|
|
СТРУКТУРА КОМПЬЮТЕРА И ПРИНЦИПЫ ЕГО РАБОТЫ
Электронная вычислительная машина (ЭВМ, компьютер) – это универсальная программируемая машина для автоматической обработки информации.
Универсальность компьютера обозначает, что он может решать много различных задач, а не какую-нибудь одну.
Понятие автоматическая обозначает, что после запуска машина может работать без вмешательства человека - пользователя.
Понятие программируемая обозначает, что пользователь заранее определяет, какие действия должна выполнять машина.
Информация, которую обрабатывает компьютер, должна быть выражена словами или числами и представлена внутри машины (закодирована) двоичными числами. Машина может сама кодировать различную информацию. При этом пользователь может не знать, как осуществляется это кодирование.
Взаимодействие между компьютером-машиной и пользователем-человеком осуществляется с помощью команд.
Команды – это обычные слова, с помощью которых пользователь сообщает машине, что надо делать. Пользователь набирает эти слова на клавиатуре компьютера, как на обычной пишущей машинке.
Каждый компьютер может воспринимать только несколько десятков различных команд.
Совокупность команд, которые может воспринимать компьютер, называется системой команд компьютера. Машины различных типов могут иметь различные системы команд.
Система команд компьютера и правила их использования образуют язык машины.
Любая работа по обработке информации в компьютере сводится к последовательности действий, которые можно описать командами этого компьютера. Сама такая работа по обработке информации называется задачей, а ее выполнение на компьютере – решением задачи
.Последовательность команд, необходимых для решения задачи, называется программой
.Программы для решения практических задач бывают очень большими и содержат сотни тысяч команд.
Программу вводят в машину через клавиатуру или переносят с другой машины с помощью дисков (или дискет). После ввода программа записывается в памяти машины и может храниться там до тех пор, пока она будет нужна. Одновременно в памяти компьютера может быть записано много программ. Компьютер различает их по именам, которые устанавливаются пользователем.
Чтобы запустить программу – начать ее выполнять, – надо задать компьютеру имя программы (например, ввести его через клавиатуру) и нажать на специальную клавишу на клавиатуре.
Пользователь не обязан знать, из каких команд состоит программа. Чтобы использовать программу, ему достаточно знать:
Хорошая программа подсказывает пользователю ответы на эти вопросы. Если такой подсказки нет, пользователь может найти ответы в описании программы – специально составленном для этих целей документе.
Принципы работы всех современных компьютеров очень похожи. Структуру любого компьютера можно представить в виде, показанном на Рис. 2.1.
Рис. 2.1. Структура современного компьютера.
Толстые линии, соединяющие отдельные блоки на этой схеме, обозначают передачу информации.
Разные компьютеры могут различаться между собой устройствами ввода и вывода, характеристиками этих и других устройств, которые определяют возможности этих устройств.
Совокупность устройств, которые включает в себя компьютер, называется конфигурацией компьютера
.Каждый компьютер, независимо от его конфигурации, имеет:
Эти устройства образуют базовую конфигурацию компьютера.
Компьютер может работать только с двоичными числами. Эти числа обрабатываются в специальных электронных схемах, которые называются регистрами
.Каждый регистр может запоминать двоичное число определенной длины, составленное из нулей и единиц. Длина этого числа зависит от физического размера регистра. Обычно все регистры одной модели компьютера имеют одинаковый размер. Этот размер называется разрядностью компьютера. Разрядность характеризует количество информации, которую компьютер может обрабатывать одновременно.
В настоящее время наиболее распространенными являются различные модели 32-разрядных компьютеров.
В памяти машины записываются программа и данные
– закодированная информация, которая обрабатывается машиной. По своему виду команды программы не отличаются от данных – и те, и другие являются двоичными числами.Различают внутреннюю и внешнюю память.
Внутренняя память машины образована сотнями тысяч или миллионами одинаковых элементов памяти –
ячеек памяти. Ячейки памяти пронумерованы, и номер каждой ячейки называется ее адресом. Наименьший адрес всегда одинаков – это 0. Наибольший адрес определяет размер внутренней памяти RAM (Random Access Memory – память со случайным доступом). Такое название отражает основное свойство внутренней памяти – информацию из произвольной ячейки памяти можно получить сразу, в отличие от памяти с последовательным доступом SAS (Sequential Access Storage) такой, как лента стримера - магнитофона, где для получения информации необходимо подвести элемент памяти с информацией на ленте к головке магнитофона.Все элементы памяти имеют одинаковый размер. Этот размер не совпадает с разрядностью компьютера, хотя с ней связан. А именно, разрядность компьютера кратна размеру элемента памяти.
