Organizarea funcțională și structurală a procesorului. Organizarea funcțională și structurală a unui computer modern Organizarea funcțională structurală a unui computer personal

06.07.2020

Curs. Arhitectura computerelor moderne de înaltă performanță. Structura funcțională a unui computer. Concepte de bază de operare. Software de calculator. Bazele algoritmizării.

Dispozitiv de intrare

Bloc de memorie

Unitate logică aritmetică

Bloc de ieșire

Unitate de control

Concepte de bază de operare

Structura autobuzului

Software

Etape de pregătire și rezolvare a problemelor pe calculator

Algoritmi și metode de descriere a acestora

Structura funcțională a unui computer

După cum rezultă din Fig. 3.1, computerul este format din cinci părți principale, independente funcțional:

dispozitiv de intrare

dispozitiv de memorie,

unitate aritmetică logică,

dispozitiv de ieșire și

dispozitiv de control.

Dispozitivul de intrare primește informații codificate prin linii digitale de comunicație de la operatori, dispozitive electromecanice precum tastaturi sau de la alte computere din rețea. Informațiile obținute sunt fie stocate în memoria computerului pentru utilizare ulterioară, fie sunt imediat utilizate de circuitele aritmetice și logice pentru a efectua operațiunile necesare. Secvența pașilor de procesare este determinată de programul stocat în memorie. Rezultatele obținute sunt trimise înapoi în lumea exterioară printr-un dispozitiv de ieșire. Toate aceste acțiuni sunt coordonate de unitatea de control. În fig. 3.1. conexiunile dintre dispozitivele funcționale nu sunt afișate intenționat. Acest lucru se explică prin faptul că astfel de conexiuni pot fi implementate în moduri diferite. Cum mai exact, vei înțelege puțin mai târziu. Circuitele aritmetice și logice împreună cu circuitele principale de control se numesc procesor, iar toate echipamentele de intrare și ieșire luate împreună sunt adesea numite unitate de intrare-ieșire.

Acum să trecem la informațiile procesate de computer. Este convenabil să-l împărțiți în două categorii principale: comenzi și date. Comenzile sau instrucțiunile mașinii sunt date explicit instrucțiuni care:

Acestea controlează transferul de informații în interiorul computerului, precum și între computer și dispozitivele sale de intrare/ieșire;

Determinați operațiile aritmetice și logice de efectuat.

O listă de comenzi care îndeplinesc anumite sarcini se numește program. De obicei, programele sunt stocate în memorie. Procesorul preia pe rând instrucțiunile programului din memorie și implementează operațiunile pe care le definesc. Computerul este controlat complet de un program stocat, excluzând posibilitatea intervenției externe a operatorului și a dispozitivelor de intrare/ieșire conectate la mașină.

Datele sunt numere și caractere codificate utilizate ca operanzi ai instrucțiunilor. Cu toate acestea, termenul „date” este adesea folosit pentru a se referi la orice informație digitală. Conform acestei definiții, programul în sine (adică lista de instrucțiuni) poate fi considerat și date dacă este procesat de un alt program. Un exemplu de procesare a unui program pe altul este compilarea unui program sursă scris în limbaj nivel înalt, într-o listă de instrucțiuni de mașină care alcătuiesc un program în limbaj mașină numit program obiect. Programul sursă este introdus în compilator, care îl traduce într-un program în limbaj mașină.

Orez. 3.1. Dispozitivele funcționale de bază ale unui computer

Informațiile destinate a fi procesate de un computer trebuie să fie codificate pentru a fi într-un format potrivit pentru computer. Hardware-ul modern se bazează în mare parte pe circuite digitale, care au doar două stări stabile, ON și OFF (vezi Lectura 2). Codificarea convertește orice număr, simbol sau instrucțiune într-un șir de cifre binare numite biți, fiecare dintre ele având una dintre cele două valori posibile: 0 sau 1. Pentru a reprezenta numere (după cum veți vedea în capitolul 4), notația binară pozițională este folosit în mod obișnuit. Uneori este folosit formatul Binary-Coded Decimal (BCD), în care fiecare cifră zecimală este codificată separat folosind patru biți.

Literele și numerele sunt, de asemenea, reprezentate folosind coduri binare. Mai multe au fost dezvoltate pentru ei scheme diferite codificare. Cele mai comune scheme sunt ASCII (American Standard Code for Information Interchange), unde fiecare caracter este reprezentat printr-un cod de 7 biți și EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code), care folosește 8 biți pentru a codifica un caracter.

Dispozitiv de intrare

Calculatorul primește informații codificate printr-un dispozitiv de intrare a cărui sarcină este să citească datele. Cel mai comun dispozitiv de intrare este tastatura. Când utilizatorul apasă o tastă, litera sau numărul corespunzător este convertit automat într-un cod binar specific și trimis prin cablu fie la memorie, fie la procesor.

Există o serie de alte dispozitive de intrare, inclusiv joystick-uri, trackball-uri și mouse-uri. Ele sunt utilizate împreună cu afișajul ca dispozitive de intrare grafică. Microfoanele pot fi folosite pentru a introduce sunet. Vibrațiile sonore pe care le percep sunt măsurate și convertite în coduri digitale pentru stocare și procesare.

Bloc de memorie

Scopul blocului de memorie este de a stoca programe și date. Există două clase de dispozitive de stocare, și anume primare și secundare. Stocarea primară este memoria a cărei performanță este determinată de viteza circuitelor electronice. În timp ce programul rulează, acesta trebuie să fie stocat în memoria primară. Această memorie constă dintr-un număr mare de celule semiconductoare, fiecare dintre acestea putând stoca un bit de informație. Celulele sunt rareori citite individual - de obicei sunt procesate în grupuri de dimensiuni fixe numite cuvinte. Memoria este organizată astfel încât conținutul unui singur cuvânt care conține n biți poate fi scris sau citit într-o singură operație de bază.

Pentru a facilita accesul la cuvintele din memorie, fiecărui cuvânt este asociată o adresă separată. Adresele sunt numere care identifică locații specifice ale cuvintelor în memorie. Pentru a citi un cuvânt din memorie sau pentru a-l scrie pe unul, trebuie să specificați adresa acestuia și să specificați o comandă de control care va începe operația corespunzătoare.

Numărul de biți din fiecare cuvânt este adesea numit lungimea cuvântului mașină. De obicei, un cuvânt are o lungime între 16 și 64 de biți. Unul dintre factorii care caracterizează clasa unui computer este capacitatea sa de memorie. Mașinile mici pot stoca de obicei doar câteva zeci de milioane de cuvinte, în timp ce mașinile medii și mari pot stoca de obicei sute de milioane și miliarde de cuvinte. Unitățile tipice pentru măsurarea cantității de date pe care o mașină poate procesa sunt un cuvânt, mai multe cuvinte sau o parte dintr-un cuvânt. De obicei, un singur cuvânt este citit sau scris în timpul unui singur acces la memorie.

Programul trebuie să rămână în memorie în timpul execuției. Instrucțiunile și datele trebuie scrise și citite din memorie sub controlul procesorului. Capacitatea de a accesa extrem de rapid orice cuvânt din memorie este extrem de importantă. Memoria, din care orice punct poate fi accesat într-un timp scurt și fix, se numește memorie cu acces aleatoriu (Random-Access Memory, RAM). Timpul necesar pentru a accesa un cuvânt se numește timp de acces la memorie. Acest timp este întotdeauna același, indiferent unde se află cuvântul dorit. Timpii de acces la memorie în dispozitivele RAM moderne variază de la câteva nanosecunde la 100. Memoria computerului este de obicei o structură ierarhică constând din trei sau patru niveluri de elemente RAM semiconductoare cu viteze diferite și dimensiuni diferite. Cel mai rapid tip de memorie RAM este memoria cache (sau pur și simplu cache). Este conectat direct la procesor și este adesea amplasat pe același cip integrat, ceea ce face procesorul mult mai rapid. Memoria care are o capacitate mai mare, dar mai lentă se numește memorie principală. Mai târziu în această prelegere, procesul de accesare a informațiilor din memorie este descris mai detaliat, iar mai târziu vom analiza în detaliu principiile funcționării și problemele de performanță.

Dispozitivele de stocare primare sunt componente extrem de importante pentru un computer, dar sunt destul de scumpe. Prin urmare, computerele sunt echipate cu dispozitive de stocare secundare suplimentare, mai ieftine, utilizate pentru a stoca cantități mari de date și un număr mare de programe. În prezent, există destul de multe astfel de dispozitive. Dar cele mai utilizate sunt discurile magnetice, benzile magnetice și discurile optice (CD-ROM).

Este ușor să trimiți munca ta bună la baza de cunoștințe. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Postat pe http://www.allbest.ru/

1. Organizare funcțională computer personal. CPU. Controlere pentru dispozitive periferice. Structura și funcțiile magistralei de sistem. Dispozitive periferice (dispozitive de intrare/ieșire etc.). Principiul conectării dispozitivelor periferice la magistrala de sistem

1.1 Compoziția și scopul principalelor elemente ale unui computer personal

1.2 Dispozitive de stocare externe

1.3 Dispozitive de intrare/ieșire a datelor

1.4 Controlere periferice

1.5 Principii de conectare a dispozitivelor periferice

2. Modele pentru rezolvarea problemelor funcţionale şi de calcul. Clasificarea tipurilor de modelare. Modele matematice. Modele de informare. Conceptul de algoritm și proprietățile acestuia. Metode de descriere a algoritmilor. Construcții algoritmice de bază

2.1 Clasificarea modelelor. Modele matematice

2.2 Modele de informare

2.3 Conceptul algoritmului și proprietățile acestuia

2.4 Modalități de a descrie algoritmi

2.5 Structuri de control de bază ale algoritmilor (structuri algoritmice de bază)

Partea practică

Literatură

1. Organizarea funcțională a unui computer personal. CPU. Controlere pentru dispozitive periferice. Structura și funcțiile magistralei de sistem. Dispozitive periferice (dispozitive de intrare/ieșire etc.). Principiul conectării dispozitivelor periferice la magistrala de sistem

1.1 Compoziția și scopul principalelor elemente ale unui computer personal

CPU

CPU(CPU) este un dispozitiv complet de procesare a informațiilor controlat de software, realizat pe unul sau mai multe VLSI. PC-urile moderne de la diferite companii folosesc procesoare cu două arhitecturi principale:

· Sistem complet comenzi de lungime variabilă - Complex Instruction Set Computer (CISC);

· Calculator cu set de instrucțiuni redus (RISC).

Cel mai complex dispozitiv funcțional al procesorului este dispozitivul de control al execuției comenzii. Acesta conține:

· Buffer de comandă, care stochează una sau mai multe comenzi de program următoare; citește următoarele comenzi de pe dispozitivul de stocare în timp ce următoarea comandă este executată, reducând timpul necesar pentru preluarea acesteia din memorie;

· Decodor de comenzi descifrează codul de operare al următoarei comenzi și îl convertește în adresa de început a microprogramului, care implementează execuția comenzii;

· Controlul selecției următoarei microinstrucțiuni este un procesor mic care funcționează pe principiul von Neumann, are propriul contor de microinstrucțiuni, care selectează automat următoarea microinstrucțiune din ROM-ul de microinstrucțiuni;

· Memorie numai pentru citire Microcomenzile (ROM) sunt un dispozitiv de stocare în care informațiile sunt scrise o dată și apoi pot fi citite doar; O caracteristică distinctivă a ROM este că informațiile scrise în el sunt stocate pe termen nelimitat și nu necesită o tensiune de alimentare constantă.

Următoarea microcomandă este eșantionată după un anumit interval de timp, care depinde de timpul de execuție al microcomandei anterioare. Frecvența la care sunt eșantionate microinstrucțiunile se numește viteza de ceas a procesorului. Frecvența ceasului este caracteristică importantă procesor, deoarece determină viteza cu care procesorul execută comenzile și, în cele din urmă, viteza procesorului. controler de procesor de calculator

O unitate aritmetică și logică (ALU) este proiectată pentru a efectua operații de transformare a informațiilor aritmetice și logice. Din punct de vedere funcțional, ALU constă din mai multe registre speciale, un adunator full-bit și circuite de control local. ALU se bazează pe un dispozitiv care implementează o operație aritmetică. Adunarea a două numere întregi. Operațiile aritmetice rămase sunt implementate prin reprezentarea numerelor într-un cod special de complement a doi. Un adunator ALU este un dispozitiv cu mai mulți biți, fiecare bit al căruia este un circuit de poartă logică care adaugă două numere binare pe un singur bit, ținând cont de transferul de la bitul cel mai puțin semnificativ anterior (jumătate de sumator). Rezultatul este suma valorilor de intrare și transferul la următoarea cifră cea mai semnificativă. Acest dispozitiv funcțional se numește un agregator complet pe un singur bit.

Registrele de uz general (GPR) sunt folosite pentru a stoca temporar operanzii unei instrucțiuni executabile și rezultatele calculelor și, de asemenea, pentru a stoca adresele celulelor de memorie sau porturi I/O pentru instrucțiunile care accesează memorie și dispozitive externe. Dacă operanzii sunt stocați în RON, timpul de execuție a instrucțiunii se reduce semnificativ.

Dispozitive de stocare interne: memorie cu acces aleatoriu, memorie cache, memorie numai pentru citire . O altă componentă funcțională importantă a unui computer este dispozitivul de stocare sau memoria. Memoria în care sunt stocate programele executabile și datele se numește memorie cu acces aleatoriu (RAM) sau RAM (Memorie cu acces aleatoriu) - memorie cu acces liber. RAM vă permite să scrieți și să citiți informații dintr-o celulă accesând-o după numărul sau adresa sa. O celulă de memorie are un număr standard de cifre binare - un octet. Informațiile din RAM sunt păstrate atâta timp cât este alimentată circuitele de memorie, adică este volatil.

Există două tipuri de RAM, care diferă prin caracteristici tehnice: RAM dinamică sau DRAM (RAM dinamică) și RAM statică sau SRAM (RAM statică). Performanța RAM dinamică este cu un ordin de mărime mai mică decât cea a RAM statică. De obicei, RAM dinamică este utilizată ca memorie RAM sau memorie video. RAM statică este folosită ca un mic buffer de memorie ultra-rapidă. Comenzile și datele pe care procesorul le va executa în acest moment sunt introduse în memoria cache din memoria dinamică.

Viteza RAM este mai mică decât viteza procesorului, așa că folosesc diverse metode pentru a-și îmbunătăți performanța. De exemplu, plasarea mai multor module de memorie cu adrese alternative într-un pachet de cip VLSI.

