Технические средства обработки информации
план-конспект по информатике и икт по теме

Тема №3. Технические средства обработки информации

План

1. Основные типы компьютеров

2. Основные принципы функционирования ПК

2.1. Состав ПК

2.2. Устройства внешней памяти

2.3. Устройства вывода

2.4. Устройства ввода информации

2.5. Другие дополнительные устройства

В результате Научно-технического прогресса человечество создавало все новые и новые средства и способы сбора, хранения, передачи информации. В середине XX века быстро возрастающие объемы и потоки информации, потребности общества в ее обработке для повышения уровня производства привели к созданию первых компьютеров.

Сейчас можно выделить, пять основных поколений компьютеров.

1 поколение (1946-1960), Элементной базой являлись электронные лампы, максимальное быстродействие 20 тысяч операций в секунду, носителем информации были перфокарты. Эти компьютеры имели большие габариты (до сотен квадратных метров).

2 поколение (1960-1964). Элементная база - транзисторы. Компьютеры этого поколения были более надежны, обладали большей оперативной памятью. В качестве носителей информации использовались перфоленты, перфокарты и магнитные ленты.

3 поколение (1964-1970). Элементная база - интегральные схемы (ИС). Информация записывается на магнитных дисках. Существенно уменьшились габариты.

4 поколение (1970-1980). Элементная база - большие интегральные схемы (БИС) и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС). Резкое уменьшение размеров компьютера. Появление персональных компьютеров.

5 поколение. Основными задачами разработчиков компьютеров пятого поколения являлись создание машин, способных делать логические выводы из представленных знаний, возможность ввода информации с помощью голоса, различных изображений.

1. Основные типы компьютеров

Условно компьютеры можно разделить на следующие типы: СуперЭВМ (Mainframe) - сверхпроизводительные системы, используются для решения особо сложных задач, связанных с обработкой больших объемов данных в режиме реального времени.

Мини-компьютеры рассчитаны на решение широкого круга задач, но имеют упрощенную организацию и меньшую стоимость по сравнению с суперЭВМ.

Персональные компьютеры в зависимости от конфигурации (полного описания набора и характеристик устройств, составляющих данный компьютер) они делятся на следующие категории.

Рабочие станции (Work Station), представляющие собой мощный компьютер, обычно основанный на двухпроцессорной платформе, имеющий большой объем оперативной памяти. В зависимости от решаемых задач рабочие станции бывают графическими, для научных расчетов или иного назначения. Графические рабочие станции комплектуют 3D-видеокартой профессионального класса, устройствами оцифровки и захвата видеосигнала, высокоточными сканерами и т.д.

Настольный компьютер (Desktop). Обычно их делят по назначению на офисные, домашние, игровые, дизайнерские, по производительности - на компьютеры начального уровня (Easy PC), среднего уровня (Mainstream), высшего класса (High End).

Ноутбук (Notebook) является переносным персональным компьютером. По производительности ноутбуки близки, а часто и превышают настольные ПК. Автономное функционирование обусловило высокие требования к режиму энергопотребления компонентов. В 2002 году появились так называемые настольные ноутбуки (Desk Note), которые не имеют аккумуляторов, но снабжены процессором для обычных настольных ПК, а иногда и адаптером 3D-графики высокого класса.

Планшетный ПК (Tablet PC) имеет отдельный сенсорный дисплей с возможностью рукописного ввода и специальное электронное перо.

Карманный ПК (Pocket PC) отличает невысокая производительность, не слишком удобный интерфейс. Однако, многие КПК можно подключить к установочной станции, тем самым, превратив их в полноценный настольный компьютер.

3.2. Основные принципы функционирования ПК.

Основное назначение компьютера - выполнять программы, каждая из которых представляет собой набор команд.

Функциональную схему компьютера можно представить следующим образом (рис 1) :

Рис. 3.1. Функциональная схема персонального компьютера.