В современных компьютерах чаще всего нумеруют байты или слова – наборы по несколько байт. В самых популярных компьютерах PC IBM нумеруют слова по 2 байта каждое. Одновременно при этом команды компьютера обеспечивают доступ к каждому байту памяти в отдельности.
Кроме внутренней памяти, современные компьютеры имеют сверхбыструю внутреннюю память – кэш-память. Обмен информацией с такой памятью выполняется в несколько раз быстрее, чем с памятью RАM. Программы используют кэш-память для ускорения работы.
Электронные схемы, которые реализуют память, называются чипами. Чипы очень компактны. Например, один чип памяти в виде квадратной пластинки со стороной 38 мм может содержать 4 млн. ячеек памяти.
Для решения многих задач внутренняя память недостаточна. Так, например, для хранения в памяти компьютера одного рисунка может понадобиться несколько сот килобайт или даже несколько мегабайт памяти. Для хранения больших объемов информации используют особые устройства, которые образуют внешнюю память компьютера. Обычно для этого используют магнитные ленты или вращающиеся магнитные диски, которые работают по тому же принципу, что и магнитная лента в магнитофоне: на пластиковый или металлический диск нанесен тонкий слой магнитного материала, структура которого перестраивается под воздействием магнитного поля и может оставаться такой очень долго – сотни лет.
С другой стороны, магнитные диски и магнитные ленты – это устройства внешней памяти разных типов.
Магнитный диск – это память с прямым доступом RAM. С помощью механических устройств можно прямо подвести головку для считывания или записи информации к любой точке поверхности диска, то есть к любому элементу памяти.
Магнитная лента – это устройство памяти с последовательным доступом SAS. Элементы памяти расположены на ней последовательно один за другим в порядке увеличения адресов элементов. Для того, чтобы подвести головку для считывания или записи информации к некоторому элементу памяти, необходимо последовательно провести ее над элементами с меньшими адресами, если при предыдущем обращении к этой ленте компьютер работал с элементом памяти с меньшим адресом (при этом лента перематывается в прямом направлении), или, наоборот, надо провести ее над элементами с большими адресами, если компьютер работал с элементом памяти с большим адресом (лента перематывается в обратном направлении). Современные компьютеры редко используют магнитные ленты.
Обмен информацией с устройствами внешней памяти происходит намного медленнее, чем с внутренней памятью. Скорость такого обмена определяется физической скоростью вращения катушки магнитофона или оси магнитного диска.
Во внешней памяти компьютера постоянно хранятся различные наборы данных
– программы, входные и выходные данные к ним. Такие наборы данных называются файлами. Каждый файл имеет свое оригинальное имя. Компьютер различает файлы по именам.Работой компьютера управляет специальное электронное устройство – процессор.
Процессор каждой машины имеет три специальных регистра: счетчик команд, регистр команд и регистр-накопитель.
Счетчик команд управляет последовательностью выполнения команд программы. В регистре команд происходит их раскодирование, а в регистре-накопителе осуществляется обработка данных в соответствии с выполняемой командой.
При работе каждой программы в счетчик команд записывается адрес команды, которая в данный момент выполняется. Процессор обращается к ячейке памяти с этим адресом и переписывает число, которое там находится, в регистр команд. Потом процессор раскодирует это число по правилам обработки команд в данном компьютере и выполняет предусмотренные такой командой действия. Выполнение команды завершается тем, что процессор увеличивает на размер команды адрес, который находится в счетчике команд, и все повторяется сначала. Таким образом, работа машины выполняется циклами, а каждый цикл выполняется за несколько шагов. Эти шаги называются тактами
.Каждая команда выполняется в компьютере за несколько тактов. В современных компьютерах каждый такт, выполняется менее, чем за одну миллионную долю секунды. Число тактов, которое компьютер может выполнить за секунду, называется тактовой частотой компьютера.
Процессоры компьютеров различных типов могут иметь не один, а несколько различных регистров-накопителей, другие типы регистров, которые увеличивают возможности компьютера.
