицей. Если бы на базе полупроводников можно было легко и эффективно создавать электронные устройства, способные подолгу находиться, например, в трех или четырех состояниях, то и битом тогда считали бы единицу информации, принимающую три и более разных значений. Поскольку все же современные компьютеры построены на базе триггеров, то и система счисления в них используется двоичная.

Что такое система счисления . Система счисления – это способ представления числовой информации, определяемый набором символов. Для нас привычной является десятичная система счисления, представленная набором цифр от 0 до 9. Компьютеру для представления информации достаточно двух символов: 0 и 1. Почему это так - я попытался ответить чуть выше, когда описывал природу триггеров – аппаратной основы современных компьютеров. Как представляются числа в различных системах счисления, я покажу на примере десятичной, двоичной и шестнадцатеричной систем. Последняя широко используется в низкоуровневом программировании, поскольку более компактна, чем двоичная, а числа, представленные в 16-ричной легко перевести в 2-ю и наоборот.

Десятичная система счисления “СИ10”: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}. Двоичная система счисления “СИ2”: {0,1} Шестнадцатеричная система счисления “СИ16”: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F} (для обозначения чисел 10, 11, 12, 13, 14 и 15 используются символы A, B, C, D, E и F)

Итак, пример: рассмотрим, как представляется число 100 с использованием этих систем.

“СИ10”: 100=1*100 +0*10+0*1 “СИ2” : 01100100=0*128+1*64 +1*32 +0*16+0*8+1*4 +0*2+0*1 “СИ16”: 64=6*16+4*1

Все это различные позиционные системы счисления с разным основанием . Позиционными системами счисления называют те системы, в которых вклад в общую сумму от каждого разряда определяется не только значением этого разряда, но и его позицией. Примером не позиционной системы счисления является римская система с ее L,X,V,I. Получаем, что значение числа, которое обозначается в позиционной системе счисления с определенным основанием, вычисляется следующим образом:

N=D 0 *B 0 +D 1 *B 1 +…+D n-1 *B n-1 +D n *B n , где D i – величина разряда на i-м месте, начиная с 0, а B – основание системы счисления. Не забываем, что B 0 =1.

Как перевести число из шестнадцатеричной системы в двоичную и наоборот . Все просто, каждый разряд в 16-ричной системы переводите в 4 разряда двоичной системы и записывайте результат последовательно хоть слева направо, хоть справа налево. Наоборот: разбиваете двоичное число на тетрады (по 4 разряда строго справа налево) и каждую тетраду отдельно заменяете на один из символов 16-ричной системы счисления. Если последняя тетрада оказалась неполной, до дополняете ее нулями слева. Пример:

1010111100110 -> 0001(1).0101(5).1110(14).0110(6) -> 15E6

Для того, чтобы быстро умножить или разделить число на основание системы счисления, достаточно просто сдвинуть все разряды влево (умножение) и вправо (деление). Умножение на 2 в двоичной системе счисления называют сдвигом влево (в конце добавляется 0), а целочисленное деление на 2 – сдвигом вправо (последний символ убирается). Пример:

11011(27) > 1101(13)

Единицы информации компьютера . С минимальной единицей информации в вычислительной технике разобрались – это бит. Но минимальным адресуемым набором информации является не бит, а байт – набор информации, представленный 8-ю битами и, как следствие, способный хранить 256 (2 8) различных значений. Что значит минимальный адресуемый набор информации ? Это значит, что вся память компьютера поделена на участки, каждый из которых имеет свой адрес (порядковый номер). Минимальный размер такого участка – байт. Я, конечно, упрощаю картину, но на данный момент такого представления достаточно. Почему именно 8 бит? Так сложилось исторически, а впервые 8-ми битовая (байтовая) адресация была применена в вычислительных машинах компании IBM. Наверное, сочли удобным, что единицу информации легко представить ровно двумя символами шестнадцатеричной системы счисления. А теперь развеем мифы насчет объемов данных, обозначаемых практически всем знакомыми словами килобайт , мегабайт , гигабайт , терабайт и т.д.

1 килобайт (кб) = 2 10 байт = 1024, а не 1000 байт. 1 мегабайт (мб) = 2 20 байт = 1048576 байт = 1024 килобайт, а не 1000.000 байт. 1 гигабайт (гб) = 2 30 байт, 1 терабайт (тб) = 2 40 байт и т.д.

Часть 2. Устройство компьютера

Как устроен компьютер . Или из чего состоит компьютер . Дальнейшее повествование будет построено следующим образом. Описание устройства компьютера будет представлено на различных уровнях. На первом уровне я обозначу основные составляющие современного компьютера, на втором и последующих уровнях буду более детально описывать каждую его часть. Для быстрого поиска нужной вам информации пользуйтесь следующей навигацией.

