Учебно-методический комплекс по дисциплине «Информатика»

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 2

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН

УНИВЕРСИТЕТ «ТУРАН»

Абуов Е.Э.

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Информатика»

Раздел:
«Аппаратное обеспечение компьютера»

Краткий конспект лекций

Методические материалы для лабораторных занятий

Методические рекомендации по СРСП и СРС

Для студентов специальности 050703 – «Информационные системы»

АЛМАТЫ, 2005

Учебно-методический комплекс составлен старшим преподавателем Абуовым Е.Э. на основании государственного стандарта образования по направлению подготовки специальности 050703-«Информационные системы» в соответствии с рабочим учебным планом специальности, утвержденным
«___» ______________ 2005 г.

Рассмотрено на заседании кафедры информационные технологий.

«___» _________________ 2005 г. Протокол №___.

Зав. кафедрой информационных технологий _______________ Тусупова С.А.

Одобрено на заседании Учебно-методического совета университета.

«___» _________________ 2005 г. Протокол №___.

Председатель _______________ Тазабеков К.А.

Содержание

Краткий конспект лекции №2............................................................................................................... 4

Методические материалы для лабораторного занятия №2.............................................................. 18

Методические рекомендации по СРСП №2...................................................................................... 21

Методические рекомендации по СРС №2......................................................................................... 22

Краткий конспект лекции №2

Тема: «Аппаратное обеспечение компьютера».

Количество часов: 1.

Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ)

Компьютер — это многофункциональное электронное автоматическое устройство для накопления, обработки и передачи информации.

Рис. 1

Работа компьютера имитирует (моделирует) информационную деятельность человека. Но компьютер — техническое устройство, поэтому для того, чтобы он выполнил определенные действия, им нужно управлять. Компьютер действует как автоматический формальный исполнитель алгоритмов обработки информации. Это главное свойство любого компьютера. Автоматизм в его работе означает, что некоторые свои действия он выполняет без вмешательства человека в соответствии со следующими общими принципами:

1. Двоичное кодирование информации;

2. Программное управление работой компьютера (идея Чарльза Бэббиджа);

3. Хранимая программа (по предложению американского математика Джона фон Неймана (1903-1957).

Наряду с данными каждая команда программы работы компьютера, кодируемая определенной последовательностью из нулей и единиц, помещается как число в одной из ячеек оперативной памяти.

Современный компьютер — это единство аппаратных средств (hardware) и программного обеспечения (software). Компьютерная программа — это закодированная информация о действиях, которые предписывается выполнить компьютеру, алгоритм для исполнения компьютером, записанный или на языке машинных двоичных кодов, или на специальном языке программирования. Чтобы на компьютере можно было решать задачи, нужна совокупность программ — программное обеспечение.

Устройство управления (УУ) процессора воспринимает, считывая из оперативной памяти, команду за командой, анализирует, а затем организует ее выполнение, используя соответствующие устройства компьютера. Эти устройства произведут действие: напечатают на бумаге, выведут на экран, воспримут с клавиатуры, занесут на магнитный диск и т.д. Для выполнения команд самим процессором в нем предусмотрено арифметико-логическое устройство (АЛУ). Выполнив одну команду из оперативной памяти, компьютер переходит к следующей команде и так, пока не встретит команду на окончание работы или команду, которую не сможет выполнить.

Основными компонентами компьютера являются: процессор, память и устройства ввода-вывода (Рис. 2). Процессор и память – это центральные устройства компьютера. Указанная ниже схема отражает циркуляцию информационных потоков в компьютере.

Рис. 2. Информационные потоки в компьютере

Особенности работы процессора и оперативной памяти

Внешне процессор – это маленькая металлическая или керамическая плоская коробочка (Рис. 3). Именно он руководит работой всех частей ЭВМ. Конечно, «главнокомандующий» процессор сам всего лишь исправно исполняет команды, подготовленные для него человеком.

Рис. 3

Оперативная память – это запоминающее устройство, предназначенное для хранения информации, непосредственно участвующей в процессе выполнения операций, выполняемых процессором.