Pentru a reduce impactul timpului de acces al procesorului la RAM și a crește performanța computerului, este instalată suplimentar o memorie tampon ultra-rapidă realizată pe cipuri de memorie statică. Această memorie se numește memorie cache (din engleză Cache - rezervă). Timpul de acces la datele din memoria cache este cu un ordin de mărime mai mic decât RAM și este comparabil cu viteza procesorului însuși. Procesoare moderne au o memorie cache încorporată, care se află în interiorul procesorului, în plus, există o memorie cache placa de sistem. Pentru a le distinge, este împărțit în niveluri. Pe cipul procesorului în sine există o memorie cache de prim nivel, are un volum de aproximativ 16-128 KB și cel mai de mare viteză schimb de date. În cazul procesorului, dar pe un cip separat, există un cache de al doilea nivel, care are un volum de aproximativ 256 KB - 2 MB. Cel de-al treilea nivel de memorie cache este situat pe placa de bază;

Utilizarea prin proces a memoriei cache crește performanța procesorului, mai ales în cazurile în care există o conversie secvențială a unei cantități relativ mici de date care sunt stocate în memoria cache în mod continuu în timpul conversiei.

În același spațiu de adrese ca RAM există o memorie specială concepută pentru stocarea permanentă a programelor precum testarea și pornirea unui computer și gestionarea dispozitivelor externe. Este nevolatil, adică salvează informațiile înregistrate atunci când nu există curent. Această memorie se numește memorie doar pentru citire (ROM) sau ROM (Memorie doar pentru citire). Dispozitivele de stocare numai pentru citire pot fi împărțite în funcție de metoda de înregistrare a informațiilor din ele în următoarele categorii:

ROM-uri care pot fi programate o singură dată. Sunt programate in momentul fabricatiei si nu permit modificarea informatiilor inregistrate in ele.

ROM-uri reprogramabile (PROM). Vă permite să le reprogramați de mai multe ori. Modificarea conținutului PROM-ului se poate face fie direct ca parte a sistem de calcul(aceasta tehnologie se numește tehnologie flash), iar în afara lui, pe dispozitive speciale numite programatori.

Cauciucuri interioare

Autobuz comun, împreună cu procesorul central și dispozitivul de stocare, determină în mare măsură performanțele computerului, deoarece asigură schimbul de informații între unitățile funcționale. Busul comun este împărțit în trei magistrale separate în funcție de tipul de informații transmise: magistrală de adrese, magistrală de date, magistrală de control. Fiecare anvelopă se caracterizează prin: lăţime- numarul de conductori paraleli pentru transmiterea informatiilor; frecvența ceasului- frecvența la care funcționează controlerul de magistrală la formarea ciclurilor de transfer de informații.

Autobuzul de adrese este conceput pentru a transmite adresa unei celule de memorie sau a unui port I/O. Lățimea magistralei de adrese determină numărul maxim de celule pe care le poate adresa direct. Dacă lățimea magistralei de adrese este n, atunci cantitatea de memorie adresabilă este 2n.

Autobuzul de date este conceput pentru a transmite comenzi și date, iar lățimea sa determină în mare măsură debitul de informații al magistralei comune. În computerele moderne, lățimea magistralei de date este de 32 - 64.

Autobuzul de control include toate liniile care asigură funcționarea magistralei comune. Lățimea sa depinde de tipul de anvelopă și este determinată de algoritmul de funcționare a acesteia sau protocol funcționarea anvelopelor. Protocolul de magistrală constă din mai multe cicluri și este executat de controlerul de magistrală situat în interiorul procesorului sau de un controler de magistrală separat.

Dezvoltatorii propun să includă autobuze suplimentare în computer care conectează direct procesorul central și dispozitivele individuale de mare viteză. Astfel de autobuze se numesc autobuze locale. Autobuzele locale sunt folosite pentru a conecta dispozitive de stocare și controlere video la procesor.

Principalele caracteristici ale autobuzelor generale și locale utilizate în PC-urile companieiIBM.

Autobuz comun PCI este utilizat în computere desktop, modificarea PCI 2/1 este utilizată în prezent/ Frecvența de ceas a controlerului acestei magistrale este de 66 MHz, lățimea magistralei de adrese este de 32 și lățimea magistralei de date este de 64 de biți . Vârf debitului autobuz 528 MB/s.

Bus-ul PCMCIA comun este utilizat în computerele portabile de clasă laptop și are parametri comparabili cu cei ai PCI/

Autobuzul local pentru conectarea controlerului video AGP vă permite să organizați o conexiune directă între controlerul video și RAM. Se concentrează pe transmisia în masă a datelor video. Are o organizare pipeline a operațiunilor de citire/scriere, care evită întârzierile la accesarea modulelor de memorie. Într-un ciclu de funcționare poate transmite două, patru sau opt blocuri de date, în funcție de modul stabilit lucru. Când este setat la modul de transfer paralel cu opt blocuri, acesta oferă o viteză de transfer maximă de 2112 MB/s.

1.2 Dispozitive de stocare externe

Spre deosebire de memoria cu acces aleatoriu, dispozitivele de stocare externe (ESD) au o cantitate mare de informații stocate și sunt nevolatile. Cele mai răspândite sunt unitățile de disc, care, în funcție de tipul de suport, pot fi împărțite în magnetice, optice și mixte.

Discuri magnetice Ei folosesc materiale magnetice cu proprietăți speciale care le permit să înregistreze două stări. Informațiile de pe discurile magnetice sunt scrise și citite de un cap magnetic, care se mișcă radial cu un pas fix, în timp ce discul însuși se rotește în jurul axei sale. Capul citește sau scrie informații situate pe un cerc concentric numit cale sau urmări. Fiecare pistă este împărțită în continuare într-un număr de secțiuni - sectoare. Un sector conține cel mai mic bloc de informații care poate fi scris sau citit de pe disc. Citirea și scrierea pe un disc se face în blocuri, motiv pentru care unitățile de disc sunt numite dispozitive bloc.

Structura fizică a discului determinat de numărul de piste și numărul de sectoare de pe fiecare pistă. Este setat la formatarea discului, care este realizat de programe speciale și trebuie făcut înainte de a utiliza discul pentru prima dată pentru a înregistra informații.

Pe lângă structura fizică a discului, se vorbește și despre structura logica. Structura logică este determinată sistem de fișiere, care este implementat pe disc și depinde de sistem de operare computerul pe care este utilizat acest disc.

Unități optice

CD-ul optic, care a fost propus în 1982 de Philips și Sony inițial pentru înregistrarea informațiilor audio, era ideal pentru înregistrarea unor cantități mari de informații digitale pe suporturi amovibile. Volumul de informații înregistrate pe un CD este de 600-700 MB. Avantajele includ ieftinitatea relativă, fiabilitatea și durabilitatea ridicată, insensibilitatea la poluare și efectele câmpurilor magnetice. La mijlocul anilor 90. au apărut dispozitive care sunt instalate direct pe un computer și permit înregistrarea o singură dată a informațiilor pe un CD. Pentru astfel de dispozitive sunt produse compact-discuri speciale, care se numesc CD-Recodable (CD-R).

Mai târziu, au apărut CD-uri cu capacitatea de a rescrie - CD-ReWritable (CD-RW).

Evoluțiile ulterioare în tehnologia de producție a CD-urilor au condus la crearea de discuri de înaltă densitate - Digital Versatile Disk (DVD). Volumul informațiilor înregistrate pe disc ajunge la 4,7 GB. O creștere suplimentară a volumului de informații este oferită de utilizarea DVD-urilor cu două fețe.

Memorie flash.

Dezavantajele memoriei pe disc includ prezența componentelor mecanice în mișcare care au fiabilitate scăzută și consum mare de energie la scriere și citire. Apariția unui număr mare de dispozitive digitale (playere MP3, camere foto și video digitale, calculatoare de buzunar) a necesitat dezvoltarea unor dispozitive de memorie externe miniaturale care au un consum redus de energie, o capacitate semnificativă și ar asigura compatibilitatea cu calculatoarele personale. Primele mostre industriale de astfel de memorie au apărut în 1994 și au fost numite memorie flash.

Memoria flash este un cip de memorie reprogramabil doar pentru citire (PROM) cu un număr nelimitat de cicluri de rescriere. Din punct de vedere structural, memoria flash este realizată sub forma unui bloc separat care conține un cip de memorie flash și un controler pentru conectarea la una dintre intrările standard ale computerului. Dimensiunile acestui bloc sunt 40 x 16 x 7 mm. Memorie flash folosită în altele dispozitive digitale, are dimensiuni și design diferite. În prezent, volumul memoriei flash ajunge la câțiva GB, vitezele de scriere și citire sunt de zeci de MB/s.

1.3 Dispozitive de intrare/ieșire a datelor

Terminale video

Terminale video sunt concepute pentru afișarea promptă a textului și a informațiilor grafice în scopul percepției vizuale de către utilizatorii săi. Terminalul video este format dintr-un monitor video (afișaj) și un controler video.

Următoarele tipuri de monitoare sunt utilizate pentru computere:

Bazat pe tub catodic (CRT);

Bazat pe display-uri cu cristale lichide (LCD - Liguid Crystal Display);

Monitoare cu plasmă (PDP - Plasma Display Panels);

Monitoare electroluminescente (FED - Field Emission Display);

Monitoare cu autoemisie (LEP - Light Emission Plastics).

Principalele caracteristici ale monitoarelor:

Monitorizați dimensiunea ecranului- este specificat de dimensiunea diagonalei în inci. PC-urile de acasă sunt echipate cu monitoare cu dimensiuni de 15 sau 17 inchi, iar pentru munca profesională care necesită afișarea unor detalii mici se folosesc monitoare cu dimensiuni de 21 și 22 inchi.

Rezoluţie- determinată de număr pixeli(puncte de lumină) orizontal și vertical. Valorile standard ale rezoluției monitoarelor moderne sunt următoarele: 800 x 600, 1024 x 768, 1800 x 1440, 2048 x 1536 etc. Valoarea rezoluției determină calitatea imaginii de pe ecran.

Rata de cadre de operare - determină viteza cu care se schimbă cadrele imaginii. Afectează oboseala ochilor atunci când lucrezi la un computer pentru o perioadă lungă de timp. Cu cât este mai mare rata de cadre, cu atât este mai mică oboseala ochilor. Rata cadrelor depinde în mare măsură de rezoluția ecranului: cu cât rezoluția este mai mare, cu atât este mai mică rata de cadre. De exemplu, cu o rezoluție de 800 x 600, rata maximă de cadre poate fi de 120 Hz și cu o rezoluție de 1600 x 1200 - 67 Hz. Rezoluția monitorului și calitatea imaginii sunt afectate de volum memorie video. Controlerele video moderne consumă 4 octeți de memorie pentru a stoca culoarea fiecărui pixel, ceea ce necesită un volum de memorie video de 32 până la 128 MB. Mai multă memorie video vă permite să setați un mod de rezoluție mai mare și mai multe culori pentru fiecare pixel.

Monitoare bazate pe CRT Acestea folosesc tuburi catodice, folosite la receptoarele de televiziune obișnuite, și un dispozitiv care formează puncte (pixeli) pe ecran. Pentru monitoarele color, culoarea punctului este creată de offset-ul acelor culori primare (roșu, verde și albastru) și depinde de intensitatea fiecărui fascicul de electroni. Un monitor color poate afișa până la 16 milioane de nuanțe în fiecare punct.

Monitoarele LCD sunt cu ecran plat. Aceste monitoare folosesc un lichid special, transparent, care cristalizează la anumite tensiuni ale câmpului electrostatic, modificându-și astfel transparența și indicele de refracție al razelor de lumină. Aceste efecte sunt folosite pentru a modela imaginea. Aceste monitoare au luminozitate mai bună și oferă posibilitatea de a privi ecranul chiar și cu o abatere de până la 45 de grade față de verticală.

ÎN monitoare cu plasmă Imaginea este formată din lumina eliberată de descărcarea de gaz în fiecare pixel al ecranului. Marile avantaje ale unor astfel de monitoare sunt luminozitatea și contrastul ridicat, lipsa de fluctuații a imaginii, precum și un unghi mare de abatere de la normal, la care imaginea își menține calitatea înaltă. Dezavantajele includ rezoluția încă insuficientă și o deteriorare destul de rapidă (cinci ani pentru utilizare la birou) a calității fosforului. Până acum, astfel de monitoare sunt folosite doar pentru conferințe și prezentări.

Monitoare electroluminiscente constau din două plăci cu conductoare transparente aplicate ortogonal acestora. Pe una dintre plăci este aplicat un strat de fosfor, care începe să strălucească atunci când conductorilor li se aplică tensiune în punctul de intersecție, formând un pixel.

Monitoarele auto-emisive folosesc o matrice de pixeli construită dintr-un material semiconductor care emite lumină atunci când i se aplică tensiune (LED). Astăzi există afișaje monocrome autoemițătoare cu o strălucire galbenă, dar sunt inferioare ca durată de viață față de monitoarele LCD. Avantajele unor astfel de monitoare sunt că oferă o vedere de 180 de grade, funcționează la tensiune joasă și sunt ușoare.

Dispozitive de intrare

Tastatura. O tastatură este un dispozitiv pentru introducerea manuală a informațiilor într-un computer. Tipurile moderne de tastaturi diferă în principal prin principiul generării unui semnal atunci când o tastă este apăsată.

Printre tipuri moderne tastaturile pot fi notate fără fir, în care informațiile sunt transferate către computer folosind un senzor de radiații infraroșii, similar panourilor de control pentru diverse aparate electrocasnice. Această tastatură vă permite să lucrați în orice loc convenabil pentru utilizator, fără a fi legat de locația unității de sistem. De asemenea, puteți observa că tastatura flexibilă din cauciuc, care funcționează silențios, este protejată de influențele distructive mecanice și chimice, este foarte subțire și poate fi rulată într-un cilindru.

Procesorul tastaturii, care procesează semnalele de la tastatură, determină numărul tastei care a fost apăsată, așa-numitul cod de scanare și programe de service Sistemul de operare determină ce caracter sau comandă a fost introdus. Această abordare vă permite să mapați mai mult de un caracter la fiecare tastă.

Manipulator tip mouse. Cele mai utilizate dispozitive suplimentare pentru introducerea manuală a informațiilor sunt dispozitivele de introducere grafică precum șoarecii și dispozitivele pentru introducerea informațiilor în programele de joc - joystick-urile.

Mouse-ul este un instrument necesar pentru lucrul cu un computer. Mouse-ul este un dispozitiv electronic-mecanic, aspect care şi principiul de funcţionare sunt foarte diverse. Cele mai populare tipuri de mouse folosite pe computerele desktop arată ca o cutie mică, deasupra căreia se află două butoane pentru controlul comenzilor mouse-ului și o rotiță de defilare, folosită pentru a derula informații în unele aplicații. Pe partea de jos există un mecanic sau dispozitiv electronic, care urmărește mișcarea mouse-ului pe o suprafață. În computerele laptop, mouse-ul este încorporat în corpul său și este un pad cu senzori care urmăresc mișcarea degetului pe pad și forța presiunii acestuia și mută cursorul pe ecran sau, dacă este apăsat mai tare, execută o comandă. Astfel de dispozitive se numesc puncte de urmărire sau trackpad-uri. Sunt produși șoareci care transmit informații către computer prin infraroșu. Astfel de șoareci nu au o „coadă” care să-l conecteze la computer, motiv pentru care și-a primit numele.