Уровень 1. Общее устройство компьютера

Системный блок

Системный блок компьютера – это тот самый ящик, из которого торчит шнур питания, к которому подключены монитор, клавиатура, мышь и принтер, и в который вставляют компакт диски, флешки и прочие внешние устройства. Можно сказать, что все устройства, которые подключены к системному блоку извне являются периферийными устройствами – выполняющими второстепенные задачи компьютера. Ну а в самом системном блоке находится все самое ценное и необходимое: блок питания, системная материнская плата и центральное процессорное устройство (центральный процессор) - “мозги” компьютера. А также, модули управления периферийными устройствами (контроллеры), видео и звуковая карты, сетевая карта и модем, транспортные магистрали для передачи информации (шины) и много еще чего полезного. Тем не менее, все это в первую очередь справедливо для домашних и офисных компьютеров. Например, глядя на ноутбук, сложно сказать, где у него заканчивается системный блок, и начинаются периферийные устройства. Все это деление условно, тем более что есть еще и коммуникаторы, планшетные компьютеры и прочие портативные вычислительные устройства.

К этой категории относят все устройства, которые позволяют вводить информацию в компьютер. Например, клавиатура, мышь, джойстик, веб камера и сенсорный экран позволяют это делать человеку, а устройство чтения компакт-дисков или карты памяти просто считывает информацию с внешнего носителя автоматически. К устройствам ввода чаще относят только средства ввода информации человеком, а все остальные называют приводами внешних носителей данных .

Это устройства, которые предназначены для вывода результатов вычислений компьютера. Монитор выводит информацию в графическом электронном виде, принтер делает практически то же самое, но на бумаге, а аудио система воспроизводит информацию в виде звуков. Все это средства обратной связи с человеком в ответ на ввод им информации через устройства ввода.

Прочие устройства

К этой категории можно отнести любые подключаемые к компьютеру устройства от флеш карт и портативных жестких дисков, до модемов (в том числе wi-fi), роутеров и т.п. Классифицировать устройства – дело неблагодарное, поскольку делать это можно абсолютно по-разному, и всегда можешь оказаться прав. Например, встроенный модем сложно отнести к периферийным устройствам, хотя внешний модем выполняет абсолютно те же функции. Модем – это устройство для организации связи между компьютерами, и абсолютно не важно, где он находится. То же самое можно сказать про сетевую карту. Жесткий диск – это, прежде всего, энергонезависимое запоминающее устройство, которое может быть как внутренним, так и внешним. Приведенная выше классификация оборудования компьютера опирается в первую очередь на физическое месторасположения того или иного устройства в классическом персональном компьютере и только потом на его назначение. Это всего лишь один из способов классификации и не более того.

Уровень 2. Начинка системного блока современного компьютера

Для начала пару слов о быстродействии компьютера . Это свойство характеризуется тактовой частотой и производительностью системы. Чем они выше – тем быстрее работает компьютер, но это не синонимы. Производительность любого компонента системы – это количество выполняемых им элементарных операций в секунду. Тактовая частота – это частота синхронизирующих импульсов, подаваемых на вход системы генератором тактовых импульсов, что, в свою очередь, и определяет количество выполняемых последовательно операций за единицу времени. Но производительность можно увеличить, обеспечив возможность выполнять элементарные операции параллельно при той же тактовой частоте, примером чего является многоядерная архитектура центрального процессора. Таким образом, нужно оценивать не только тактовую частоту, с которой работает процессор, но и его архитектуру.

Теперь о компонентах компьютера. С корпусом и блоком питания, я думаю, все понятно и без комментариев. Системная материнская плата и центральный процессор – это сердце компьютера и именно они занимаются управлением процессами вычислений. О них более подробный рассказ чуть ниже. Шины – это средство передачи информации между различными устройствами компьютера. Шины делятся на шины управления , которые передают коды команд; адресные шины , которые, как следует из их названия, служат для передачи адреса определенного контекстом команды набора аргументов или адреса, куда следует поместить результат; и шины данных , которые передают, непосредственно, сами данные - аргументы и результаты выполнения команд. Контроллеры – это микропроцессорные устройства, предназначенные для управления жесткими дисками, приводами внешних носителей информации и прочими видами устройств. Контроллеры – это посредники между инфраструктурой центрального процессора и конкретным устройством, подключенным к компьютеру. Жесткий диск – это энергонезависимое устройство хранения информации. Энергонезависимость запоминающего устройства – это его способность не утрачивать информацию после отключения питания. Помимо пользовательских данных, жесткий диск содержит программный код операционной системы, включая драйверы различных устройств. Драйвер устройства – это программа, управляющая его контроллером. Операционная система, например, Microsoft Windows, управляет всеми устройствами посредством драйверов, которые имеют понятный ей программный интерфейс. Драйверы, как правило, разрабатываются поставщиками комплектующих компьютера отдельно для каждого вида операционной системы. Также, системный блок не может обойтись без системы охлаждения и панели управления, позволяющей включать и выключать компьютер.