Оперативную память называют еще по другому «Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)», или просто «память» (как в приведенной выше схеме). Информационный объем оперативной памяти персонального компьютера обычно составляет от 32 до 256 Мб и выше.

Оперативная память является энергозависимым устройством: при выключении питания ее содержимое полностью стирается.

Внешний вид модуля (чипа) оперативной памяти приведен на Рис. 4.

Рис. 4

Процессор связан только с оперативной памятью. Как это согласуется с тезисом, что именно процессор управляет всеми устройствами и, следовательно, связан с каждым из них? Дело в том, что указанная схема в первую очередь отражает не процессы управления в компьютере, а циркуляцию в нем информационных потоков. Она подчеркивает, что вся информация в компьютере поступает только в оперативную память и выдается именно из нее.

Кроме того, у центрального процессора есть помощники – контроллеры, которые управляют периферийными устройствами и каналами связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления данным оборудованием.

В каждом современном компьютере имеется еще и сверхоперативная память, называемая кэш-памятью. Она предназначена для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и скорости ее извлечения из оперативной памяти. Для работы с кэш-памятью имеется специальный контроллер, который анализирует выполняемую программу и пытается определить, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и загружает их в кэш-память.

Конечно, бывают как попадания, так и промахи. Отношение числа попаданий к числу промахов определяет эффективность кэширования. Современные процессоры имеют, как правило, встроенную кэш-память объемом 128—256 Кб.

Но и этим не исчерпывается внутренняя память компьютера. Каждый компьютер имеет постоянное запоминающее устройство (сокращенно ПЗУ). Это энергонезависимая память, используемая для хранения информации, которая никогда не изменяется: из ПЗУ информацию можно только считывать.

Важную роль играет и перепрограммируемая постоянная память (флэш-память). Это тоже энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись всего содержимого.

Во флэш-памяти хранится так называемая BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) – совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения компьютера и для загрузки операционной системы в оперативную память.

ОСНОВНЫЕ ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА

Видеокарта (видеоакселератор)

Информация о том, что в каждый момент времени должно отображаться на экране, хранится еще в одном специальном устройстве, называемом видеопамятью. Для нее в компьютере имеется особое устройство, называемое видеокартой, или графическим ускорителем (Рис. 5).

Рис. 5

Видеокарту можно рассматривать как самостоятельный специализированный компьютер: в нем есть и свой процессор, и оперативная память (та самая видеопамять, о которой идет речь), и ПЗУ с программой, управляющей работой процессора видеокарты.

Видеокарту не зря называют графическим ускорителем. Если бы выводом информации на экран занимался сам центральный процессор, то вряд ли он мог бы делать еще что-то: ведь от него требовалось бы передавать по мегабайту информации чуть ли по 100 раз в секунду! Процессор видеокарты настолько интенсивно и жарко работает, что закрыт радиатором охлаждения, а в самых современных видеокартах даже используются вентиляторы. Этот «компьютер в компьютере» работает даже тогда, когда другие устройства компьютера «отдыхают» — если на дисплее есть изображение, значит видеокарта работает на полную мощность.

На Рис. 5 цифрой «1» обозначен процессор, цифрой «2» — микросхемы видеопамяти.

Управляет работой этого процессора маленькая микросхема, в постоянном запоминающем устройстве которой заложена программа. Эта микросхема обозначена на рисунке цифрой «3». Информация в видеопамять попадает из оперативной памяти по специальному разъему, обозначенному цифрой «4». (Ее объем составляет от 1 до 32 Мбайт). Обработанная видеопроцессором информация через разъем 5 подается на монитор.

МОНИТОР

Назначение монитора понятно и хорошо известно: он должен визуально представлять (в том числе в интерактивном режиме) информацию, обрабатываемую компьютером.

Часто употребляются разные термины для обозначения устройства ввода-вывода информации: дисплей, монитор. Мы будем считать эти слова синонимами в применении к современным персональным компьютерам.

