Задание для группы 24ОВП на 21.05
материал

Тема: Технические средства информации.

Цель: Ознакомление с техническими средствами информации

План лекции:

1. Классификация технических средств информации.
2. Устройства обработки информации. Периферийные устройства.
3. Компьютер - исполнитель команд.
4. Программный принцип работы компьютера.
5. Принципиальная схема компьютеров. Структура (архитектура) современных компьютеров.

Главный объект, с которым работает любой компьютер – это информация. Как и человек, компьютер обрабатывает разного рода информацию: текст, графику, звук, видео и т.д. В представлении компьютера информация – это вереница из нулей и единиц. Человеку в таком виде воспринимать информацию нереально.

Технические средства информатизации– это совокупность систем, машин, приборов, механизмов, устройств и прочих видов оборудования, предназначенных для автоматизации различных технологических процессов информатики, причем таких, выходным продуктом которых является информация (данные), используемые для удовлетворения информационных потребностей в разных областях деятельности общества.

Все технические средства информатизации в зависимости от выполняемых функций можно разделить на шесть групп:

• Устройства ввода информации :текста (клавиатура); местоуказания (мышь, световое перо, трекбол, графический планшет, джойстик); мультимедиа (графика (сканер и цифровая фотокамера), звук (магнитофон, микрофон), видео (веб-камера, видеокамера).
• Устройства вывода информации: текста (монитор); мультимедиа (графика (принтер, плоттер), звук (наушники, акустические системы), видео (видеомагнитофон, видеокамера).
• Устройства обработки информации: микропроцессор; сопроцессор.
• Устройства передачи и приема информации: модем; сетевая карта.
• Многофункциональные устройства: устройства копирования; устройства размножения; издательские системы.
• Устройства хранения информации HDD - hard disk drive - накопители на жёстких магнитных дисках – «винчестеры»; SDD - solid state drive - твердотельный накопитель; карты памяти и flash-диски; внешние диски.

Запоминающее устройство — носитель информации, предназначенный для записи и хранения данных.  Устройства хранения информации делятся на 2 вида: 

• внешние (периферийные) устройства
• внутренние устройства

К внешним устройствам относятся магнитные диски, CD, DVD, BD, cтримеры, жесткий диск, а также флэш-карта. Внешняя память дешевле внутренней, создаваемой обычно на основе полупроводников. Кроме того, большинство устройств внешней памяти может переноситься с одного компьютера на другой. Главный их недостаток в том, что они работают медленнее устройств внутренней памяти.

Внешние:

• НГМД (накопитель на гибких магнитных дисках), практически не используется.

• НЖМД (накопитель на жестких магнитных дисках) -это прочный металлический корпус, полностью герметичен и защищает дисковод от частичек пыли, экранирует накопитель от электромагнитных помех. Диск представляет собой круглую пластину с очень ровной поверхностью чаще из алюминия, реже - из керамики или стекла, покрытую тонким ферромагнитным слоем. Магнитные головки считывают и записывают информацию на диски. Пакет дисков, смонтированный на оси-шпинделе, приводится в движение специальным двигателем, компактно расположенным под ним.

Основные параметры жесткого диска:

• Емкость – винчестер имеет объем от 40 Гб.
• Скорость чтения данных.
• Среднее время доступа. Измеряется в миллисекундах и обозначает то время, которое необходимо диску для доступа к любому выбранному вами участку.
• Скорость вращения диска. Показатель, напрямую связанный со скоростью доступа и скоростью чтения данных. Скорость вращения жесткого диска в основном влияет на сокращение среднего времени доступа (поиска). Повышение общей производительности особенно заметно при выборке большого числа файлов.
• Размер кэш-памяти – быстрой буферной памяти небольшого объема, в которую ПК помещает наиболее часто используемые данные. Винчестер имеет свою кэш-память.
• Фирма-производитель. Например, Fujitsu, Maxtor, Samsung, Seagate, Toshiba и Western Digital. Каждая модель одного производителя имеет свои, только ей присущие особенности.

• Стримеры– устройства записи на магнитную ленту. Однако возможности этой технологии, как по емкости, так и по скорости, сильно ограничены физическими свойствами носителя. Стример по принципу действия очень похож на кассетный магнитофон. Данные записываются на магнитную ленту, протягиваемую мимо головок. Недостатком стримера является слишком большое время последовательного доступа к данным при чтении. Емкость стримера достигает нескольких Гбайт, что меньше емкости современных винчестеров, а время доступа во много раз больше

• Flash-карта - Устройства, выполненные на одной микросхеме (кристалле) и не имеющие подвижных частей, основаны на кристаллах электрически перепрограммируемой флэш-памяти. Физический принцип организации ячеек флэш-памяти можно считать одинаковым для всех выпускаемых устройств, как бы они ни назывались. Различаются такие устройства по интерфейсу и применяемому контроллеру, что обусловливает разницу в емкости, скорости передачи данных и энергопотреблении.