Кроме процессора, компьютер может иметь один или несколько сопроцессоров
– вспомогательных процессоров для быстрого выполнения отдельных действий, таких как:и другие.
В конфигурацию компьютера могут входить различные устройства ввода-вывода информации. В базовую конфигурацию входят:
Клавиатура компьютера подобна клавиатуре пишущей машинки. Она содержит буквы, цифры и специальные символы. Клавиатура позволяет вводить в компьютер информацию на английском и национальном языках. Поэтому клавиатуры компьютеров в различных странах могут различаться между собой. Это может приводить к некоторым проблемам, если в одной стране использовать клавиатуру, разработанную для другой страны.
Монитор компьютера работает по такому же принципу, что и телевизор – на экране разворачивается растровая сетка. Изображение будет тем лучше, чем больше ячеек имеет такая сетка. Ячейки растровой сетки монитора компьютера называются пикселями. Растровая сетка современного компьютера имеет до 1000´ 1000 пикселей.
Мониторы, как и телевизоры, бывают цветными и монохромными – черно-белыми. Цветные мониторы современных компьютеров различают, по крайней мере, 256 разных цветов.
Дисковод
– основное устройство ввода и вывода информации в компьютере. Для записи информации дисководы используют диски или дискеты.Количество информации, которое можно записать на один диск, в первую очередь, зависит от типа дисковода, который установлен на компьютере.
Дискеты
– это небольшие пластиковые диски диаметром 5.25'' или 3.5''. С помощью дискет переносят информацию с одного компьютера на другой и сохраняют ее вне компьютера. Одна дискета может содержать свыше 1 Мбайт информации. Существуют дискеты для хранения десятков мегабайт информации. Для их использования надо, чтобы компьютер имел соответствующий дисковод.Для перенесения больших объемов информации современные компьютеры используют компакт-диски CD– ROM. Компакт-диски могут содержать несколько гигабайт информации.
Среди других устройств ввода-вывода чаще всего используются:
Механические матричные принтеры работают по тому же принципу, что и электрическая печатная машинка. Они могут печатать один лист текста за разное время – от 10 сек. до 5 мин., в зависимости от качества печати.
Лазерные принтеры работают по тому же принципу, что и копировальные устройства типа
Xerox. Они обеспечивают высокое качество печати, работают быстро и бесшумно.Эти и другие устройства ввода – вывода делают работу на персональном компьютере комфортной.
Современный компьютер может работать с текстами, рисунками, видео (фильмами) и аудио (музыкой). Устройства и программы для такой работы называются средствами мультимедиа. Типовые устройства мультимедиа современного компьютера:
Для обмена информацией компьютеры объединят в сеть. Для того,чтобы это можно было сделать, надо, чтобы компьютер имел специальные сетевые устройства:
Компьютер и телефон используют разные способы представления информации.
В компьютере информация кодируется двоичными кодами
и представляется импульсными сигналами: 0 - нет сигнала, 1 - сигнал (импульс) есть. Такая форма представления информации называется цифровой.
Телефон использует аналоговую форму представления информации: сигнал модулирует непрерывные колебания напряжения.
Преобразование данных из цифровой формы в аналоговую называется модуляцией, а из аналоговой в цифровую - демодуляцией.
Модем выполняет модуляцию данных при передаче информации, и демододуляцию - при ее получении. Термин модем - это краткое имя от модулятор/демодулятор.
Для того, чтобы соединить два компьютера через телефон, каждый из них должен иметь модем или быть к нему подключенным.
Несколько компьютеров можно соединить в локальную сеть, а затем один из них через модем подключить к телефону.
Чтобы компьютер можно было подключить к локальной сети надо, чтобы он имел сетевую плату (адаптер). Сетевая плата может быть частью материнской платы,
на которой размещается процессор, оперативная память RAM и др. Чаще сетевая плата устанавливается на компьютер как отдельное устройство в блоке процессора.
Сетевая плата преобразует цифровые данные в стандартные электрические сигналы и передает их в сеть, а также выполняет обратную работу.
Для того, чтобы два компьютера могли обмениваться информацией через сеть, локальную или глобальную, надо, чтобы они посылали данные с одинаковой скоростью, использовали одинаковые разделительные сигналы и одинаковые правила обнаружения ошибок и выделения данных. Набор правил, используемых для сетевого взимодействия компьютеров, называется протоколом компьютерной сети. Компьютеры в сети должны использовать одинаковые протоколы.