Joystick. Tipul manipulator este principalul dispozitiv pentru controlul a numeroase jocuri pe calculator. Cel mai simplu joystick este o bază cu un mâner atașat, pe care sunt patru butoane și un declanșator cu două poziții. Funcțiile tuturor butoanelor și pozițiilor mânerului sunt programabile și pot avea acțiuni diferite pentru diferite jocuri. Joystick-urile oferă un control mai mare asupra jocului și transmit mult mai complet situația reală a jocului. Pentru a conecta joystick-ul, utilizați o intrare standard, situată de obicei pe conectorul plăcii de sunet, sau o altă intrare standard pentru computer.

Dispozitive de imprimare

Există mai multe tipuri de dispozitive care oferă o copie pe hârtie document electronic pe hârtie sau alt material. Cele mai comune două tipuri de astfel de dispozitive sunt imprimantele și plotterele.

Dispozitive de imprimare (imprimante) concepute pentru afișarea informațiilor pe hârtie. Toate imprimantele pot scoate informații text, multe pot scoate și imagini și grafice, iar unele imprimante pot scoate imagini color. Există câteva mii de modele de imprimante care pot fi utilizate cu PC-ul IBM. De regulă, se folosesc următoarele tipuri de imprimante: matrice, cu jet de cerneală și laser, dar există și altele (LED, imprimante termice etc.).

Principala caracteristică a unei imprimante care determină calitatea unui document de hârtie este rezoluția, măsurată prin numărul de puncte elementare care se potrivesc pe un inch. Cu cât rezoluția este mai mare, cu atât detaliile imaginii sunt reproduse mai precis. Imprimantele moderne oferă rezoluții de la 200 la 2880 dpi.

O altă caracteristică importantă este productivitatea imprimantei, care se măsoară prin numărul de pagini produse de imprimantă pe minut. De obicei, performanța este indicată pentru paginile de dimensiune A4.

Ploteri. Plotterele, sau plotterele, sunt folosite în principal pentru a afișa informații grafice - desene, diagrame etc. Principalul avantaj este că sunt concepute pentru a produce imagini pe hârtie de format mare, de exemplu, A1.

Ploterele sunt împărțite în două clase mari: vector și raster. În plotterele vectoriale, unitatea de scriere se mișcă față de hârtie simultan pe verticală și pe orizontală, desenând curbe continue pe hârtie în orice direcție. În imaginile raster, unitatea de scriere se mișcă în raport cu hârtie într-o singură direcție. Imaginea este formată linie cu linie dintr-o succesiune de puncte.

Ploterele vectoriale folosesc un nod numit stilou pentru a desena. Ca pix, se folosesc pixuri cu cerneală, fibre și tije din plastic (pixuri), mine de creion și creioane colorate sau unități cu acțiune simplă și multiplă. Ploterele cu stilou oferă imagini de înaltă calitate, dar au viteză redusă de operare. Treptat, unitățile de pix și plotter cu bile sunt înlocuite cu unități cu jet de cerneală, similare cu cele ale imprimantelor cu jet de cerneală.

Ploterele raster pot avea o unitate de scriere cu jet de cerneală sau laser. Principala lor diferență față de imprimantele cu un principiu de funcționare similar este lățimea imaginii procesate.

Scanere.

Scanerele sunt cele mai comune dispozitive pentru rezolvarea problemei conversiei documentelor pe hârtie în copii electronice. Ele pot fi clasificate după o serie de caracteristici. În primul rând, scanerele vin în alb-negru și color.

O caracteristică importantă a scanerelor este rezoluția, măsurată prin numărul de puncte distincte pe inch dintr-o imagine și variază de la 75 la 1600 dpi. Pentru recunoașterea normală a imaginilor, în special a textelor, 300-600 dpi este suficient. Rezoluția trebuie selectată individual pentru fiecare utilizare specifică a imaginii scanate.

Creșterea rezoluției crește dramatic dimensiunea fișierului.

Din punct de vedere structural, scanerele sunt împărțite în trei tipuri: de mână, cu plat și role.

1.4 Controlere periferice

Pentru a controla funcționarea dispozitivelor în calculatoare, se folosesc circuite electronice - controlorii.

Un controler este un dispozitiv electronic conceput pentru a conecta dispozitive periferice cu diferite principii de funcționare, interfețe și design la coloana vertebrală a computerului.

Termenul „controller” este foarte apropiat ca înțeles de un alt termen - „adaptor”. Scopul ambelor este același, dar controlerul este ceva mai complicat: „implica o anumită activitate - capacitatea de a acționa independent după primirea comenzilor de la programul care îl servește Un controler complex poate avea și propriul procesor.” la nivelul utilizatorului obișnuit, aceste concepte sunt practic imposibil de distins și pot fi considerate sinonime.

Un alt dispozitiv similar este coprocesorul. Coprocesoarele „ajută” procesorul principal (central), care execută programul, să implementeze funcții specifice complexe. Un exemplu este un coprocesor grafic care realizează construcția geometrică și prelucrarea imaginilor grafice poate fi considerat un controler grafic. Se află oarecum depărtat coprocesorul matematic, care își îndeplinește funcțiile „singur”, fără a controla niciun dispozitiv extern.

Toate dispozitivele de mai sus servesc la reducerea sarcinii procesorului central și la creșterea performanței generale a sistemului. Valoarea controlerelor este că eliberează procesorul de cele mai lente funcții I/O. Ideile de utilizare a circuitelor inteligente specializate pentru a descărca procesorul central au fost introduse încă din a treia generație de calculatoare în calculatoare mari cu utilizare în comun IBM-36O (în URSS această familie de mașini este cunoscută ca „analogic” sub numele de calculatoare ES ). În a patra generație, a apărut capacitatea tehnologică de a asambla circuite de control într-un singur cip și au apărut microcontrolere.

Controlerul include de obicei: propriul microprocesor, RAM, ROM, registre dispozitive externe(prin intermediul acestora controlerul interacționează cu procesorul central), circuite tampon (potrivire). Într-un anumit sens, un controler complex este un computer specializat simplificat.

Pentru ca un PC să funcționeze, trebuie să aibă programe și date în memoria RAM. Ei intră în OP de la diverse dispozitive - tastaturi, discuri etc. De obicei, aceste dispozitive sunt numite externe, deși unele dintre ele sunt situate în interiorul unității de sistem. Rezultatele execuției programului sunt transmise și către dispozitive externe - monitor, discuri, imprimantă. Astfel, pentru ca PC-ul să funcționeze, este necesar schimbul de informații între sistemul de operare și dispozitivele externe. Acest schimb se numește intrare/ieșire. Există două link-uri pentru asta.

1. Pentru fiecare dispozitiv extern, PC-ul are circuit electronic care o controlează. Acest circuit se numește controler sau adaptor.

2. Toate controlerele interacționează cu MP și RAM prin linia de transmisie a datelor de sistem, care se numește magistrală. Toate componentele PC-ului sunt conectate la magistrală folosind conectori de extindere a sistemului - sloturi.

1.5 Principii de conectare a dispozitivelor periferice

Toate dispozitivele periferice sunt conectate numai la unitatea de sistem. Pentru muncă dispozitiv specific Ca parte a unui anumit kit PC trebuie să aveți:

1. Controler (adaptor) - o placă specială care controlează funcționarea unui anumit dispozitiv periferic. De exemplu, controler pentru tastatură, controler pentru mouse, adaptor pentru monitor, porturi etc.

2. Driver - software special care controlează funcționarea unui anumit dispozitiv periferic. De exemplu, driverul de tastatură, driverul de imprimantă etc.

Se folosesc diverse dispozitive moduri diferite conexiuni la controlere:

· unele dispozitive (unitate de dischetă, tastatură etc.) sunt conectate la controlere standard incluse în computer (integrate sau încorporate în placa de bază);

· unele dispozitive (plăci de sunet, multe modemuri fax etc.) sunt proiectate ca plăci electronice, adică sunt montate pe aceeași placă cu controlerul lor;

· unele dispozitive folosesc următoarea metodă de conectare: o placă electronică (controller) este introdusă în unitatea de sistem a computerului, sef de munca dispozitive, iar dispozitivul în sine este conectat la această placă cu un cablu;

· Astăzi, majoritatea dispozitivelor externe sunt conectate la un computer printr-un port USB.

Plăcile de control sunt introduse în conectori (sloturi) speciali de pe placa de bază a computerului.

Prin adăugarea și înlocuirea cardurilor de controler, utilizatorul poate modifica computerul, extinzându-i capacitățile și personalizându-l pentru a se potrivi nevoilor sale. De exemplu, un utilizator poate adăuga un modem fax, o placă de sunet, o placă de recepție TV etc. la computer.

Un tip de controler care este prezent în aproape fiecare computer este un controler de port I/O. Adesea, acest controler este integrat în placa de baza. Controlerul portului I/O este conectat prin cabluri la conectorii din spatele computerului, prin care sunt conectate la computer o imprimantă, un mouse și alte dispozitive.

Pe lângă controlerele de porturi I/O, unitatea de sistem conține conectori de magistrală USB - o magistrală serial universală, la care puteți conecta o tastatură, un mouse, o imprimantă, un modem, o unitate CD, un scanner etc. Principala cerință este capacitatea de a conectați un dispozitiv la această magistrală. O caracteristică specială a magistralei USB este capacitatea de a conecta dispozitive la acesta în timp ce computerul funcționează (fără a-l opri).

Spre deosebire de componentele interne, nu este nevoie să deschideți carcasa pentru a instala periferice.

2. Modele pentru rezolvarea problemelor funcţionale şi de calcul. Clasificarea tipurilor de modelare. Modele matematice. Modele de informare. Conceptul de algoritm și proprietățile acestuia. Metode de descriere a algoritmilor. Construcții algoritmice de bază

2.1 Clasificarea modelelor. Modele matematice

În funcție de natura proceselor studiate în sistem și de scopul modelării, există multe tipuri de modele și modalități de clasificare a acestora, de exemplu, după scopul utilizării, prezența unor influențe aleatorii, relația cu timpul, fezabilitatea implementării. , domeniul de aplicare etc. (Tabel).

Clasificarea tipurilor de modele

Prin metoda de reflectare a proprietăților obiectului (dacă este posibilă implementare)

utilizare

In functie de disponibilitate

impact asupra sistemului

atitudine

de timp

aplicatii

Real (natural, fizic).

Mental (vizual, simbolic, matematic).

Informaţii

Experiment științific.

Testare cuprinzătoare și experiment de producție.

Modele de optimizare

Determinist.

Stochastic

Static.

Dinamic (discret, continuu)

Universal.

Specializat

Conform metodei de reflectare a proprietăților unui obiect (dacă este posibil), modelele sunt clasificate în subiect(real, material) și abstract(mental, informațional – în sens larg). Într-un sens restrâns, modelele informaționale sunt înțelese ca modele abstracte care implementează procese informaționale (apariția, transmiterea, prelucrarea și utilizarea informațiilor) pe un computer.

Modelele de subiecte sunt reprezentate de obiecte reale care reproduc proprietățile geometrice, fizice și de altă natură ale sistemelor simulate sub formă materială (glob, manechin, model, manechin, cadru etc.).

Modelele reale sunt împărțite pe scară completă (efectuarea cercetării asupra unui obiect real și prelucrarea ulterioară a rezultatelor experimentale folosind teoria similitudinii) și fizice (efectuarea cercetărilor asupra instalațiilor cu procese similare celei studiate, care păstrează natura fenomenului). și au o asemănare fizică).

Modelele abstracte fac posibilă reprezentarea sistemelor greu sau imposibil de modelat realist, în formă figurativă sau simbolică. Modelele figurative sau vizuale (desene, fotografii) sunt imagini vizuale vizuale înregistrate pe un suport de stocare a materialelor (hârtie, film).

Modelele de semne sau simbolice reprezintă proprietățile și relațiile de bază ale obiectului modelat folosind diverse limbi (sisteme de semne), de exemplu, hărțile geografice. Modele verbale - text - folosesc limbajul natural pentru a descrie obiecte. De exemplu, reguli de circulație, instrucțiuni pentru dispozitiv.

Modele matematice - clasa larga modele iconice, folosind metode matematice de reprezentare (formule, dependențe) și obținerea caracteristicilor studiate ale unui obiect real.

Să numim câteva tipuri de modele matematice:

Descriptiv(descriptiv) - enunţă starea de fapt, fără posibilitatea de a influenţa obiectul modelat.

Optimizare- face posibilă selectarea parametrilor de control. Jocuri- studiul metodelor de luare a deciziilor în condiţii de informare incompletă.

Imitaţie- imita procesul real.

În funcție de scopul utilizării, modelele sunt clasificate în experiment științific, în care modelul este studiat folosind diverse mijloace obținerea de date despre un obiect, posibilitatea de a influența cursul unui proces pentru a obține date noi despre un obiect sau fenomen; teste cuprinzătoare Şi experiment de producție, folosind testarea la scară completă a unui obiect fizic pentru a obține o încredere ridicată în caracteristicile acestuia; optimizare legate de găsirea indicatorilor optimi de sistem (de exemplu, găsirea costuri minime sau determinarea profitului maxim).

Pe baza prezenței influențelor aleatorii asupra sistemului, modelele sunt împărțite în determinist(nu există influențe aleatorii în sisteme) și stocastică(sistemele conțin influențe probabilistice). Unii autori clasifică aceleași modele după metoda de estimare a parametrilor sistemului: în sistemele deterministe, parametrii modelului sunt estimați printr-un indicator pentru valori specifice datele lor sursă; în sistemele stocastice, prezența caracteristicilor probabilistice ale datelor inițiale face posibilă evaluarea parametrilor sistemului folosind mai mulți indicatori.

În raport cu timpul, modelele sunt împărțite în static, descriind sistemul la un anumit moment în timp și dinamic, având în vedere comportamentul sistemului în timp. La rândul lor, modelele dinamice sunt împărțite în discret, în care toate evenimentele au loc la intervale de timp și continuu, unde toate evenimentele au loc continuu în timp.

În funcție de domeniul de aplicare, modelele sunt împărțite în universal, destinat utilizării de către multe sisteme și specializate, creat pentru a studia un anumit sistem.

2.2 Modele de informare

Modelele informaționale se bazează în multe cazuri pe modele matematice, deoarece atunci când rezolvă probleme model matematic obiectul, procesul sau fenomenul studiat este inevitabil convertit în informații pentru implementarea lui pe un computer. Să definim conceptele de bază ale modelului informațional.

Obiect informativ este o descriere a unui obiect, proces sau fenomen real sub forma unui set de caracteristici ale acestuia (elemente informaționale), numit detalii. Se formează un obiect informațional cu o anumită structură (compoziția necesară). tip (clasa), căruia i se atribuie un unic Nume. Se numește un obiect informațional cu caracteristici specifice copie. Fiecare instanță este identificată printr-un loc de muncă detalii cheie (cheie). Aceleași detalii în diferite obiecte informaționale pot fi atât cheie, cât și descriptive. Un obiect de informare poate avea mai multe chei.

2.3 Conceptul algoritmului și proprietățile acestuia

„Algoritmul” este conceptul fundamental de bază al informaticii, iar algoritmizarea și programarea sunt secțiunea principală a cursului de informatică (nucleul cursului). Conceptul de algoritm, ca și conceptul de informație, este dat de multe definiții diferite - de la „naiv-intuitiv” („un algoritm este un plan pentru rezolvarea unei probleme”) la „strict formalizat” (algoritmi Markov normali). Conceptul de algoritm, care este fundamental în matematică și informatică, a apărut cu mult înainte de apariția tehnologiei computerelor.