Устройство, которое обрабатывает информацию, выполняет элементарные операции, называется процессором. Процессор представляет собой группу связанных устройств, реализованных в виде одной микросхемы. К ним относятся:

-АЛУ (арифметико-логическое устройство) - выполняет все виды арифметических и логических операций.

- УУ (устройство управления) - отвечает за выборку команд и порядок их выполнения.

Характеристиками микропроцессора служат быстродействие, тактовая частота и разрядность.

- Быстродействие - количество операций, производимых в 1 секунду, измеряется в бит/сек.

- Тактовая частота - количество тактов, производимых процессором за 1 секунду. Такт - промежуток времени, в течение которого может быть выполнена элементарная операция. Тактовая частота измеряется в Гц, Мгц.

- Разрядность процессора определяет размер машинного слова, обрабатываемого компьютером, т.е. количество бит, к которым процессор имеет одновременный доступ.

К внутренней памяти относят:

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство, RAM (Random Access Memory), память с произвольным доступом. Хранит данные, адреса и команды, обладает высокой скоростью записи и чтения. Является энергозависимой, так как хранит информацию только, пока компьютер включен. Основной характеристикой служит ее объем, измеряемый в байтах.

Для ускорения доступа к ОЗУ используется кэш-память. Это сверхбыстрая память, хранящая копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти и помещенная между оперативной памятью и процессором.

ПЗУ - постоянное запоминающее устройство, BIOS (Basic Input Output System), ROM (Read Only Memory), память только для чтения. Хранит неизменяемую программную и справочную информацию, занесенную в нее при изготовлении. Является энергонезависимой, т.е. при выключении компьютера данные сохраняются.

CMOS-память - изготовлена по технологии Complementary Metal-Oxide Semiconductor, полупостоянная память. Хранит информацию о конфигурации и настройке компьютера. При отключении питания данные в ней сохраняются за счет использования аккумулятора.

Внешняя память - это специальные самостоятельные устройства, предназначенные для долговременного хранения информации.

Для ввода и вывода информации используются устройства ввода/ вывода.

Все связи между отдельными устройствами объединены в локальную или системную шину. Шина - это кабель, состоящий из множества проводов. Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

- между микропроцессором и основной памятью;

- между микропроцессором и портами ввода/вывода внешних устройств;

- между основной памятью и портами ввода/вывода внешних устройств в режиме прямого доступа.

Все порты ввода/вывода через соответствующие унифицированные разъемы подключаются к шине непосредственно или через специальные устройства, аппаратно согласовывающие работу системы и дополнительного устройства - адаптеры или контроллеры.

Системная шина включает в себя шину данных (по ней непосредственно передается информация), шину адреса (на ней устанавливается адрес требуемой ячейки памяти или устройства, с которым будет происходить обмен информацией) и шину управления или синхронизации (по ней передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией).

Основные внутренние устройства компьютера (процессор, оперативная память) размещаются на системной или материнской плате. Контроллеры реализованы на отдельных платах, которые вставляются в специальные разъемы на материнской плате - слоты расширения.

Принцип открытой архитектуры заключается в том, что компьютер не является единым неразъемным устройством, а состоит из отдельных независимо изготовленных частей, которые могут быть заменены или дополнены новыми аппаратными средствами.

2.1. Состав персонального компьютера.

Основными устройствами персонального компьютера являются:

- системный блок;

- монитор;

- клавиатура.

В системном блоке расположены следующие устройства:

- микропроцессор;

- внутренняя память;

- контроллеры;

- дисководы для гибких магнитных дисков;

- накопитель на жестком магнитном диске (винчестер);

- дисководы для компакт-дисков;

- блок питания;

- счетчик времени;

- дополнительные устройства (модем, звуковая карта, вентиляторы и т.д.)

2.2. Устройства внешней памяти.

Эти устройства предназначены для долговременного и энергонезависимого хранения информации.

1. Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) в качестве носителя используют дискету - гибкий магнитный диск, помещенный в пластмассовый корпус. Дискета вставляется в дисковод, который вращается с постоянной угловой скоростью. Все дискеты перед использованием форматируются - обе поверхности разбиваются на концентрические окружности (дорожки), которые, в свою очередь, делятся на сектора. Одноименные сектора обеих поверхностей образуют кластеры. Магнитные головки осуществляют операции чтения/записи. Максимальная емкость - 2,88 Мб

2. Жесткий магнитный диск (винчестер, HDD-HardDisc Drive) представляет собой герметичный корпус, внутри которого расположено и несколько металлических дисков, покрытых магнитным слоем. Над ними движется блок чтения-записи. Основными характеристиками являются:

емкость (200 Гб и выше);

скорость чтения данных (≈8 Мбайт/с);

среднее время доступа (≈9 мс).

3. Накопители на оптических компакт-дисках. Представляет собой полимерный диск, покрытый металлической пленкой. Информация наносится на диск лазерным лучом, который создает на поверхности микроскопические впадины, разделяемые плоскими участками (для CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), в дисках CD-R (Compact Disc Recorder) и CD-RW (Compact Disc Rewritable) между металлической пленкой и основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные впадинам. Емкость них дисков -700 Мб.

DVD (Digital Versatile Disc) имеет те же габариты, похожий принцип работы, но гораздо большую емкость (от 4,7 Гб до 17 Гб) за счет записи с двух сторон диска и использования с каждой стороны одного или двух слоев информации.

4. Стример - устройство записи на магнитную ленту. По принципу действия стример похож на кассетный магнитофон. Используется для долговременного хранения резервных копий больших объемов информации. Емкость достигает нескольких Гб, время доступа к данным достаточно большое.

5. Флэш-память - устройство, выполненное на одной микросхеме и не имеющее подвижных частей. Имеют разную емкость, скорость передачи данных и энергопотребление. Используются как для хранения и переноса данных с компьютера на компьютер, так и в таких устройствах, как фотоаппараты, мобильные телефоны, цифровые камеры и др.

2.3. Устройства вывода.

1. Монитор - устройство вывода текстовой и графической информации на экран. Отображение информации на экране монитора возможно в двух режимах: символьном и графическом. В обоих случаях изображение составляется из отдельных точек (пикселей), каждая из которых имеет определенный цвет или яркость. В графическом режиме управление осуществляется для каждой точки, а в символьном - для группы точек, образующих прямоугольную матрицу.

Монитор подключается к видеокарте, которая установлена в слот расширения системной платы в системном блоке. Изображение во внутреннем машинном представлении хранится в видеопамяти, размещенной на видеокарте. Видеокарта обрабатывает графические изображения, многие видеокарты имеют дополнительные функции - прием изображений с внешнего источника, вывод изображения на внешние устройства. Основными характеристиками видеокарты являются:

- разрешающая способность - количество точек на единицу площади (640X480, 1024X768), первое число - количество точек по вертикали, второе - количество точек по горизонтали;

- цветовой режим - количество цветов, в которые может быть окрашена каждая точка. (Low Color - 256 цветов, High Color - 65 тыс. цветов, True Color - 16 млн. цветов);

- максимальная частота развертки - частота обновления кадров, чем она выше, тем меньше будет «рябить» экран монитора, минимально допустимое значение - 75 Гц, норма - 85 Гц, комфортное значение - 100 Гц;

- объем видеопамяти - чем больше объем видеопамяти, тем качественнее изображение на экране.

Основными характеристиками монитора являются:

-размер экрана по диагонали (измеряется в дюймах);

-размер зерна экрана - это минимальный размер пикселя, который может быть получен в данном мониторе, размер зерна изменить нельзя, а размер пикселя зависит от видеоадаптера.

Различают мониторы на ЭЛТ (электронно-лучевая трубка) и плоскопанельные мониторы (LCD, плазменные и др.).

Жидкокристаллические (LCD Liquid Crystal Display) - имеют панели, ячейки которых содержат жидкие вещества, обладающие некоторыми свойствами, присущими кристаллам. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электрического поля могут менять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча, проходящего сквозь них.