Уровень 3. Как работает компьютер

Как в компьютере представлены данные . Все данные для компьютера – это набор чисел. Как хранятся положительные целые числа , я рассказал в самом начале. Данные, которые могут быть как положительными, так и отрицательными, в первом разряде (в 1-м бите) хранят знак (0-плюс, 1-минус). Про особенности хранения вещественных чисел рассказывать подробно не буду, но следует знать, что вещественные числа в компьютере представляются с помощью мантиссы и экспоненты . Мантисса - это правильная дробь (числитель меньше знаменателя), у которой первый знак после запятой больше нуля (в двоичной системе это означает, что после запятой первый разряд - 1). Значение вещественных чисел вычисляется по формуле D=m*2 q , где m – мантисса, а q -экспонента, равная log 2 (D/m). В памяти компьютер хранит не саму мантиссу, а ее значащую часть - знаки после запятой. Чем больше разрядов (битов) выделено под мантиссу, тем выше точность представления вещественных данных. Пример:

Число ПИ в десятичной системе счисления выглядит примерно так: ПИ=3,1415926535... Приведем число к виду правильной дроби, умноженной на 10 в соответствующей степени: ПИ=3,1415926535 = 0.31415926535*10 1 =m*10 q , где m=0.31415926535, q=1.

Таким образом, мы представили вещественное число в виде двух целых чисел, поскольку для хранения мантиссы достаточно хранить только знаки после запятой (31415926535). Нужно учитывать, что и мантисса и экспонента могут быть как положительными, так и отрицательными числами. Если число отрицательное, то и мантисса отрицательная. Если число меньше одной десятой, то экспонента отрицательная (в десятичной системе счисления). В двоичной системе счисления экспонента отрицательная, если число меньше 0.5. Теперь попробуем проделать то же самое в двоичной системе счисления.

Немного округлим исходное число: ПИ 10 =3.1415=3+0.1415 Итак, 3 в двоичной системе это 11. Теперь разберемся с дробной частью. 0.1415=0 *0.5+0 *0.25+1 *0.125+…= 0 *2 -1 +0 *2 -2 +1 *2 -3 +… В итоге получим примерно следующее: ПИ 2 =11,001001000011=0.11001001000011*2 2 =m*2 q , где m=0.11001001000011, а q=2.

Теперь должно стать понятным, что я имел в виду под точностью представления вещественных чисел. На мантиссу потрачено 14 разрядов, а для числа ПИ удалось сохранить только лишь несколько знаков после запятой (в десятичной системе счисления). Также, работая на компьютере, можно столкнуться со следующей формой записи числа:

6,6725E-11 Это не что иное, как 6,6725*10 -11 Текст – это последовательность символов, а каждый символ имеет свой числовой код. Кодировок текста существует несколько. Наиболее известные и широко применяемые кодировки текста – это ASCII и UNICODE. Графика – это последовательность точек, каждая из которых соответствует определенному цвету. Каждый цвет представлен 3-мя целыми числами: составляющей красного (red), зеленого (green) и синего (blue) цветов RGB палитры. Чем больше разрядов отводится под хранение цвета, тем большим спектром цветов вы можете оперировать. Видео – это просто последовательность статических кадров. Существуют технологии сжатия видео, которые, к примеру, отдельные участки видео хранят как один кадр и последовательность дельт – отличий последующих кадров от предыдущего. При условии, что соседние кадры отличаются не абсолютно всеми точками (например, мультипликация), такой подход позволяет сэкономить на общих объемах материала. Звук – это сигнал, который из аналогового представления можно перевести в цифровое путем дискретизации и квантования (оцифровки). Естественно, что оцифровка приведет к потере качества, но такова цена цифрового звучания.