• USB Flash Drive – последовательный интерфейс USB с пропускной способностью от 12 Мбит/с или его современный вариант USB 2.0, USB 3.0 Сам носитель заключен в обтекаемый компактный корпус. Основные параметры - емкость и скорость работы. Может служить не только «переносчиком» файлов, но и работать как обычный накопитель – с него можно запускать приложения, воспроизводить музыку и сжатое видео, редактировать и создавать файлы.

PC Card (PCMCIA ATA) – основной тип флэш-памяти для компактных компьютеров

Miniature Card (MC) – карточка флэш-памяти, предназначена в основном для карманных компьютеров, мобильных телефонов и цифровых фотокамер.

xD Picture Card (extreme Digital) является новым типом флэш-памяти, разработанным компанией Toshiba специально для цифровых фотоаппаратов.

Оптические CD, DVD, BD CD (Compact Disc)- оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи/считывания информации на/c который осуществляется при помощи лазера. По своим характеристикам они полностью идентичны обычным музыкальным компакт-дискам. Данные на диске записываются в виде спирали (в отличие от винчестера, данные на котором располагаются в виде концентрических окружностей).

DVD (Digital Versatile Disk, ранее Digital Video Disk), т. е. многоцелевой цифровой диск – тип компакт-дисков, хранящий от 4,7 байт информации. Спецификаций DVD-ROM рассматривает диски и технологию DVD в качестве средства хранения компьютерных данных, обладающего громадной емкостью. DVD по структуре данных бывают четырёх типов: 

• DVD-видео — содержат фильмы (видео и звук);
• DVD-Audio — содержат аудиоданные высокого качества (гораздо выше, чем на аудио-компакт-дисках);
• DVD-Data — содержат любые данные;
• смешанное содержимое.

BD (Blu-ray - англ. blue ray — синий луч и disc — диск) — формат оптического носителя, используемый для записи и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости с повышенной плотностью. В новой технологии появились кардинальные изменения в логической структуре диска, стоимости и других параметрах.

Магнитно-оптические диски — носители информации, сочетающие свойства оптических и магнитных накопителей. В последнее время все более широкое признание получает магнитооптическая технология, которая использует магнитные и оптические механизмы записи и чтения; все чаще магнитооптические накопители используются для хранения больших объемов информации.

2 К внутренним устройствам относятся оперативная память, кэш-память, CMOS-память, BIOS. Главным достоинством является скорость обработки информации. Но в то же время устройства внутренней памяти довольно дорогостоящи.

• Оперативная память(ОП)
• Кэш-память
• CMOS-память
• BIOS

Как следует из приведенной выше классификации, большая часть современных технических средств информатизации в той или иной мере связана с ЭВМ – персональными компьютерами (ПК).

Основные (стандартные) устройства:

• системный блок;
• монитор;
• клавиатура.

Устройства ввода и вывода являются непременным и обязательным элементом любой ЭВМ, начиная с самой первой и заканчивая современными ПК, поскольку именно эти устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с вычислительной системой.

Устройства ввода: сканер, дигитайзер, цифровая фотокамера, графический планшет.

Устройства вывода: принтер, графопостроитель.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ): дисководы для работы с магнитными и лазерными дисками, стример.

Устройства управления: мышь, трекбол, контактная панель, джойстик.

Устройства, выполняющие одновременно функции ввода и вывода информации в/из ПЭВМ: модем, звуковая приставка, сетевая плата. Все устройства ввода/вывода персонального компьютера относятся к периферийным устройствам, т.е. подключаемым к микропроцессору через системную шину и соответствующие контроллеры.

Главным устройством ПК является микропроцессор, обеспечивающий в наиболее общем случае управление всеми устройствами и обработку информации. Для решения специфических задач ПК оснащаются сопроцессорами. Эти устройства относятся к устройствам обработки информации.

Устройства передачи и приема информации (или устройства связи) являются непременными атрибутами современных информационных систем, которые все больше приобретают черты распределенных информационных систем, в которых информация хранится не в одном месте, а распределена в пределах некоторой сети.

Модем (модулятор-демодулятор) – устройство, преобразующее информацию в такой вид, в котором ее можно передавать по телефонным линиям связи. Внутренние модемы имеют PCI-интерфейс и подключаются непосредственно к системной плате. Внешние модемы подключаются через порты COM или USB.

Сетевой адаптер (сетевая плата) – электронное устройство, выполненное в виде платы расширения (может быть интегрирован в системную плату) с разъемом для подключения к линии связи.

Устройства хранения информации занимают не последнее место среди всех технических средств информатизации, поскольку используются для временного (непродолжительного) или длительного хранения обрабатываемой и накапливаемой информации.