Termenul „algoritm (algoritm)” a apărut în Evul Mediu, când europenii s-au familiarizat cu metodele de efectuare a operațiilor aritmetice în sistemul numeric zecimal din cartea matematicianului uzbec Abu Jafar Muhammad ibn Musa al-Khwarizmi (783-850) „Aritmetica în numere hinduse”, care a primit faimă largă. Cuvântul „algoritm” este rezultatul pronunțării europene a cuvintelor „al-Khorezmi” („al-Khorezmi” este o persoană din orașul Khorezmi; în prezent, orașul Khiva din regiunea Khorezm din Uzbekistan).

Nu există o singură definiție a conceptului de algoritm. Inițial, un algoritm a fost înțeles ca o modalitate de a efectua operații aritmetice pe numere zecimale. Ulterior, un algoritm a început să fie numit prescripție precisă care definește o procedură care asigură obținerea rezultatului cerut din datele inițiale într-un număr finit de pași.

Un algoritm (conform lui D. E. Knuth) este un set finit de reguli care determină succesiunea operațiilor pentru rezolvarea unui set specific de probleme și are cinci caracteristici importante: finitate, certitudine, intrare, ieșire, eficiență.

Un algoritm (după A. N. Kolmogorov) este un sistem de calcule efectuate după reguli strict definite, care după un anumit număr de pași duce în mod evident la rezolvarea problemei.

Un algoritm (conform lui A. A. Markov) este o prescripție exactă care definește un proces de calcul care merge de la variația datelor inițiale la rezultatul dorit.

Algoritmul poate fi proiectat pentru a fi executat de un om sau de un dispozitiv automat.

În raport cu un computer, un algoritm definește un proces de calcul care începe cu prelucrarea unui anumit set de date inițiale posibile și are ca scop obținerea de rezultate determinate de aceste date inițiale. Termenul „proces de calcul” se extinde și la prelucrarea altor tipuri de informații, de exemplu, simbolice, grafice sau audio.

Algoritmul trebuie să aibă următoarele proprietăți:

? discretie;

? caracter de masă;

? certitudine;

? eficacitate;

? formalitate.

Discretenie (discontinuitate, separare). Fiecare algoritm constă din acțiuni separate finalizate, de ex. este împărțit în trepte.

Caracter de masă - aplicabilitatea algoritmului la toate problemele unei anumite clase care diferă doar în datele inițiale. În acest caz, datele inițiale pot fi selectate dintr-o anumită zonă, care se numește zona de aplicabilitate a algoritmului.

Certitudine(determinism, acuratețe) - o proprietate a unui algoritm, care indică faptul că fiecare pas al algoritmului trebuie să fie strict definit și nu ar trebui să permită arbitrariul în interpretare. Ordinea în care sunt executați pașii individuali trebuie, de asemenea, strict definită. Datorită acestei proprietăți, execuția repetată a algoritmului cu aceleași date inițiale dă același rezultat.

Eficienţă(finititudine) - o proprietate constând în faptul că orice algoritm trebuie să conducă la rezolvarea corectă a problemei într-un număr finit (poate foarte mare) de pași, sau să dea un semnal care acest algoritm inaplicabil pentru rezolvarea problemei în cauză.

Formalitate - această proprietate indică faptul că orice executant care nu este familiarizat cu conținutul algoritmului, dar este capabil să perceapă și să execute instrucțiunile algoritmului, acționând în mod formal, i.e. fiind distras de la conținutul sarcinii la îndemână și doar respectând cu strictețe instrucțiunile, obține rezultatul dorit. Dezvoltatorul algoritmului trebuie să se gândească la ce acțiuni și în ce secvență trebuie efectuate, iar executantul în mod formal (fără să se gândească, mecanic) execută comenzile propuse una câte una și obține rezultatul dorit.

2.4 Modalități de a descrie algoritmi

Următoarele metode de descriere a algoritmilor sunt utilizate în prezent:

Descrierea verbală și prin formulare a algoritmului;

Pseudocod;

Metoda tabelară;

Limbaje de programare (program);

Metoda grafică (diagrama bloc).

Descrierea verbală și prin formulare a algoritmului reprezintă structura algoritmului și conținutul acțiunilor efectuate folosind limbajul natural. Avantajele acestei metode: accesibilitate generală, capacitatea de a descrie algoritmul cu orice grad de detaliu. Dezavantajul acestei metode este verbozitatea, claritatea slabă, greutatea și posibila ambiguitate a interpretării.

Pseudocod- descrierea structurii algoritmului într-un limbaj natural, parțial formalizat, care să permită identificarea principalelor etape ale rezolvării unei probleme înainte de a o scrie exact într-un limbaj de programare. Pseudocodul folosește unele constructe formale și simboluri matematice comune. Nu există reguli de sintaxă stricte pentru scrierea pseudocodului. Acest lucru facilitează scrierea algoritmului în timpul proiectării și vă permite să descrieți algoritmul folosind orice set de comenzi. Cu toate acestea, pseudocodul utilizează de obicei unele dintre constructele inerente limbajelor formale, ceea ce facilitează trecerea de la pseudocod la scrierea unui algoritm într-un limbaj de programare. Nu există o definiție unică sau formală a pseudocodului, așa că sunt posibile diverse pseudocoduri, care diferă în setul de cuvinte și structuri utilizate.

Mod grafic de prezentare a algoritmilor (diagrama bloc)- are o serie de avantaje datorită vizualității și expunerii explicite a procesului de rezolvare a problemei. Se numesc algoritmi prezentați grafic algoritmi vizuali.

La proiectarea algoritmilor vizuali, se folosesc simboluri grafice speciale. Rezultatul algoritmizării soluției problemei este o diagramă bloc a algoritmului, constând dintr-o anumită secvență de blocuri grafice conectate prin linii de control (direcții de flux) cu săgeți. Blocurile înregistrează o secvență de acțiuni. Blocurile pot fi numerotate. Numerele de serie sunt plasate în partea stângă în partea de sus a caracterelor. În cadrul aceleiași diagrame, se recomandă reprezentarea blocurilor de aceeași dimensiune. Pentru reprezentarea vizuală a algoritmilor, simbolurile sunt de obicei utilizate în conformitate cu GOST 19.701-90 „Sistem unificat de documentație a programului. Scheme de algoritmi, programe, date și sisteme. Legendăși reguli de execuție”

Regulile generale pentru proiectarea circuitelor sunt următoarele:

1. Fiecare diagramă trebuie să înceapă și să se termine cu simboluri care indică începutul și sfârșitul algoritmului. Algoritmul trebuie să aibă un singur caracter de început și un caracter de final.

2. La începutul algoritmului trebuie să existe simboluri pentru introducerea valorilor datelor de intrare.

3. Introducerea valorilor datelor de intrare poate fi urmată de procesarea simbolurilor și a simbolurilor de condiție.

4. La sfârșitul algoritmului ar trebui să existe simboluri pentru afișarea valorilor datelor de ieșire.

Descrierile algoritmului sub formă verbală, pseudocod sau sub formă de diagramă de flux permit un anumit arbitrar în reprezentarea comenzilor. În același timp, oricare dintre aceste forme permite unei persoane să înțeleagă esența problemei și să execute algoritmul. În practică, calculatoarele acționează ca executanți ai algoritmilor. Prin urmare, un algoritm destinat execuției pe un computer trebuie să fie scris într-un limbaj „înțeles” pentru acesta, se numește limbaj; programare. Se numește un algoritm scris într-un limbaj de programare program. În acest caz, algoritmul este reprezentat ca o secvență de operatori de limbaj programare.

2.5 Structuri de control de bază ale algoritmilor (structuri algoritmice de bază)

Metoda de algoritmizare structurală. Se bazează această metodă pe o reprezentare vizuală a algoritmului ca o secvență de elemente structurale de control? structuri de management. Principiul algoritmizării structurale este asta Structura logică a oricărui program poate fi exprimată printr-o combinație a următoarelor structuri de bază:

1) Compoziție (urmează);

2) Alternativă (ramificare);

3) Iterație (ciclu).

Diagrama bloc ? alcătuirea structurilor algoritmice de bază.

Alternativă, sau ramificare este o construcție ramificată care are un vârf de predicat.

Repetare sau cicluri este un design ciclic al unui algoritm constând dintr-o compoziție și o alternativă.

Structura algoritmică (structură de control de bază) „Iterație sau ciclu” poate fi prezentată în două forme: cu o precondiție și cu o postcondiție.

Oalgoritmi de structură liniară-algoritmii liniari presupun executarea secventiala a actiunilor in ordinea specificata de schema, fara a le repeta sau a sari peste unele actiuni. Algoritmul de structură liniară este reprezentat ca o secvență liniară de blocuri conectate între ele. Această ordine de acțiuni se numește naturală. Prin urmare, în diagramele algoritmilor de structură liniară nu există un bloc „Soluție”.

Algoritmi de ramificare a structurii - spre deosebire de liniar algoritmi în care comenzile sunt executate secvenţial una după alta, în ramificare algoritmii includ o condiție, în funcție de îndeplinirea sau neîndeplinirea căreia se execută o anumită secvență de operații, grupuri de operații sau o structură de control de bază. Fiecare astfel de secvență de acțiuni este numită ramură algoritm.

Astfel, algoritmul structurii de ramificare conține doar structurile Follow și Branch.

Algoritmi ciclici structurile sunt cel mai comun tip de algoritm. În algoritmii cu structură ciclică, în funcție de îndeplinirea sau neîndeplinirea oricărei condiții, se realizează o secvență repetată de acțiuni, numită ciclul corpuluila.

Partea practică

Sarcina 1

Convertiți un număr dintr-un sistem numeric în altul:

462 > Roman p. sch.

Rezolvare: 462=400+60+2=(D-C)+(L+X)+(I+I)=CDLXII

Răspuns: CDLXII

Sarcina 2

Faceți tabele de adevăr pentru expresiile logice:

Soluţie:

1. Această funcție conține două variabile logice: ¬A, B

2. Rânduri din tabel: 2 2 =4+1=5

3. Aranjam ordinea actiunilor: 1) ¬A; 2) ¬B: 3) (¬A /\ B); 4) (A/\¬B);

5) (¬A /\ B) \/(A/\¬B)

						(¬A /\ B) \/(A/\¬B)

Sarcina 3

Diagrama arată drumurile dintre aşezări Sunt indicate A, B, C, D, E, F și lungimile drumurilor. (Lipsa unui număr în tabel înseamnă că nu există un drum direct între puncte). Determinați lungimea celei mai scurte căi dintre punctele A și F (cu condiția să puteți călători doar pe drumurile indicate pe diagramă).

Sarcina 4

Tabelul prezintă interogări către serverul de căutare. Aranjați simbolurile de interogare în ordinea crescătoare a numărului de pagini pe care motorul de căutare le va găsi pentru fiecare interogare.

Pentru a indica operația logică „SAU” în interogare, utilizați simbolul „|”, iar pentru operația logică „ȘI” - „&”. Specificați numărul minim de pagini (în mii) găsite pentru interogare.

Răspuns: C;B:A;D, număr de pagini 99 mii.

Sarcina 5

Calculați rezultatul următorului program. Textul programului este furnizat în trei limbaje de programare

Sarcina 6

Tabelul Dat stochează numere întregi pozitive sau negative. Determinați ce va fi tipărit ca rezultat al execuției următorul algoritm, înregistrat în trei limbi.

Literatură

1. Informatica: manual. / B.V. Sobol, A.B. Galin, Yu.V. Panov și alții - ed. a 5-a. - Rostov n/d: Phoenix, 2010. - 446 p.

2. Informatica. Curs de bază: manual. manuale pentru colegii / ed. S. V. Simonovici. - Ed. a 3-a. - Sankt Petersburg: Peter, 2013. - 638 p.

Postat pe Allbest.ru

...

Documente similare

Compoziția și justificarea selecției componentelor computerelor personale (procesor, placă de bază, componente și periferice), cerințe pentru acestea și caracteristici. Schema bloc a unui computer, software-ul acestuia și calculul costurilor.

test, adaugat 02.12.2015

Aspectul pieselor computerului și conexiunile dintre ele. Conceptul arhitecturii computerelor personale, principiile von Neumann. Scop, funcții de bază software, program executabil. Tipuri, scop, funcții, specificul dispozitivelor periferice.

test, adaugat 23.09.2009

Configurarea unui computer personal pentru Forțele Armate Federația Rusăși justificarea alegerii componentelor pentru aceasta. Analiza caracteristicilor componentelor: procesor, placa de baza, placa video, hard disk si dispozitive periferice.

lucrare curs, adaugat 16.07.2013

Conceptul arhitecturii computerelor personale, aspectul părților computerului și conexiunile dintre acestea. Componentele unei unități de sistem PC. Funcțiile procesorului central, plăcii de bază, memoriei cu acces aleatoriu, plăcii video și hard disk.

rezumat, adăugat 28.01.2014

Arhitectura computerelor personale, funcționale și specificatii tehnice dispozitivele lui. Componentele plăcii de bază, structura procesorului, tipurile de memorie. Principiile de funcționare a procesorului și accesul la date. Modalități de dezvoltare a computerului personal.

lucru curs, adăugat 02.11.2011

Arhitectura unui computer personal modern. Tipuri și caracteristici ale dispozitivelor computerizate centrale și externe. Diagramele structurale și funcționale ale unui computer personal. Dispozitive pentru introducerea de informații în unitatea de sistem și pentru afișarea informațiilor.

lucrare de curs, adăugată 18.01.2012

Structura unui computer personal. Informații generale despre dispozitivele periferice ale computerului. Lucrul cu unități de disc pentru a stoca informații pe dischete și hard disk discuri magnetice. Dispozitive pentru citirea CD-urilor. Opțiuni de design pentru mouse.

rezumat, adăugat la 01.10.2016

Esența informatizării globale și prevalența ei în stadiul actual. Principalele caracteristici ale unui computer personal și cerințele pentru acesta, principalele criterii de selecție și evaluarea sortimentului. Procedura de selectare a configurației unui computer personal.

rezumat, adăugat 31.10.2010

Tipuri de sisteme de răcire (CO) pentru un computer personal (PC). Principalele caracteristici ale CO tipice, măsuri de prevenire a problemelor. Organizarea fluxurilor de aer în carcasa PC. Revizuirea și testarea SB pentru procesor, metode de testare de bază.

lucrare curs, adaugat 19.06.2011

Schema schematică a unui computer personal modern. Scurtă descriere principalele componente ale unui PC: procesor, module de memorie RAM (internă) și pe termen lung (externă), dispozitive de intrare și ieșire pentru informațiile utilizatorului.

3. Prelegere. Arhitectura computerelor moderne de înaltă performanță. Structura funcțională a unui computer. Concepte de bază de operare. Software de calculator. Bazele algoritmizării.