Как организован процесс вычислений . Материнская плата – это печатная плата, на которой установлен центральный процессор (ЦП ). Также, через специальные разъемы к материнской плате подключены модули оперативной памяти, видеокарта, звуковая карта и прочие устройства. Материнская плата – это агрегирующее звено в архитектуре современного компьютера. Материнская плата снабжена системным контроллером (северный мост ), обеспечивающим связь центрального процессора с оперативной памятью и графическим контроллером, а также, периферийным контроллером (южный мост ), отвечающим за связь с контроллерами периферийных устройств и постоянным запоминающим устройством. Северный и Южный мост вместе образуют чипсет материнской платы - ее базовый набор микросхем. Оперативная память или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ ) – это энергозависимая память компьютера, в которой хранятся исполняемый и сами данные программы. Объем оперативной памяти влияет на производительность компьютера, поскольку именно ОЗУ определяет объем обрабатываемой в каждый момент времени информации. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ ) – это энергоне зависимая память компьютера, которая хранит самую важную для него информацию, в том числе программу первоначальной загрузки компьютера (до загрузки операционной системы) – BIOS (basic input/output system - базовая система ввода-вывода). Данные ПЗУ обычно записывает производитель материнской платы. Видеокарта – это самостоятельная плата со своим процессором и своей оперативной памятью (видеопамять), предназначенная для быстрого преобразования графической информации в тот вид, который можно напрямую вывести на экран. Процессор видеокарты оптимизирован для работы с графикой, в том числе, для обработки трехмерной графики. Тем самым, процессор видеокарты разгружает центральный процессор от такого вида работ. Чем выше объем видеопамяти, тем быстрее и чаще компьютер способен обновлять данные на экране, и тем шире может быть спектр используемых цветов. Центральное процессорное устройство (ЦПУ) может состоять из нескольких процессоров, каждый из которых способен параллельно остальным выполнять свою программу. Раньше процессор и ядро процессора были синонимами. Сейчас ЦПУ может состоять из нескольких процессоров, а каждый процессор из нескольких ядер. Ядро микропроцессора – это арифметико-логическое устройство (АЛУ ), контроллер ядра и набор системных регистров . АЛУ, как следует из его названия, умеет выполнять с числами, загруженными в регистры . Набор регистров служит для хранения адреса текущей команды (команды хранятся в оперативной памяти, а регистр IP (Instruction Pointer) указывает на текущую команду), адресов загружаемых для выполнения команды данных и самих данных, включая результат выполнения команды. Ядро, собственно, и управляет всем этим процессом, выполняя низкоуровневые команды процессора. К таким командам относятся загрузка данных в регистры, выполнение арифметических операций, сравнение значений двух регистров, переход к следующей команде и т.д. Сам микропроцессор обменивается данными с оперативной памятью посредством контроллера оперативной памяти. Хотя время доступа к оперативной памяти намного меньше, чем, к примеру, время доступа к информации на жестком диске, но при интенсивных вычислениях всех же это время становится заметным. Для организации хранения данных, время доступа к которым должно быть минимальным, служит сверхоперативная память (кэш память).

Кто или что управляет процессом вычислений . Процессом вычислений, как я уже сказал в начале, управляет компьютерная программа. Программы пишутся на различных языках программирования и чаще всего на . Основными высокого уровня являются: объявление переменных различных типов, выполнение арифметических и логических операций, условные операторы и циклы. Человеку, программирующему на языке высокого уровня не нужно задумываться, как обрабатываемая им информация представляется в компьютере. Все вычисления, в основном, описываются в привычной для него десятичной системе счисления. Программист определяет в том виде, в котором ему удобно. В его распоряжении серьезный арсенал уже готовых программных компонентов, решений и технологий программирования: , средства организации , сервисы работы с и т.д. и т.п. Далее, специальные программы, называемые компиляторами, переводят текст программы в машинный код – на язык команд, понятный центральному процессору компьютера. Как выглядит программа на языке программирования высокого уровня можно, к примеру, посмотреть на страницах этого сайта, а как выглядит программа на языке низкого уровня, приближенного к машинному коду (), смотрите ниже (эта программа всего лишь выводит сообщение “Hello, world”).

386 .model flat, stdcall option casemap:none include \masm32\include\windows.inc include \masm32\include\kernel32.inc includelib \masm32\lib\kernel32.lib .data msg db "Hello, world", 13, 10 len equ $-msg .data? written dd ? .code start: push -11 call GetStdHandle push 0 push OFFSET written push len push OFFSET msg push eax call WriteFile push 0 call ExitProcess end start

Один оператор на языке высокого уровня трансформируется в десятки, а то и сотни строк машинного кода, но поскольку это происходит автоматически, то переживать по этому поводу не стоит. В момент запуска программы, операционная система выделяет ей отдельный , загружает машинный код в оперативную память, инициализирует регистры (в регистр IP помещает адрес самой первой инструкции), и вычислительный процесс начинается.

Считаю, что в рамках этого материала рассказ о том, как устроен современный компьютер, можно закончить. Теперь вы знаете в общих чертах, из чего он состоит и как работает, а детали без труда найдете в интернете.