Многофункциональные устройства стали появляться сравнительно недавно. Отличительная особенность этих устройств заключается в сочетании целого ряда функций (например, сканирование и печать или печать и брошюровка печатных копий, и т.д.) по автоматизации действий пользователя.

Основные компоненты системного блока

Корпус системного блока обычно имеет один из двух вариантов исполнения: настольный вариант горизонтального типа (Desktop) и настольный вариант вертикального типа - башня. Последний имеет модификации: Tower, MinuTower, ATX (используется в последних моделях ПЭВМ) и пр.

Системный блок содержит: системную плату, дисковод для работы с гибкими дисками (НГМД), жесткий диск, порты ввода-вывода (разъемы), блок питания, громкоговоритель.

Основным элементом является системная плата. На системной плате располагаются: микропроцессор; сопроцессор (может отсутствовать); модули оперативной памяти; микросхемы быстрой памяти (КЭШ); микросхема базовой системы ввода-вывода (BIOS); системная шина; адаптеры и контроллеры (платы расширения), управляющие работой различных устройств (дисководами, монитором, клавиатурой, мышью и т.д.). На ней расположено большое количество внутренних и внешних разъемов и различных вспомогательных микросхем. Тип чипсета, наряду с количеством и назначением разъемов, является основной характеристикой материнской платы.

Микропроцессор (процессор, МП) - это микросхема, которая производит все арифметические и логические операции, осуществляет управление всем процессом решения задачи по заданной программе. По мере развития технологий производства микросхем и совершенствования архитектуры компьютеров все больше функций центрального процессора, особенно управляющих, передается другим устройствам, являющимся, специализированными процессорами. Наиболее мощным из таких специализированных процессоров является графический процессор, контроллеры. Они выполняют обработку данных параллельно с центральным процессором.

Главные характеристики процессора:

Разрядность. Микропроцессор, как и любое устройство ЭВМ, работает лишь с двоичными числами. Максимальная длина (количество разрядов) такого числа, которое может обрабатывать микропроцессор, есть его разрядность.

Тактовая частота. Такт - время выполнения процессором элементарной внутренней операции. Тактовая частота (ТЧ) - это количество тактов, выполняемых процессором в секунду.

Платы и микросхемы запоминающих устройств (ЗУ).

Запоминающие устройства предназначены для хранения программ и данных и делятся на несколько видов: оперативные (ОЗУ), кэш-память, постоянные (ПЗУ), внешние.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - неотъемлемая часть любой ЭВМ. Это быстродействующее ЗУ сравнительно небольшого объема, реализованное в виде набора микро микросхем. Именно в ОЗУ хранится выполняемая процессором в теку текущий момент программа и необходимые для нее данные. Она представляет собой модули памяти, состоящие из электронных микросхем и вставляемые в разъемы {слоты) на материнской плате. Эта память является энергозависимой, и ее содержимое теряется при выключении компьютера. Характеристики основной памяти заметно совершенствуются по мере развития технологии.

Характеристики ОЗУ: объем памяти; время выборки данных из ОЗУ.

Кэш-память. Это сверхбыстродействующее ОЗУ Используется для ускорения операций в памяти ПЭВМ. В кэш-память записывается та часть информации из ОЗУ, с которой процессор работает в данный момент.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Эта часть памяти доступна лишь для чтения данных и программ. В IBM-совместимых ПЭВМ ПЗУ реализовано отдельной микросхемой, в нем хранится часть операционной системы - базовая система ввода-вывода (BIOS). Она обеспечивает включение ПЭВМ в работу и тестирование его устройств.

Системная шина, шины - комплекс проводных каналов связи, соединяющих различные компоненты системной платы ПЭВМ. Конструктивно выполнены заодно с платой.

Разъемы плат расширения, Порты.

Аппаратное обеспечение компьютера – это все устройства, входящие в его состав и обеспечивающие его исправную работу. Несмотря на разнообразие компьютеров в современном мире, все они строятся по единой принципиальной схеме, основанной на фундаменте идеи программного управления Чарльза Бэббиджа(середина XIX в). Эта идея была реализована при создании первой ЭВМ ENIAC в 1946 году коллективом учёных и инженеров под руководством известного американского математика Джона фон Неймана, сформулировавшего следующие общие принципы:

1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
2. Принцип однородности памяти. Программа и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).
3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступа любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к заполненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использование присвоенных имен.

Структуру (архитектуру) современных компьютеров называют неймановской.

Контрольные вопросы к лекции:

1. Что такое технические средства информатизации?
2. Классификация технических средств информации.
3. Что такое периферийные устройства.
4. Что такое магистрально-модульный принцип и принцип открытой архитектуры строения ПК.
5. Что такое неймановская структуру компьютеров.

Практические задания для самостоятельной работы:

1. Изобразите структуру (архитектура) современных компьютеров.
2. Подготовьте презентационный материал по теме «Основные компоненты системного блока»