1. Dispozitiv de intrare
2. Bloc de memorie
3. Unitate logică aritmetică
4. Bloc de ieșire
5. Unitate de control
Concepte de bază de operare
Structura autobuzului
Software
1. Etape de pregătire și rezolvare a problemelor pe calculator
2. Algoritmi și metode de descriere a acestora

Structura funcțională a unui computer

După cum rezultă din Fig. 3.1, computerul este format din cinci părți principale, independente funcțional:

dispozitiv de intrare,

dispozitiv de memorie,

unitate aritmetică logică,

Dispozitiv de ieșire și

Dispozitiv de control.

Dispozitivul de intrare primește informații codificate prin linii digitale de comunicație de la operatori, dispozitive electromecanice precum tastaturi sau de la alte computere din rețea. Informațiile obținute fie sunt stocate în memoria computerului pentru utilizare ulterioară, fie sunt imediat folosite de circuitele aritmetice și logice pentru a efectua operațiile necesare. Secvența pașilor de procesare este determinată de programul stocat în memorie. Rezultatele obținute sunt trimise înapoi în lumea exterioară printr-un dispozitiv de ieșire. Toate aceste acțiuni sunt coordonate de unitatea de control. În fig. 3.1. conexiunile dintre dispozitivele funcționale nu sunt afișate intenționat. Acest lucru se explică prin faptul că astfel de conexiuni pot fi implementate în moduri diferite. Cum mai exact, vei înțelege puțin mai târziu. Circuitele aritmetice și logice împreună cu circuitele principale de control se numesc procesor, iar toate echipamentele de intrare și ieșire luate împreună sunt adesea numite unitate de intrare-ieșire.

Acestea controlează transferul de informații în interiorul computerului, precum și între computer și dispozitivele sale de intrare/ieșire;

Determinați operațiile aritmetice și logice de efectuat.

O listă de comenzi care îndeplinesc anumite sarcini se numește program. De obicei, programele sunt stocate în memorie. Procesorul preia pe rând instrucțiunile programului din memorie și implementează operațiunile pe care le definesc. Computerul este controlat complet de un program stocat , excluzând posibilitatea intervenției externe a operatorului și a dispozitivelor de intrare/ieșire conectate la mașină.

Datele sunt numere și caractere codificate utilizate ca operanzi ai instrucțiunilor. Cu toate acestea, termenul „date” este adesea folosit pentru a se referi la orice informație digitală. Conform acestei definiții, programul în sine (adică lista de instrucțiuni) poate fi considerat și date dacă este procesat de un alt program. Un exemplu de procesare de către un program de către altul este compilarea unui program sursă scris într-un limbaj de nivel înalt într-o listă de instrucțiuni de mașină care alcătuiesc un program în limbaj de mașină numit program obiect. Programul sursă este introdus în compilator, care îl traduce într-un program în limbaj mașină.

Orez. 3.1. Dispozitivele funcționale de bază ale unui computer

Informațiile destinate a fi procesate de un computer trebuie să fie codificate pentru a fi într-un format potrivit pentru computer. Majoritatea hardware-ului modern se bazează pe circuite digitale care au doar două stări stabile, ON și OFF (vezi Lectura 2). Codificarea convertește orice număr, simbol sau instrucțiune într-un șir de cifre binare numite biți, fiecare dintre ele având una dintre cele două valori posibile: 0 sau 1. Pentru a reprezenta numere (după cum veți vedea în capitolul 4), notația binară pozițională este folosit în mod obișnuit. Uneori este folosit formatul Binary-Coded Decimal (BCD), în care fiecare cifră zecimală este codificată separat folosind patru biți.

Literele și numerele sunt, de asemenea, reprezentate folosind coduri binare. Pentru ei au fost dezvoltate mai multe scheme de codare diferite. Cele mai comune scheme sunt ASCII (American Standard Code for Information Interchange), unde fiecare caracter este reprezentat printr-un cod de 7 biți și EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code), care folosește 8 biți pentru a codifica un caracter.

3.1.1. Dispozitiv de intrare

3.1.2. Bloc de memorie

3.1.3. Unitate logică aritmetică

Majoritatea operațiunilor computerizate sunt efectuate în unitatea logică aritmetică (ALU) a procesorului. Să ne uităm la un exemplu tipic. Să presupunem că trebuie să adăugăm două numere în memorie. Aceste numere sunt trimise procesorului, unde ALU-ul efectuează adăugarea lor. Cantitatea rezultată poate fi stocată în memorie sau lăsată în procesor pentru utilizare imediată.

Orice altă operație aritmetică sau logică, inclusiv înmulțirea, împărțirea și compararea numerelor, începe prin a trimite acele numere către procesor, unde ALU trebuie să efectueze operația corespunzătoare. Când operanzii sunt transferați la procesor, aceștia sunt stocați în elemente de memorie de mare viteză numite registre. Fiecare registru poate stoca un cuvânt de date. Timpul de acces la registrele procesorului este chiar mai mic decât timpul de acces la cea mai rapidă memorie cache.

Dispozitivele de control și logica aritmetică funcționează de multe ori mai rapid decât toate celelalte dispozitive conectate la sistemul informatic. Acest lucru permite unui singur procesor să controleze multe dispozitive externe, cum ar fi tastaturi, afișaje, discuri magnetice și optice, senzori și comenzi mecanice.

3.1.4. Bloc de ieșire

Funcția blocului de ieșire este opusă celei a blocului de intrare: trimite rezultatele procesării către așa-numita lume exterioară. Un exemplu tipic de dispozitiv de ieșire este o imprimantă. Pentru a imprima, imprimantele folosesc mecanisme de impact, capete cu jet de cerneală sau tehnologii de fotocopiere, cum ar fi imprimante laser. Există imprimante care pot imprima până la 10.000 de linii pe minut. Aceasta este o viteză uriașă pentru un dispozitiv mecanic, dar în comparație cu viteza procesorului este neglijabilă.

Unele dispozitive, și în special afișajele grafice, efectuează atât funcții de ieșire, cât și de intrare. De aceea sunt numite dispozitive de intrare/ieșire.

3.1.5. Unitate de control

Dispozitivele de memorie, aritmetică și logică, de intrare și de ieșire stochează și procesează informații și, de asemenea, efectuează operațiuni de intrare și ieșire. Funcționarea unor astfel de dispozitive trebuie să fie într-un fel coordonată. Exact asta face unitatea de control. Acesta, ca să spunem așa, este centrul nervos al computerului, transmite semnale de control către alte dispozitive și monitorizează starea acestora.

Operațiile I/O sunt controlate de comenzi de program care identifică dispozitivele I/O corespunzătoare și datele transferate. Cu toate acestea, semnalele de sincronizare reale care controlează redirecționarea sunt generate de circuitele de control. Semnalele de sincronizare sunt semnale care determină când să se execute această acțiune. În plus, datele sunt transferate între procesor și memorie prin semnale de sincronizare generate de unitatea de control. Unitatea de control poate fi considerată ca dispozitiv separat, interacționând cu alte părți ale mașinii. Dar în practică acest lucru se întâmplă rar. Cele mai multe dintre circuitele de control sunt distribuite fizic locuri diferite calculator. Semnalele utilizate pentru sincronizarea evenimentelor și acțiunilor tuturor dispozitivelor sunt transmise prin mai multe linii de control (fir). În general, funcționarea unui computer poate fi descrisă după cum urmează:

Calculatorul, folosind o unitate de intrare, primește informații sub formă de programe și date și le scrie în memorie.
Informațiile stocate în memorie, sub controlul programului, sunt trimise către unitatea aritmetică-logică pentru procesare ulterioară.
Datele obținute ca urmare a prelucrării informațiilor sunt trimise către dispozitivele de ieșire.
Unitatea de control este responsabilă pentru toate acțiunile efectuate în interiorul mașinii.

3.2. Concepte de bază de operare

După cum sa discutat în Secțiunea 3.1, instrucțiunile controlează ceea ce face un computer. Pentru a efectua o anumită sarcină, un program corespunzător format din mai multe comenzi este scris în memorie. Comenzile sunt trimise una câte una din memorie către procesor, care le execută. Datele utilizate ca operanzi de instrucțiuni sunt de asemenea stocate în memorie. Iată un exemplu de comandă tipică:

Această instrucțiune adaugă operandul stocat în memorie la adresa LOCA cu operandul stocat în registrul R0 al procesorului și plasează rezultatul în același registru. Conținutul original al memoriei la adresa LOCA nu este modificat, dar conținutul registrului R0 este suprascris. Această comandă se realizează în mai multe etape. În primul rând, este trimis din memorie la procesor. Operandul instrucțiunii este apoi citit din memorie la adresa LOCA și adăugat la conținutul registrului R0, după care suma rezultată este scrisă în registrul R0.

Comanda Add descrisă aici combină două operații: un acces la memorie și o operație ALU. În multe computere moderne, aceste două tipuri de operații sunt efectuate folosind comenzi separate. Această diviziune se bazează pe considerente de performanță, pe care le vom discuta mai jos. Comanda de mai sus poate fi implementată și ca două comenzi:

1) Încărcați R3,LOCA pentru Intel Architecture (IA-32): mov bx,loca

Adăugați R0,R3 adăugați ax,bx

Prima dintre aceste instrucțiuni copiază conținutul memoriei la adresa LOCA în registrul procesorului R1, iar a doua instrucțiune adaugă conținutul registrelor R1 și R0 și plasează suma în registrul R0. Rețineți că, în urma executării celor două instrucțiuni, conținutul original al ambelor registre este distrus, dar conținutul memoriei la adresa LOCA este păstrat.

Transferul datelor între memorie și procesor începe prin trimiterea adresei cuvântului de accesat către dispozitivul de memorie și emiterea semnalelor de control corespunzătoare. Datele sunt apoi transferate în sau din memorie.

În fig. Figura 3.2 arată modul în care memoria și procesorul sunt conectate între ele. În plus, figura ilustrează câteva caracteristici importante ale procesorului despre care nu am discutat încă. Nu arată schema reală de conectare a acestor componente, deoarece deocamdată doar discutăm despre ele caracteristici functionale. Conexiunea componentelor este descrisă mai detaliat în Secțiunea 8 atunci când se ia în considerare designul procesorului.

Pe lângă circuitele ALU și de control, procesorul conține multe registre destinate unor scopuri diferite. Registrul de instrucțiuni (IR) conține codul instrucțiunii care se execută în prezent. Rezultatul său este disponibil pentru a controla circuitele, care generează semnale pentru a controla diferitele elemente implicate în executarea comenzii. Un alt registru specializat, numit Program Counter (PC), este utilizat pentru a monitoriza progresul execuției programului. Conține adresa următoarei instrucțiuni care urmează să fie preluată și executată. În timp ce următoarea comandă este executată, conținutul registrului PC este actualizat - adresa comenzii următoare este scrisă în acesta. Se spune că registrul PC-ului indică instrucțiunea care trebuie preluată din memorie. Pe lângă registrele IR și PC din Fig. Figura 3.2 prezintă n registre de uz general, de la R0 la R„-i. De ce sunt necesare este explicat în capitolul 2.

În cele din urmă, încă două registre asigură interacțiunea memoriei. Acestea sunt registrul de adrese (Memory Address Register, MAR) și registrul de date (Memory Data Register, MDR). Registrul MAR conține adresa la care se accesează memoria, iar registrul MDR conține datele care trebuie scrise sau citite din memorie la această adresă.

Să luăm în considerare un proces tipic de execuție a unui program pe un computer. Programul este localizat în memorie, unde ajunge de obicei prin dispozitivul de intrare. Execuția sa începe prin scrierea adresei primei instrucțiuni în registrul PC-ului. Conținutul acestui registru este transferat în registrul MAR, iar semnalul de control Citire este trimis în memorie. Când timpul necesar accesării memoriei expiră, cuvântul adresat (în acest caz, prima instrucțiune a programului) este citit din memorie și încărcat în registrul MDR. Conținutul registrului MDR este apoi transferat în registrul IR. Comanda este gata pentru a fi decodificată și executată.

Dacă o instrucțiune necesită ca ALU să efectueze o anumită operație, trebuie obținute operanzi pentru aceasta. Un operand situat în memorie (pot fi și într-un registru de uz general) trebuie mai întâi preluat din acesta prin trimiterea adresei sale la registrul MAR și inițializarea buclei de citire. După ce a fost transferat din memorie în registrul MDR, operandul va fi trimis la ALU. În același mod, operanzii rămași solicitați de comandă vor fi transferați acolo, după care ALU-ul va putea efectua operația necesară. Dacă rezultatul urmează să fie stocat în memorie, acesta va fi scris în registrul MDR. Adresa la care trebuie scrisă în memorie va fi apoi plasată în registrul MAR, după care va fi inițiată bucla de scriere. La un moment dat în timpul execuției instrucțiunii curente, conținutul registrului PC este incrementat și acesta începe să indice următoarea instrucțiune care urmează să fie executată. Cu alte cuvinte, de îndată ce instrucțiunea curentă termină execuția, următoarea instrucțiune poate fi preluată.

Orez. 3.2. Conexiuni între procesor și memorie

Calculatorul nu numai că transferă date între memorie și procesor, dar le primește și de la dispozitivele de intrare și le trimite și către dispozitivele de ieșire. Prin urmare, printre instrucțiunile mașinii există și instrucțiuni pentru efectuarea operațiunilor I/O.

Dacă este nevoie de deservire urgentă a unui anumit dispozitiv (de exemplu, atunci când un dispozitiv de monitorizare într-un proces industrial automat detectează o situație periculoasă), execuția normală a programului poate fi întreruptă. Pentru a răspunde imediat la această situație, computerul trebuie să întrerupă programul curent. În acest scop, dispozitivul generează un semnal de întrerupere. O întrerupere este o solicitare făcută de un dispozitiv I/O pentru a-i oferi timp procesorului. Pentru a întreține acest dispozitiv, procesorul execută rutina de întrerupere corespunzătoare. Și, deoarece execuția sa poate schimba starea internă a procesorului, înainte de a repara întreruperea, trebuie să-i salvați starea în memorie. În mod obișnuit, această operațiune salvează conținutul registrului PC-ului, registrelor de uz general și unele informații de control. La finalizarea programului de procesare a întreruperii, starea procesorului este restabilită și programul întrerupt își continuă activitatea. Procesorul cu toate elementele sale (Fig. 3.2) este de obicei implementat ca un singur cip pe care se află cel puțin un dispozitiv de memorie cache. Astfel de cipuri se numesc VLSI (VLSI este o abreviere pentru Very Large Scale Integration, care se traduce prin integrare la scară foarte mare).

Cuvântul „calculator” înseamnă „calculator”, adică. dispozitiv de calcul. Necesitatea automatizării procesării datelor, inclusiv a calculelor, a apărut cu mult timp în urmă. Cu multe mii de ani în urmă, pentru numărare se foloseau bețe de numărat, pietricele etc. etc. Cu mai bine de 1.500 de ani în urmă (și poate mult mai devreme), abacul a început să fie folosit pentru a ușura lucrurile.

Astfel, s-au făcut încercări de automatizare a proceselor de calcul în toate etapele dezvoltării civilizației umane.

secolul VI î.Hr e. — Pitagora a introdus conceptul de număr ca bază a tuturor lucrurilor de pe pământ.