2.7. Характеристики компьютера
Основными характеристиками современного компьютера являются:
Так, запись в каталоге
Pentium/200/c256/32/1.6Gb/1.44/SVGA/LR-Ni/2048/10xCD/
обозначает, что это – компьютер пятого поколения (Pentium), который имеет:
2.8. Какой компьютер надо покупать?
Прежде, чем принимать решение о покупке компьютера, надо знать ответы на вопросы:
Все эти и другие устройства Вы можете добавить и в будущем.
Во всех случаях желательно иметь:
3. Работа с компьютером. Элементы управления компьютером
Для включения и выключения компьютера на мониторе, блоке процессора и на других устройствах Вашего компьютера установлены переключатели. Найдите их на Вашем компьютере.
Для включения компьютера надо:
После этого на экране монитора появятся сообщения о тех действиях, которые компьютер автоматически производит при включении:
При включении компьютера могут выполняться также другие действия, предусмотренные администратором системы
– пользователем, который отвечает за работу компьютера.В процессе начальной загрузки нельзя нажимать какие-либо клавиши, кроме клавиши
Pause до тех пор, пока на экране не установится постоянное изображение или не появится просьба выполнить некоторое действие. Клавиша Pause расположена справа в верхнем ряду клавиш. Она позволяет приостановить выполнение программы. Чтобы продолжить после этого работу программы, надо нажать любую клавишу клавиатуры.При работе в системе
Windows признаком окончания начальной загрузки является появление заставки операционной системы и Рабочего стола.Задание.
Включите Ваш компьютер. В процессе начальной загрузки сделайте паузу после появления таблицы конфигурации. Перепишите в журнал эту таблицу. Она может Вам понадобиться в дальнейшем. . Управление курсоромКурсор – это мерцающая горизонтальная черта или прямоугольник, который показывают место или некоторый объект на экране монитора.
Некоторые программы используют в качестве курсора стрелку, изображение кисти руки или других предметов.
Управление курсором на экране монитора выполняется с помощью манипулятора “мышь” или с помощью клавиш управления курсором.
Курсор можно перемещать в пределах окна или перевести в другое окно. Компьютер использует для управления курсором на экране при работе следующие клавиши:
Помните – клавиши надо нажимать быстро и без удара по ним.
. Запуск программыВ различных файлах во внешней памяти компьютера может храниться различная информация. Пользователь, который создает файлы, сам выбирает имя файла и его расширение. Он может выбрать любые имена. Однако для правильной работы управляющих программ надо, чтобы он придерживался определенных правил. Одно из этих правил такое:
Расширения .EXE и .COM может иметь только файл, который содержит исполняемую программу – программу, которую можно выполнить в любой момент времени.
Чтобы запустить исполняемую программу – начать ее выполнение, надо:
После запуска программа работает самостоятельно. В процессе работы программа может:
Программа будет выполняться до тех пор, пока она не выполнит все предусмотренные в ней действия или не встретится непредвиденная ситуация, такая как:
Обычно в программах предусматривается возможность преждевременного завершения работы. Это делается различными способами. Часто для этих целей используется клавиша
Esc, расположенная в левом верхнем углу клавиатуры.Работу любой программы можно преждевременно завершить также с помощью клавиш
Ctrl + Break. Такая запись обозначает, что надо нажать клавишу Ctrl, которая расположена слева и справа внизу клавиатуры, и, не отпуская ее, нажать клавишу Break, которая расположена вверху справа на клавиатуре (эта клавиша имеет также надпись Pause). Такая возможность может быть установлена администратором системы.Комбинация клавиш для прерывания работы программы предусматривается ее автором. Многие программы прекращают работу при нажатии комбинаций клавиш
Ctrl + Q , Ctrl + С или Alt + X .При работе в системе
Windows для запуска программы надо выполнить двойной щелчок на пиктограмме программы. Работу программы в системе Windows всегда можно прекратить с помощью комбинаций клавиш Alt+Ctrl+DelДля выключения компьютера надо:
Для выключения компьютера в системе Windows надо:
Компьютер выключают только по необходимости. Частые выключения для него нежелательны. Когда компьютер включен, он нагревается, а при выключении – охлаждается. Такие перепады температуры приводят к износу и разрушению электронных схем компьютера.