Изображение на цветном мониторе создается тремя электронными лучами, каждый из которых «отвечает» за свой цвет. За доли секунды лучи обегают весь экран. Экран же покрыт люминофором, который обладает способностью гаснуть не сразу. Все вместе и создает иллюзию постоянного изображения.

Количество пикселей на экране – одна из важнейших характеристик, определяющих качество изображения. Необходимо при этом указывать не общее количество пикселей, а то, сколько их умещается в одной строке и сколько строк располагается на экране. Полученная характеристика называется разрешением данного графического режима. Применяются, например, VGA-разрешение, предусматривающее 640 х 480 пикселей на экране, SVGA-разрешение, имеющее 800 х 600 пикселей, и т. д. Один и тот же экран может допускать различное разрешение, которое является характеристикой именно графического режима, поддерживаемого данной видеокартой, а не только монитора. И еще об одной характеристике монитора стоит упомянуть. Если в обычном телевизоре изображение меняется 25 раз в секунду, то на компьютерном мониторе — в зависимости от его качества — от 60 до 120 раз в секунду (Гц). Чем чаще меняется изображение, тем меньше заметно мерцание и тем меньше устают глаза. При длительной работе на компьютере рекомендуется обеспечить частоту не менее 85 Гц.

КЛАВИАТУРА

Клавиатура является стандартным устройством ввода символьной информации, а также сигналов управления компьютером. Символьная клавиатура, называемая обычно алфавитно-цифровой (вероятнее всего, из-за похожести на клавиатуру пишущей машинки), и малая цифровая клавиатура (при включенном индикаторе Num Lock) позволяют вводить текстовую информацию, которая, как правило, тут же отображается на экране дисплея. Место появления символа при очередном нажатии символьной клавиши указывается курсором, который имеет форму в зависимости от того, какой режим ввода (или редактирования) информации включен. Перемещение курсора по экрану осуществляется нажатием клавиши управления курсором; к ним относятся клавиши со стрелками, а также клавиши Home, End, Page Up, Page Down, Tab. Традиционное назначение этих клавиш приведено ниже.

Имеются также клавиши изменения регистра (Shift) или перехода с нижнего регистра клавиатуры на верхний (Caps Lock); в первом случае изменение регистра производится без фиксации этого изменения (т. е. изменение имеет место, пока нажата клавиша, во втором — с фиксацией верхнего регистра для буквенных клавиш).

Клавиши Delete, Backspace и Insert (нередко обозначаемые Del, BS, Ins) предоставляют возможность изменять вводимый с клавиатуры текст.

При выключенном индикаторе Num Lock цифровые клавиши малой клавиатуры работают как клавиши управления курсором и клавиши изменения текста.

К клавишам управления в первую очередь следует отнести клавиши Enter (Ввод) и Esc (сокращение от английского Escape — Выход). Их название определяется их назначением: нажатие клавиши Enter сигнализирует компьютеру, что закончился ввод очередной порции информации и надо начинать ее обработку; клавиша Esc, наоборот, сообщает компьютеру об отмене предыдущего указания или о прекращении работы по данной программе и выходе из нее. Еще три управляющие клавиши — Print Screen, Scroll Lock, Pause/ Break — выдают на печать информацию, видимую на экране монитора (при работе в MS DOS), или пересылают копию ее на экране в буфер обмена (при работе в Windows), осуществляют «прокрутку» информации на экране, и, наконец, приостанавливают/прекращают работу программы.

Кроме управляющих клавиш постоянного назначения, имеются программируемые клавиши управления. Это так называемые функциональные клавиши F1 – F12. Принято клавишу F1 программировать на получение помощи (подсказки) при работе с программой, которая исполняется в этот момент компьютером.

Клавиши Ctr l и Alt, как правило, самостоятельно не используются. Зато при одновременном нажатии одной из этих клавиш с любой другой клавишей алфавитно-цифровой клавиатуры или клавишей управления курсором, меняется назначение последней. Назначение таких комбинаций, как правило, тоже программируется и может весьма различаться в зависимости от программы.

ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