Secolul V î.Hr e. - Insula Salamis - primul dispozitiv de numărare a abac.

secolul IV î.Hr e. — Aristotel a dezvoltat logica deductivă.

secolul III î.Hr e. — Diophantus din Alexandria a scris Aritmetica în 13 cărți.

secolul al IX-lea — Al-Khorezmi a generalizat realizările matematicii arabe și a introdus conceptul de algebră.

Secolul XV — Leonardo da Vinci a dezvoltat un design pentru o mașină de calcul pentru a efectua operații pe numere de 12 biți.

secolul al XVI-lea - A fost inventat abacul rusesc cu un sistem de numere din 10 cifre.

Secolul al XVII-lea - Anglia - reguli de calcul.

Începutul dezvoltării tehnologiei informatice este considerat a fi cu Blaise Pascal, care în 1642. a inventat un dispozitiv care efectuează mecanic adunarea numerelor.

Următorul rezultat de reper a fost atins de remarcabilul matematician și filozof german Gottfried Wilhelm Leibniz, care în 1672 a exprimat ideea înmulțirii mecanice fără adunare secvențială. Un an mai târziu, a prezentat Academiei din Paris o mașină care putea efectua mecanic patru operații aritmetice. Mașina lui Leibniz necesita o masă specială pentru a fi instalată, deoarece avea dimensiuni impresionante: 100´ 30 ´ 20 de centimetri.

În 1812, matematicianul englez Charles Babbage a început să lucreze la așa-numitul motor de diferențe, care trebuia să calculeze orice funcții, inclusiv pe cele trigonometrice, și, de asemenea, să compilați tabele.

Originar din Alsacia, Karl Thomas, fondatorul și directorul a două companii de asigurări pariziene, a proiectat o mașină de calcul în 1818, concentrându-se pe fabricabilitatea mecanismului și a numit-o mașină de adăugare.

În primele decenii ale secolului XX, designerii au atras atenția asupra posibilității de a folosi elemente noi în dispozitivele de numărare - relee electromagnetice. În 1941, inginerul german Konrad Zuse a construit un dispozitiv de calcul care funcționa pe astfel de relee.

Aproape simultan, în 1943, americanul Howard Aiken, cu ajutorul lucrării lui Babbage bazată pe tehnologia secolului XX - relee electromecanice - a reușit să construiască legendarul Harvard Mark-1 (și mai târziu și Mark-2) la una dintre întreprinderile IBM. . „Mark-1” avea 15 metri lungime și 2,5 metri înălțime, conținea 800 de mii de părți, avea 60 de registre pentru constante, 72 de registre de stocare pentru adunare, o unitate centrală de înmulțire și împărțire și putea calcula funcții transcendentale elementare. Aparatul a lucrat cu numere zecimale din 23 de cifre și a efectuat operații de adunare în 0,3 secunde și operații de înmulțire în 3 secunde.

Lucrările la crearea primului computer electronic au fost începute, se pare, în 1937, în SUA, de profesorul John Atanasov, un bulgar de naștere. Această mașină a fost specializată și destinată să rezolve probleme de fizică matematică. În timpul dezvoltării sale, Atanasov a creat și brevetat primele dispozitive electronice, care au fost ulterior utilizate destul de pe scară largă în primele computere. Proiectul lui Atanasov nu a fost complet finalizat, dar trei decenii mai târziu, în urma unui proces, profesorul a fost recunoscut drept fondatorul tehnologiei informatice electronice.

Începând din 1943, un grup de specialiști condus de Howard Aiken, J. Mauchly și P. Eckert în SUA a început să proiecteze un computer bazat pe tuburi vidate, mai degrabă decât pe relee electromagnetice. Această mașină se numea ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer) și a funcționat de o mie de ori mai rapid decât Mark-1. ENIAC conținea 18 mii de tuburi vid și ocupa o suprafață de 9´ 15 metri, cântărea 30 de tone și consuma o putere de 150 de kilowați.

În 1945, celebrul matematician John von Neumann a fost implicat în crearea unui computer, care a pregătit un raport despre această mașină. În acest raport, von Neumann a formulat clar și simplu principiile generale de funcționare a dispozitivelor de calcul universale, i.e. calculatoare. Aceasta a fost prima mașină operațională construită pe tuburi vidate și a fost dată oficial în funcțiune pe 15 februarie 1946. Au încercat să folosească această mașină pentru a rezolva unele probleme pregătite de von Neumann și legate de proiectul bombei atomice. Apoi a fost transportată la Aberdeen Proving Ground, unde a funcționat până în 1955.

ENIAC a devenit primul reprezentant al primei generații de calculatoare. Orice clasificare este condiționată, dar majoritatea experților au fost de acord că generațiile ar trebui să fie distinse în funcție de baza elementară pe care sunt construite mașinile. Astfel, prima generație pare să fie mașini cu tuburi.

Structura și funcționarea unui computer conform „principiului von Neumann”. Să le notăm pe cele mai importante dintre ele:

mașinile care utilizează elemente electronice ar trebui să funcționeze nu în zecimală, ci în sistem de numere binar;

programul, ca și datele sursă, trebuie să fie localizat în memoria mașinii;

programul, ca și numerele, trebuie scris în cod binar;

dificultățile implementării fizice a unui dispozitiv de stocare, a cărui viteză corespunde vitezei de funcționare a circuitelor logice, necesită o organizare ierarhică a memoriei (adică alocarea memoriei RAM, a memoriei intermediare și pe termen lung);

un dispozitiv aritmetic (procesor) este construit pe baza unor circuite care efectuează operația de adunare; crearea de dispozitive speciale pentru efectuarea altor operații aritmetice și alte operații este nepractică;

Mașina folosește un principiu paralel de organizare a procesului de calcul (operațiile asupra numerelor sunt efectuate simultan pe toate cifrele).

Primul computer care a întruchipat principiile lui von Neumann a fost construit în 1949 de către cercetătorul englez Maurice Wilkes. De atunci, computerele au devenit mult mai puternice, dar marea majoritate a acestora sunt realizate în conformitate cu principiile pe care John von Neumann le-a subliniat în raportul său din 1945.

Noile mașini de prima generație s-au înlocuit destul de repede. În 1951, a început să funcționeze primul computer electronic sovietic MESM, cu o suprafață de aproximativ 50 de metri pătrați.

În 1952 s-a născut mașina americană EDWAC.

În 1952, designerii sovietici au pus în funcțiune BESM, cea mai rapidă mașină din Europa, iar în anul următor, Strela, prima mașină de producție de înaltă clasă din Europa, a început să funcționeze în URSS. Dintre creatorii de mașini autohtone trebuie menționate mai întâi numele S.A. Lebedeva, B.Ya. Bazilevski, I.S. Bruka, B.I. Rameeva, V.A. Melnikova, M.A. Kartseva, A.N. Myamlina. În anii 50, au apărut alte computere: „Ural”, M-2, M-3, BESM2, „Minsk1” - care au întruchipat soluții de inginerie din ce în ce mai progresive.

Proiectele și implementarea mașinilor Mark-1, EDSAC și EDVAC în Anglia și SUA, MESM în URSS au pus bazele dezvoltării lucrărilor de creare a calculatoarelor cu tehnologia tubului vidat - calculatoare seriale de prima generație. Dezvoltarea primei mașini electronice de producție, UNIVAC (Universal Automatic Computer), a început în jurul anului 1947 de către Eckert și Mauchli. Primul model al mașinii (UNIVAC-1) a fost construit pentru Biroul de Recensământ al SUA și pus în funcțiune în primăvara anului 1951. Calculatorul sincron, secvenţial UNIVAC-1 a fost creat pe baza calculatoarelor ENIAC și EDVAC. Funcționa cu o frecvență de ceas de 2,25 MHz și conținea aproximativ 5.000 de tuburi cu vid.

În comparație cu SUA, URSS și Anglia, dezvoltarea tehnologiei informatice electronice în Japonia, Germania și Italia a fost amânată. Prima mașină japoneză Fujik a fost pusă în funcțiune în 1956, producția de masă de computere în Germania a început abia în 1958.

Semiconductorii au devenit baza elementară a celei de-a doua generații. Fără îndoială, tranzistoarele pot fi considerate unul dintre cele mai impresionante miracole ale secolului al XX-lea.

Un brevet pentru descoperirea tranzistorului a fost eliberat în 1948 americanilor D. Bardeen și W. Brattain, iar opt ani mai târziu aceștia, împreună cu teoreticianul W. Shockley, au devenit laureați ai Premiului Nobel.

Primul computer de bord pentru instalare pe o rachetă intercontinentală, Atlas, a fost pus în funcțiune în Statele Unite în 1955. Mașina a folosit 20 de mii de tranzistori și diode și a consumat 4 kilowați.

În 1956, IBM a dezvoltat capete magnetice plutitoare pe o pernă de aer. Invenția lor a făcut posibilă crearea unui nou tip de memorie - dispozitive de stocare pe disc, a căror importanță a fost pe deplin apreciată în deceniile următoare ale dezvoltării tehnologiei de calcul. Primele dispozitive de stocare pe disc au apărut în mașinile IBM-305 și RAMAC.

Primele calculatoare mainframe pe bază de tranzistori produse în masă au fost lansate în 1958 simultan în SUA, Germania și Japonia.

În Uniunea Sovietică, primele mașini fără lampă „Setun”, „Razdan” și „Razdan2” au fost create în 1959-1961. În anii 60, designerii sovietici au dezvoltat aproximativ 30 de modele de calculatoare cu tranzistori, dintre care majoritatea au început să fie produse în masă. Cel mai puternic dintre ei, Minsk32, a efectuat 65 de mii de operații pe secundă. Au apărut familii întregi de vehicule: „Ural”, „Minsk”, BESM.

Deținătorul recordului în rândul calculatoarelor din a doua generație a fost BESM6, care avea o viteză de aproximativ un milion de operații pe secundă - unul dintre cele mai productive din lume. Arhitectura și multe soluții tehnice din acest computer au fost atât de progresive și înaintea timpului lor încât a fost folosit cu succes aproape până în epoca noastră.

Mai ales pentru automatizarea calculelor inginerești la Institutul de Cibernetică al Academiei de Științe a RSS Ucrainei sub conducerea academicianului V.M. Glushkov a dezvoltat calculatoarele MIR (1966) și MIR-2 (1969). O caracteristică importantă a mașinii MIR-2 a fost utilizarea unui ecran de televiziune pentru controlul vizual al informațiilor și a unui stilou luminos, cu ajutorul căruia a fost posibilă corectarea datelor direct pe ecran.

Prioritatea în inventarea circuitelor integrate, care a devenit baza elementară a calculatoarelor din a treia generație, aparține oamenilor de știință americani D. Kilby și R. Noyce, care au făcut această descoperire independent unul de celălalt. Producția de masă a circuitelor integrate a început în 1962, iar în 1964 trecerea de la elemente discrete la integrală. ENIAC mărimea 9 menționată mai sus´ 15 metri în 1971 puteau fi asamblați pe o placă de 1,5 centimetri pătrați. A început transformarea electronicii în microelectronice.

În ciuda succeselor tehnologiei integrate și a apariției minicalculatoarelor, mașinile mari au continuat să domine în anii 60. Astfel, a treia generație de computere, care provin din a doua, a crescut treptat din ea.

Prima serie de mașini bazate pe elemente integrale a început să fie produsă în 1964 de IBM. Această serie, cunoscută sub numele de IBM-360, a avut un impact semnificativ asupra dezvoltării tehnologiei informatice în a doua jumătate a anilor '60. A unit o întreagă familie de computere cu o gamă largă de performanțe și compatibile între ele. Acesta din urmă a însemnat că a devenit posibilă conectarea mașinilor în complexe și, de asemenea, transferul de programe scrise pentru un computer pe oricare altul din serie, fără nicio modificare. Astfel, pentru prima dată, o cerință viabilă din punct de vedere comercial pentru standardizarea hardware-ului și software CALCULATOR.

În URSS, primul computer serial bazat pe circuite integrate a fost mașina Nairi-3, care a apărut în 1970.

Din a doua jumătate a anilor '60, Uniunea Sovietică, împreună cu țările CMEA, a început să dezvolte o familie mașini universale, similar cu sistemul ibm-360. În 1972, a început producția de masă a modelului de pornire, cel mai puțin puternic Sistem unificat- Computer ES-1010, iar un an mai târziu - alte cinci modele. Performanța lor a variat de la zece mii (EC-1010) la două milioane (EC-1060) de operații pe secundă.

Ca parte a celei de-a treia generații, în SUA a fost construită o mașină unică „ILLIAK-4”, care în versiunea sa originală a fost planificată să folosească 256 de dispozitive de procesare a datelor realizate pe circuite integrate monolitice.

Începutul anilor 70 marchează trecerea la calculatoare de generația a patra - circuite integrate la scară foarte mare (VLSI). O altă caracteristică a noii generații de computere sunt schimbările dramatice ale arhitecturii.

Tehnologia de a patra generație a dat naștere unui element informatic calitativ nou - microprocesorul. În 1971, au venit cu ideea de a limita capacitățile procesorului prin introducerea în acesta a unui mic set de operații, ale căror microprograme trebuie introduse în prealabil în memoria permanentă.

Dintre calculatoarele mari din a patra generație bazate pe circuite integrate ultra-mari, mașinile americane „Krey-1” și „Krey-2”, precum și modelele sovietice „Elbrus-1” și „Elbrus-2”, s-au remarcat. mai ales bine. Primele lor mostre au apărut aproximativ în același timp - în 1976. Toate aparțin categoriei supercalculatoarelor, deoarece au caracteristici extrem de realizabile pentru timpul lor și sunt foarte scumpe.

A patra generație de mașini a făcut o abatere de la arhitectura von Neumann, care fusese caracteristica principală a marii majorități a tuturor computerelor anterioare.

Deși computerele personale aparțin calculatoarelor de generația a 4-a, posibilitatea lor este încă răspândită, în ciuda progreselor în tehnologia VLSI, ar rămâne foarte mic.

În 1970, a fost făcut un pas important către computerul personal - proiectat Marchian Edward Hoff de la Intel circuit integrat, similar în funcțiile sale cu unitatea centrală de procesare a unui computer mare. Așa a apărut primul microprocesor Intel 4004, care a fost scos la vânzare în 1971. A fost o adevărată descoperire, deoarece microprocesorul Intel 4004, cu dimensiuni mai mici de 3 cm, era mai productiv decât mașinile gigantice din prima generație. Adevărat, capacitățile Intel 4004 erau mult mai modeste decât cele ale procesorului central al computerelor mari din acea vreme - funcționa mult mai lent și putea procesa doar 4 biți de informații simultan (procesoarele computerelor mari procesau simultan 16 sau 32 de biți) , dar a costat și de zeci de mii de ori mai ieftin. Dar creșterea performanței microprocesorului nu a întârziat să apară.

Primul computer personal produs în serie a fost Altair-8800, creat în 1974 de o companie mică din Albuquerque, New Mexico.