2. Принтеры.

Предназначены для вывода текстовой и графической информации бумагу или другой твердый носитель.

Матричные - принтеры ударного действия. Печатающая головка состоит из вертикального столбца маленьких стержней, которые оставляют следы от удара через красящую ленту. Печатающая головка, перемещаясь вдоль бумаги, оставляет строку символов. Недостатками являются медленная печать, низкое качество печати и высокий уровень шума.

Струйные - микрокапли чернил выбрасываются на бумагу под давлением из ряда мельчайших отверстий. Печатающая головка тоже и. умещается вдоль бумаги, оставляя строку символов или полоску изображения. Качество печати определяется количеством точек на дюйм (dpi). Качество печати у них значительно выше, чем у матричных, ниже уровень шума и выше скорость печати. Но эти принтеры требовательны к бумаге, на бумаге низкого качества чернила расплываются.

Лазерные - работают по принципу ксерографии, выполняют постраничную печать, что ведет к значительному увеличению скорости печати. Имеют почти типографское качество печати, практически без шума. Разрешающая способность лазерных принтеров достигает 1200 dpi и выше.

3. Плоттеры (графопостроители) - устройства для вывода широкоформатной графической информации на бумагу (электрических схем, плакатов и т.д.). Принципиальное их отличие от принтеров заключается в способности наносить непрерывные линии.

2.4. Устройства ввода информации.

1. Клавиатура - основное стандартное устройство управления и ввода информации. С помощью клавиатуры вводятся алфавитно-цифровые данные и реализуется управление работой компьютера. Стандартная клавиатура имеет 101 клавишу. Клавиши делят на пять основных блоков:

- алфавитно-цифровые;

- специальные;

- цифровые (обычно отсутствует в ноутбуках);

- функциональные;

- навигационные или клавиши управления курсором.

2. Мышь - оптико-механический манипулятор, используется при вводе графической информации, а также для управления работой компьютера. Бывают оптико-механическими, оптическими, лазерными.

К устройствам ввода также относятся трекбол, в котором рабочим органом является металлический шар, покрытый резиной. В отличие от мыши этот шар в трекболе вращается непосредственно рукой.

3. Сенсорная панель - обычно используется в портативных компьютерах, представляет собой прямоугольную панель, чувствительную к нажатию пальцев.

4. Сенсорный экран по принципу работы аналогичен сенсорной панели, с той разницей, что для перемещения курсора, нужно непосредственно прикасаться к экрану.

5. Сканер - устройство для ввода в компьютер графической информации и текстовых документов. Сканируемое изображение освещается светом. Отраженный свет проецируется на движущуюся линейку фотоэлементов, которая последовательно считывает изображение и преобразует его в цифровой код. Программы оптического распознавания символов преобразовывают отсканированный текст из графического формата в текстовый, что дает возможность его дальнейшего редактирования.

Сканеры характеризуются разрешающей способностью dpi, максимальным форматом сканируемого документа, различением цвета.

6. Дигитайзер - устройство поточечного координатного ввода графических изображений. Они позволяют достаточно точно вводить сложные изображения.

К устройствам ввода также относят цифровые камеры, микрофон и т.д.

2.5. Другие дополнительные устройства.

Модем - устройство для передачи цифровой информации по телефонным или выделенным линиям. Модем (модулятор/демодулятор) преобразует аналоговую информацию и цифровую и наоборот. Необходим при подключении к сети Интернет с помощью телефонных линий. Наиболее важной характеристикой модема являются максимальная скорость передачи (пропускная способность) в бодах (1 бод=1 бит/с), методы коррекции ошибок и сжатия данных.

Сетевая карта - устройство для высокоскоростного межкомпьютерного обмена цифровой информацией на небольших расстояниях. Она связана с аналогичным устройством другого компьютера высокочастотной линией.

Звуковая карта преобразует звук из аналоговой формы в цифровую.