În 1981, a apărut prima versiune a sistemului de operare pentru computerul IBM PC, MS DOS 1.0. Ulterior, pe măsură ce computerele IBM PC s-au îmbunătățit, au fost lansate noi versiuni de DOS, ținând cont de noile capabilități ale computerelor și oferind confort suplimentar utilizatorului.

În august 1981 calculator nou sub numele „IBM Personal Computer” a fost prezentat oficial publicului și la scurt timp după aceea a câștigat o mare popularitate în rândul utilizatorilor. PC-ul IBM avea 64 KB de RAM, un casetofon pentru încărcarea/salvarea programelor și datelor, o unitate de dischetă și o versiune încorporată a limbajului BASIC.

După unul sau doi ani, computerul IBM PC a ocupat o poziție de lider pe piață, înlocuind modelele de computere pe 8 biți.

O nouă generație de microprocesoare o înlocuiește pe cea anterioară la fiecare doi ani și devine învechită în 3-4 ani. Microprocesorul, împreună cu alte dispozitive microelectronice, face posibilă crearea unor sisteme informaționale destul de rentabile.

8 noiembrie 1993 – A fost lansat Windows for Workgrounds 3.11. Oferă o compatibilitate mai mare cu NetWare și Windows NT; În plus, s-au făcut multe modificări arhitecturii sistemului de operare menite să îmbunătățească performanța și stabilitatea, care ulterior și-au găsit drumul în Windows 95. Produsul a fost mult mai bine primit de companiile americane.

În 1993, au apărut primele procesoare Pentium cu frecvențe de 60 și 66 MHz - acestea erau procesoare pe 32 de biți cu o magistrală de date pe 64 de biți.

De atunci, computerele s-au dezvoltat într-un ritm extraordinar. Frecvența de operare a proceselor a ajuns deja la 3,5 GHz, iar capacitatea RAM este de aproximativ 8 GB.

2.

2.1. Conceptul și caracteristicile generale ale structurii funcționale a unui calculator

Varietatea calculatoarelor moderne este foarte mare. Dar structurile lor se bazează pe principii logice generale care fac posibilă distingerea următoarelor dispozitive principale în orice computer:

memorie (dispozitiv de stocare, memorie), constând din celule renumerotate;

un procesor care include o unitate de control (CU) și o unitate aritmetică-logică (ALU);

dispozitiv de intrare;

dispozitiv de ieșire.

Aceste dispozitive sunt conectate prin canale de comunicare prin care se transmit informații.

Orez. 1. Schema generală de calculator

Functii de memorie:

primirea de informații de la alte dispozitive;

amintirea informațiilor;

– furnizarea de informații la cerere către alte dispozitive ale mașinii.

Functii procesor:

prelucrarea datelor conform unui program dat prin efectuarea de operații aritmetice și logice;

control software al funcționării dispozitivelor de calculator.

Partea procesorului care execută instrucțiuni se numește unitate aritmetică logică (ALU), iar cealaltă parte care realizează funcții de control al dispozitivului se numește unitate de control (CU).

De obicei, aceste două dispozitive se disting pur condiționat, nu sunt separate structural.

Procesorul conține un număr de celule de memorie suplimentare specializate numite registre.

Registrul îndeplinește funcția de stocare pe termen scurt a unui număr sau a unei comenzi.

Prima persoană care a formulat principiile de bază ale funcționării dispozitivelor de calcul universale, i.e. computere, a fost faimosul matematician John von Neumann.

În primul rând, un computer modern trebuie să aibă următoarele dispozitive:

un dispozitiv aritmetico-logic care efectuează operații aritmetice și logice;

un dispozitiv de control care organizează procesul de execuție a programului;

un dispozitiv de stocare sau memorie pentru stocarea programelor și datelor;

dispozitive externe de intrare/ieșire a informațiilor.

În termeni generali, principiul de funcționare al unui computer poate fi descris după cum urmează.

În primul rând, folosind un dispozitiv extern, un program este introdus în memoria computerului. Dispozitivul de control citește conținutul celulei de memorie în care se află prima(e) instrucțiuni ale programului și organizează execuția acestuia. Această comandă poate efectua operații aritmetice sau logice, poate citi date din memorie pentru a efectua operații aritmetice sau logice sau poate scrie rezultatele acestora în memorie, introduce date de pe un dispozitiv extern în memorie sau scoate date din memorie pe un dispozitiv extern.

De obicei, după executarea unei comenzi, dispozitivul de control începe să execute comanda din celula de memorie care se află imediat după comanda tocmai executată. Cu toate acestea, această ordine poate fi modificată folosind instrucțiunile de transfer de control (sărire). Aceste comenzi indică dispozitivului de control că ar trebui să continue executarea programului, pornind de la comanda conținută într-o altă locație de memorie. O astfel de „sărire” sau tranziție într-un program poate să nu fie întotdeauna efectuată, ci numai atunci când sunt îndeplinite anumite condiții, de exemplu, dacă unele numere sunt egale, dacă ca urmare a precedentului operație aritmetică s-a dovedit a fi zero etc. Acest lucru vă permite să utilizați aceleași secvențe de comenzi într-un program de multe ori (adică să organizați bucle), să executați diferite secvențe de comenzi în funcție de îndeplinirea anumitor condiții etc., i.e. creați programe complexe.

Astfel, dispozitivul de control execută automat instrucțiunile programului, adică. intervenția umană. Poate face schimb de informații cu RAM și dispozitive externe ale computerului. Deoarece dispozitivele externe funcționează de obicei mult mai lent decât restul computerului, dispozitivul de control poate întrerupe execuția programului până la finalizarea unei operațiuni I/O cu dispozitivul extern. Toate rezultatele programului executat trebuie să fie transmise către dispozitivele externe ale computerului, după care computerul continuă să aștepte orice semnal de la dispozitivele externe.

În calculatoarele moderne, unitatea aritmetică-logică și unitatea de control sunt combinate într-un singur dispozitiv - procesorul central. În plus, procesul de execuție a programului poate fi întrerupt pentru a efectua acțiuni urgente legate de semnalele recepționate de la dispozitivele computerizate externe — întreruperi.

Multe computere de mare viteză efectuează procesare paralelă pe mai multe procesoare.

Cu toate acestea, majoritatea calculatoarelor moderne se conformează în termeni de bază principiilor enunțate de von Neumann.

2.2. Organizarea structurală

Să ne uităm la structura computerului folosind exemplul celor mai comune sistem informatic- calculator personal.

Calculatoarele personale sunt de obicei proiectate pe baza principiului arhitecturii deschise.

Principiul arhitecturii deschise este următorul:

Doar descrierea principiului de funcționare a computerului și configurația acestuia (un anumit set de hardware și conexiuni între ele) sunt reglementate și standardizate. Astfel, un computer poate fi asamblat din componente și piese individuale proiectate și fabricate de producători independenți;

Computerul este ușor de extins și actualizat datorită prezenței sloturilor interne de expansiune în care utilizatorul poate introduce o varietate de dispozitive care îndeplinesc un anumit standard și, prin urmare, poate configura mașina în funcție de preferințele sale personale..

În Fig. 2.

Orez. 2 Structura generală computer personal cu dispozitive periferice conectate

Pentru a vă conecta unul cu celălalt diverse dispozitive computer, trebuie să aibă aceeași interfață (interfață engleză de la inter - între și față - față).

O interfață este un mijloc de conectare a două dispozitive, în care toți parametrii fizici și logici sunt consecvenți unul cu celălalt.

Dacă interfața este general acceptată, de exemplu, aprobată la nivelul acordurilor internaționale, atunci se numește standard.

Fiecare dintre elementele funcționale (memorie, monitor sau alt dispozitiv) este asociat cu o magistrală de un anumit tip - magistrală de adresă, de control sau de date.

Pentru a coordona interfețele, dispozitivele periferice sunt conectate la magistrală nu direct, ci prin controlerele (adaptoarele) și porturile lor, aproximativ conform următoarei scheme:

Orez. 3. Schema de conectare pentru interfețele dispozitivelor periferice

Controlerele și adaptoarele sunt seturi de circuite electronice care sunt furnizate dispozitivelor computerizate în scopul compatibilității interfețelor acestora. Controlerele, în plus, controlează direct dispozitivele periferice la cererea microprocesorului.

Porturile dispozitivului sunt anumite circuite electronice care conțin unul sau mai multe registre de intrare/ieșire și vă permit să conectați periferice ale computerului la magistralele externe ale microprocesorului.

Porturile mai sunt numite și dispozitive de interfață standard: porturi (sau interfețe) seriale, paralele și de joc.

Portul serial face schimb de date cu procesorul octet cu octet și cu dispozitivele externe - bit cu bit. Portul paralel primește și trimite date octet cu octet.

Portul serial este de obicei conectat la lent sau destul de dispozitive la distanță, cum ar fi un mouse și un modem. Dispozitivele mai rapide, cum ar fi o imprimantă și un scaner, sunt conectate la portul paralel. Un joystick este conectat prin portul de joc. Tastatura și monitorul se conectează la propriile porturi dedicate, care sunt pur și simplu conectori.

De bază componente electronice, care determină arhitectura procesorului, sunt amplasate pe placa principală a computerului, care se numește sistem sau Placă de bază. Iar controlerele și adaptoarele dispozitivelor suplimentare, sau aceste dispozitive în sine, sunt realizate sub formă de plăci de expansiune (DaughterBoard - placă fiică) și sunt conectate la magistrală folosind conectori de expansiune, numiți și sloturi de expansiune (slot în engleză - slot, groove).

2.3. Blocuri de calculator de bază

Orice computer, de regulă, include trei noduri principale (blocuri):

unitate de sistem;

Monitor (afisaj) pentru afisarea informatiilor;

tastatură pentru introducerea de informații și comenzi alfanumerice.

Pentru ușurința controlului, se folosesc și manipulatoare precum „mouse” și „joystick” (cel din urmă, în principal pentru jocuri).

Dintre aceste părți ale computerului, unitatea de sistem arată cel mai puțin impresionant, este partea „principală” a acestuia.

circuite electronice care controlează funcționarea computerului (microprocesor, RAM, controlere de dispozitiv etc.);

sursă de alimentare care transformă puterea rețelei în D.C. joasă tensiune furnizată circuitelor electronice de calculator;

unități de dischete (sau unități) utilizate pentru citirea și scrierea pe dischete (dischete);

un hard disk magnetic conceput pentru citirea și scrierea pe un hard disk magnetic neamovibil (hard disk);

alte dispozitive.

Orez. 4. Tipuri de unități de sistem

Inima computerului este, fără îndoială, procesorul central, situat pe placa de bază în interiorul unității de sistem. Este un circuit integrat ultra-mare format din milioane de tranzistoare în interior. Procesorul este capabil să funcționeze număr mare comenzi externe și procesează comenzile primite în formular semnale electrice informaţii. Pentru a accelera calculele matematice, se folosește un alt cip - un coprocesor matematic, care mărește foarte semnificativ viteza de efectuare a operațiilor matematice (calcul de sinusuri, cosinus, logaritmi etc.).

Orez. 5. Unitatea de sistem cu capacul carcasei scos

Viteza procesorului este determinată de structura acestuia (circuit), precum și de frecvența ceasului extern, care este generată de generatorul de impulsuri de pe placa de bază. Placa de sistem (placa de bază) este placa principală a computerului pe care se află microprocesorul, RAM, memoria cache, magistralele și controlerele.

Pentru a stoca programe executabile și date sursă, pentru a procesa și înregistra rezultate intermediare și finale, computerul are o operațională memorie dinamică(RAM) de aici procesorul preia programele și datele inițiale pentru procesare. Această memorie a primit numele „RAM” deoarece funcționează foarte repede, astfel încât procesorul practic nu trebuie să aștepte când citește date din memorie sau când scrie în memorie când computerul este oprit, repornit sau întrerupe aleatoriu întregul conținut din RAM sunt șterse. În consecință, la tastarea oricăror date, texte etc. este necesar să scrieți periodic date intermediare pe un hard disk sau pe dischetă.

Pentru a accelera accesul la RAM, computerele moderne de mare viteză folosesc memorie statică specială „ultra-rapidă”, care se numește memorie cache și este ca un buffer între un procesor foarte rapid și RAM mai lentă.

Pentru a conecta procesorul și memoria RAM cu dispozitive externe: tastatură, monitor, unități de disc etc., se folosesc circuite sau plăci electronice speciale. În acest caz, schimbul de informații între RAM și dispozitive (adică, intrare-ieșire) nu are loc direct: există două legături intermediare între orice dispozitiv și RAM:

1. Fiecare dispozitiv are propriul circuit electronic care îl controlează. Acest circuit se numește controler sau adaptor. Unele controlere (de exemplu, un controler de disc) pot controla mai multe dispozitive simultan)

2. Toate controlerele (adaptoarele) interacționează cu microprocesorul și RAM prin magistrala de transfer de date a sistemului În prezent, majoritatea calculatoarelor fabricate sunt echipate cu magistrale PCI și ISA.

Unul dintre controlerele prezente în aproape fiecare computer este controlerul portului I/O, care vine în următoarele tipuri: paralel, serial, joc.

Un element important al unui computer este adaptorul video (sau placa video), care este folosit pentru a genera semnale video care afișează informații pe ecranul monitorului. Placa video primește comenzi de la microprocesor pentru a forma o imagine, construiește această imagine în memoria sa de serviciu - memoria video și, în același timp, convertește conținutul memoriei video într-un semnal furnizat monitorului - semnal video

Un monitor de computer (afișaj) este proiectat pentru a afișa text și informații grafice pe ecran. Tipul modern de monitoare și, în consecință, placa video este SVGA.

Pentru a stoca permanent informațiile necesare în timpul lucrului cu un computer, se folosesc unități de disc. De obicei, acestea stochează programe și fișiere ale sistemului de operare, diverse pachete software, editori de documente, jocuri pe calculator si multe altele. Unitatea de sistem mai poate include: unități (pe discuri laser - CD-ROM; interne pe bandă magnetică - streamer); placă de sunet pentru a juca diverse efecte sonore; modem fax intern; plăci de rețea.

Aproape fiecare computer are cel puțin o unitate de dischetă pentru dischete, care vă permit să transferați documente și programe de la un computer la altul. Sistemul de operare și diverse programe pot fi încărcate de pe dischete.

Pentru a alimenta toate dispozitivele care intră în unitatea de sistem există o putere puternică blocarea pulsului nutriţie.

Pentru ca toate dispozitivele electronice și mecanice să interacționeze corect între ele, acestea trebuie controlate prin programe speciale. Programe pentru testarea internă a monitorului (procedura POST, Power-On-Self-Test), inițializarea adaptorului video și încărcarea sistemului de operare de pe disc, precum și programe de execuție funcții de bază pentru gestionarea dispozitivelor I/O sunt stocate pe placa de sistem într-un cip special - un dispozitiv de memorie doar pentru citire.

Colecția acestor microprograme este numită.(BIOS sau sistem de bază de intrare-ieșire). Pentru a schimba și a reține setările de configurare a computerului în BIOS există program special setări de configurare –SETUP. Parametrii înșiși sunt stocați într-un cip de memorie CMOS separat, care este alimentat de o baterie specială de pe placa de bază.

Pentru a lucra cu multe programe moderne, este aproape obligatoriu să folosiți un mouse sau un alt dispozitiv care îl înlocuiește, adică. dispozitive de indicare, deoarece vă permit să indicați anumite elemente de pe ecranul computerului.

Un mouse este un manipulator care este o cutie mică cu mai multe butoane care se micșorează ușor în palma mâinii tale. Când mutați mouse-ul pe suprafața ecranului monitorului, indicatorul mouse-ului (de obicei o săgeată) se mișcă în consecință. Când este necesar să se efectueze această sau acea acțiune, utilizatorul apasă unul sau altul buton al mouse-ului.
Nossiter J. Microsoft Exel 2002 – M.: Dialectics, 2003. Organizarea și utilizarea sistemelor corporative ORGANIZAREA SI PRINCIPIILE CONSTRUCTII DE SITE WEB
2014-05-25

Descrierea prezentării prin diapozitive individuale:

1 tobogan

Descriere slide:

2 tobogan

Descriere slide:

Memoria internă este un dispozitiv electronic care stochează informații în timp ce este alimentat de electricitate. Când computerul este deconectat de la rețea, informațiile din RAM dispar. Programul este stocat în memorie internă calculator. (principiul Von Neumann - principiul programului stocat). Memorie externă- acestea sunt diverse medii magnetice (benzi, discuri), discuri optice. Stocarea informațiilor despre ele nu necesită alimentare constantă. Figura prezintă o diagramă a structurii unui computer luând în considerare două tipuri de memorie. Săgețile indică direcțiile schimbul de informații

3 slide

Descriere slide:

1. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.1. Placa de baza Placa de baza asigura comunicarea intre toate dispozitivele PC prin transmiterea semnalelor de la un dispozitiv la altul. Pe suprafața plăcii de bază există un număr mare de conectori destinati instalării altor dispozitive: mufe - mufe pentru procesoare; sloturi – conectori pentru RAM și carduri de expansiune; Controlere porturi I/O. placa de baza - PCB, pe care sunt montate majoritatea componentelor unui sistem informatic. Numele provine de la placa de baza engleza, uneori se foloseste abrevierea MB sau cuvantul mainboard - main board.

4 slide

Descriere slide:

A – conector (priză) al procesorului central B – conectori pentru RAM C – conectori pentru conectarea unei plăci video, modem intern etc. D – conectori pentru conectarea dispozitivelor externe de intrare/ieșire 1. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.1. Placa de bază Potriviți conectorii indicați în figură (dispozitive pentru comutare) și scopul lor:

5 slide

Descriere slide:

Procesorul are un radiator mare racit de un ventilator (cooler). Din punct de vedere structural, procesorul este format din celule în care datele nu pot fi doar stocate, ci și modificate. Celulele interne ale procesorului se numesc registre. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.2. Procesor central Unitatea centrală de procesare sau unitatea centrală de procesare (CPU) este principalul cip de calculator în care sunt efectuate toate calculele.

6 diapozitiv

Descriere slide:

Autobuz de adrese. U procesoare Intel Pentium (și sunt cele mai comune în calculatoarele personale astăzi) are o magistrală de adrese pe 32 de biți, adică este formată din 32 de linii paralele. Autobuz de date. Această magistrală copiază datele din RAM în registrele procesorului și înapoi. În calculatoarele construite pe procesoare Intel Pentium, magistrala de date este pe 64 de biți, adică este formată din 64 de linii, de-a lungul cărora sunt primiți 8 octeți odată pentru procesare. Autobuz de comandă. Pentru ca procesorul să prelucreze datele, are nevoie de instrucțiuni. Trebuie să știe ce să facă cu octeții stocați în registrele sale. Aceste comenzi vin la procesor și din RAM, dar nu din acele zone în care sunt stocate matrice de date, ci din unde sunt stocate programe. Comenzile sunt de asemenea reprezentate în octeți. Cel mai mult comenzi simple se încadrează într-un octet, dar există și cele care necesită doi, trei sau mai mulți octeți. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.2. Unitate centrală de procesare Procesorul este conectat la restul dispozitivelor computerului, și în primul rând la RAM, prin mai multe grupuri de conductori numite magistrale. Există trei magistrale principale: magistrală de date, magistrală de adrese și magistrală de comandă.

7 slide

Descriere slide:

Tensiunea de funcționare a procesorului este asigurată de placa de bază, astfel încât diferite mărci de procesoare corespund diferitelor plăci de bază (trebuie selectate împreună). Modelele de procesoare timpurii aveau o tensiune de funcționare de 5V, dar astăzi este mai mică de 3V. Capacitatea procesorului arată câți biți de date poate primi și procesa în registrele sale la un moment dat (într-un ciclu de ceas). Primele procesoare au fost pe 4 biți. Procesorul se bazează pe același principiu de ceas ca într-un ceas obișnuit. Executarea fiecărei comenzi necesită un anumit număr de cicluri de ceas. Într-un computer personal, impulsurile de ceas sunt setate de unul dintre microcircuitele incluse în kitul de microprocesor (chipset) situat pe placa de bază. Cu cât frecvența ceasului care intră în procesor este mai mare, cu atât poate executa mai multe comenzi pe unitatea de timp, cu atât performanța procesorului este mai mare. Schimbul de date în cadrul procesorului are loc de câteva ori mai rapid decât schimbul cu alte dispozitive, cum ar fi RAM. Pentru a reduce numărul de accesări la RAM, în interiorul procesorului este creată o zonă tampon - așa-numita memorie cache. Este ca „super RAM”. Atunci când procesorul are nevoie de date, accesează mai întâi memoria cache și numai dacă datele necesare nu sunt acolo, accesează RAM-ul Dispozitivelor incluse în unitatea de sistem 1.2. Procesor central Principalii parametri ai procesoarelor sunt: tensiunea de funcționare, adâncimea de biți, frecvența ceasului de funcționare, factorul de multiplicare intern frecvența ceasuluiși dimensiunea cache-ului.

8 slide

Descriere slide:

Există două tipuri de memorie RAM - memorie cu acces aleatoriu (RAM - Random Access Memory) și memorie read-only (ROM - Read Only Memory). RAM RAM cu acces aleatoriu (RAM) este utilizat pentru a stoca programe, date și rezultate intermediare ale calculelor în timpul funcționării computerului. Datele pot fi selectate din memorie într-o ordine aleatorie, mai degrabă decât strict secvenţial, cum este cazul, de exemplu, când se lucrează cu bandă magnetică. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.3. Memorie cu acces aleatoriu Memoria cu acces aleatoriu (RAM - memorie cu acces aleatoriu). Memoria de doar citire (ROM) este utilizată pentru locația permanentă anumite programe, de exemplu, programe de boot pentru computer - BIOS (sistem de bază de intrare-ieșire - sistem de bază de intrare-ieșire). Conținutul acestei memorie nu poate fi modificat în timp ce computerul funcționează. RAM este volatilă, adică datele sunt stocate în ea numai până când computerul este oprit.

Slide 9

Descriere slide:

Spre deosebire de un disc „floppy” (dischetă), informațiile dintr-un hard disk sunt înregistrate pe plăci dure (aluminiu sau sticlă) acoperite cu un strat de material feromagnetic. În modul de funcționare, capetele de citire nu ating suprafața plăcilor din cauza stratului de aer format în timpul rotației rapide a discurilor. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.4. hard disk Unitate de hard disk, hard disk sau hard disk (engleză) Hard Disk Drive, HDD) - un dispozitiv de stocare a computerului nevolatil, reinscriptibil

10 diapozitive

Descriere slide:

Hard disk-ul a primit numele „Winchester” datorită IBM, care în 1973 a lansat modelul de hard disk 3340, care a combinat pentru prima dată discuri și capete de citire într-o carcasă dintr-o singură piesă. La dezvoltarea acestuia, inginerii au folosit numele intern scurt „30-30”, ceea ce însemna două module (în configurația maximă) de 30 MB fiecare. Kenneth Houghton, managerul de proiect, în concordanță cu denumirea popularei puști de vânătoare „Winchester 30-30”, a propus să numească acest disc „Winchester”. În Europa și America, numele „Winchester” a căzut din uz în anii 1990; în argou rusesc, numele „hard disk” a fost păstrat, scurtat la cuvântul „șurub”. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.4. hard disk

11 diapozitiv

Descriere slide:

Interfața este o metodă folosită pentru a transfera date. Unitățile moderne pot folosi interfețe ATA (IDE, EIDE), Serial ATA, SCSI, SAS, FireWire, USB și Fibre Channel. Capacitatea este cantitatea de date care poate fi stocată de unitate. Capacitatea dispozitivelor moderne poate ajunge până la 1,5 TB hard disk-uri cu o capacitate de 80, 120, 200, 320 GB sunt comune în PC-urile de astăzi. Spre deosebire de sistemul de prefixe adoptat în informatică, care denotă un multiplu de 1024 (kilo = 1024), la desemnarea unui container, producătorii hard disk-uri se folosesc multipli de 1000. Deci, de exemplu, un container „adevărat”. hard disk, etichetat ca „200 GB”, este de 186,2 GB. Dimensiune fizică - Aproape toate unitățile moderne pentru computere și servere au dimensiuni de 3,5 sau 2,5 inchi. Acestea din urmă sunt mai des folosite în laptopuri. Viteza axului este numărul de rotații ale axului pe minut. Timpul de acces și viteza de transfer de date depind în mare măsură de acest parametru. În prezent, hard disk-urile sunt produse cu următoarele viteze standard de rotație: 4200, 5400 și 7200 (laptop-uri), 7200 și 10000 (calculatoare personale), 10000 și 15000 rpm. (servere și stații de lucru de înaltă performanță). Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.4. Specificații hard disk

12 slide

Descriere slide:

De obicei, o placă video este o placă de expansiune și este introdusă într-un slot special (ISA, VLB, PCI, AGP, PCI-Express) pentru plăcile video de pe placa de bază, dar poate fi și încorporată. O placă grafică modernă este formată din următoarele părți principale: Unitatea de procesare grafică (GPU) - se ocupă de calculele imaginii de ieșire, scutind procesorul central de această responsabilitate și face calcule pentru procesarea comenzilor grafice 3D. O placă grafică (cunoscută și ca placă grafică, placă video, adaptor video) este un dispozitiv care convertește o imagine aflată în memoria computerului într-un semnal video pentru monitor. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.5. Placa grafica Controler video - responsabil cu generarea imaginilor in memoria video. Memoria video – actioneaza ca un buffer in care format digital O imagine este stocată pentru afișare pe un ecran de monitor. Convertor digital-analogic (DAC) - folosit pentru a converti imaginea generată de controlerul video în niveluri de intensitate a culorii furnizate unui monitor analogic

Slide 13

Descriere slide:

Pe placa de baza, placa de sunet este instalata in sloturile ISA (format legacy) sau PCI (format modern). Când placa de sunet este instalată, pe panoul din spate al carcasei computerului apar porturi pentru conectarea difuzoarelor, căștilor și a unui microfon. Placă de sunet Placă de sunet (numită și placa de sunet, adaptor audio) este folosit pentru înregistrarea și redarea diferitelor semnale audio: vorbire, muzică, efecte sonore. 1.7. Placă de rețea Placă de rețea (cunoscută și ca placa de retea, adaptor de rețea, card Ethernet, NIC (card de interfață de rețea în engleză)) - o placă de circuit imprimat care permite computerelor să interacționeze între ele prin retea locala. De obicei, placa de rețea vine ca un dispozitiv separat și este introdusă în sloturile de expansiune ale plăcii de bază (în principal PCI, modelele timpurii au folosit magistrala ISA).

Slide 14

Descriere slide:

De obicei, o dischetă este o placă de plastic flexibilă acoperită cu un strat feromagnetic, de unde și numele în engleză „floppy disk”. Această placă este plasată într-o carcasă de protecție care protejează stratul magnetic de deteriorarea fizică. Carcasa poate fi flexibilă sau durabilă. Dischetele sunt scrise și citite folosind dispozitiv special- unitate de disc (unitate de dischetă). Dischetele au, de obicei, o funcție de protecție la scriere care permite accesul numai în citire la date. Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.8. Dischetă de 3,5 inchi este un mediu de stocare magnetic portabil utilizat pentru înregistrarea și stocarea repetată a datelor relativ mici. Prima dischetă cu un diametru de 200 mm (8 inchi) și o capacitate de 80 de kiloocteți a fost introdusă de IBM în 1971. 1981, Sony a lansat pe piață a fost introdusă o dischetă cu un diametru de 3½" (90 mm). Versiunea sa ulterioară are o capacitate de 1440 kiloocteți sau 1,40 megaocteți. Acest tip de dischetă a devenit standard și este încă folosit astăzi.

15 slide

Descriere slide:

Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.9. Unități CD Informații digitale apare pe CD ca depresiuni alternante (pete nereflectante) si insule care reflecta lumina. Un CD are o singură pistă fizică sub forma unei spirale continue care merge de la diametrul exterior al discului la cel interior. Citirea informațiilor de pe un CD are loc folosind un fascicul laser, care, căzând pe o insulă reflectorizantă, este deviat către un fotodetector, care interpretează acest lucru ca o unitate binară. Raza laser care intră în cavitate este împrăștiată și absorbită: fotodetectorul înregistrează un zero binar. Rata de transfer de date pentru unitate este determinată de viteza de rotație a discului. De obicei este indicat în comparație cu standardul Audio CD, pentru care viteza de citire a datelor este de aproximativ 150 KB/s. Aceste. CDx2 înseamnă că viteza de schimb de date cu un astfel de disc este de două ori mai mare decât 150 KB/s. Viteza maximă de rotație a unui disc CD este de 52 de ori mai mare decât viteza de citire a unui CD audio. 52x150 KB/s=7800 KB/s. În prezent, unitățile cu capacitatea de a scrie o singură dată (CD-R) și de a rescrie informații (CD-RW) au devenit disponibile pentru utilizatorul în masă.

16 diapozitiv

Descriere slide:

Dispozitive incluse în unitatea de sistem 1.10. Unități DVD DVD (Digital Versatile Disc, digital multifunctional sau universal disc) sunt discuri optice de mare capacitate care sunt utilizate pentru stocarea de filme și muzică de lungă durată. calitate superioară, programe de calculator. Există mai multe opțiuni de DVD care diferă ca capacitate: cu o singură față și cu două fețe, cu un singur strat și cu două straturi. DVD-urile cu o singură față, cu un singur strat au o capacitate de 4,7 GB de informații, cu două straturi - 8,5 GB; cele cu două fețe cu un singur strat au 9,4 GB, cele cu două straturi - 17 GB. Raza laser dintr-o unitate CD-ROM tipică are o lungime de undă de 780 nm, în timp ce în dispozitivele DVD variază de la 635 nm la 650 nm, rezultând în înregistrare DVD semnificativ mai mare. Pe lângă citirea datelor de pe DVD la o viteză de aproximativ 1,2 MB/s, unități DVD capabil să citească CD-ROM-uri obișnuite la viteze aproximativ echivalente cu unitățile CD-ROM de 8-10 viteze.

18 diapozitiv

Descriere slide: