Часть 3 - Технические средства реализации информационных процессов (Т.В. Лукьянова - Конспект лекций по информатике)

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТМОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТИНСТИТУТ ДИСТАНЦИОННОГО И ДОПОЛНИТЕЛЬНОГООБРАЗОВАНИЯЛукьянова Т.В.КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО КУРСУИНФОРМАТИКАЧасть 3ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВОГЛАВЛЕНИЕ3. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХПРОЦЕССОВ ............................................................................................................... 33.1. Основные принципы функционирования компьютеров ................................. 33.2. Принципы фон Неймана ..................................................................................... 53.3.

Архитектура и структура компьютера .............................................................. 63.4. Основные типы компьютеров. Конфигурации персональныхкомпьютеров (ПК) ..........................................................................................................

83.5. Основные устройства персонального компьютера ....................................... 103.5.1. Системный блок ...................................................................................... 103.5.2. Материнская плата .................................................................................. 113.5.3. Процессор ................................................................................................

123.5.4. Чипсет....................................................................................................... 183.5.5. Шины и порты ......................................................................................... 193.5.6. Оперативная память................................................................................ 233.6. Устройства хранения информации..................................................................

263.6.1. Жесткий магнитный диск....................................................................... 263.6.2. Дисководы оптических дисков .............................................................. 303.6.3. Флэш-память............................................................................................ 373.6.4. Твердотельный накопитель SSD ........................................................... 393.6.5.

Стример .................................................................................................... 413.7. Устройства ввода информации ........................................................................ 443.7.1. Клавиатура и мышь................................................................................. 443.7.2. Сканер ...................................................................................................... 463.7.3. Дигитайзер, графический планшет .......................................................

483.7.4. Сенсорный монитор ................................................................................ 493.7.5. Устройства ввода звуковой информации ............................................. 503.7.6. WEB-камера.............................................................................................

513.8. Устройства вывода информации ..................................................................... 523.8.1. Видеоадаптер ........................................................................................... 523.8.2.

Монитор ................................................................................................... 533.8.3. Принтер .................................................................................................... 573.8.4. Плоттер..................................................................................................... 593.8.5. Мультимедиапроектор ...........................................................................

603.8.6. Устройства вывода звука ....................................................................... 623.9. История развития ЭВМ .................................................................................... 643.10.Поколения ЭВМ ................................................................................................ 663.11.Перспективы развития технических средств обработки информации ........ 68ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................................... 7023.

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ3.1. Основные принципы функционирования компьютеровКомпьютер (англ. computer – вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами.Существует два основных класса компьютеров: цифровые компьютеры, обрабатывающие данные в виде двоичных кодов; аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся физические величины (электрическое напряжение, время и т.д.), которые являютсяаналогами вычисляемых величин.Поскольку в настоящее время подавляющее большинство компьютеров являются цифровыми, далее будем рассматривать только этот класс компьютеров и слово"компьютер" употреблять в значении "цифровой компьютер".Основу компьютеров образует аппаратура (Hardware), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств.Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (Software) – заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций.Любая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных команд.Команда – это описание операции, которую должен выполнить компьютер.

Какправило, у команды есть свой код (условное обозначение), исходные данные (операнды) и результат.Например, у команды "сложить два числа" операндами являются слагаемые, арезультатом – их сумма. А у команды "стоп" операндов нет, а результатом являетсяпрекращение работы программы.Результат команды вырабатывается по точно определенным для данной командыправилам, заложенным в конструкцию компьютера.Совокупность команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд этого компьютера.Разнообразие современных компьютеров очень велико.

Но их структуры основаны на общих логических принципах, позволяющих выделить в любом компьютереследующие главные устройства: память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из перенумерованныхячеек;3 процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ); устройство ввода; устройство вывода.Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация.Основные устройства компьютера и связи между ними представлены на схеме (Рис.3.1). Жирными стрелками показаны пути и направления движения информации, апростыми стрелками – пути и направления передачи управляющих сигналов.Рис.

3.1. Общая схема компьютераФункции памяти: приём информации из других устройств; запоминание информации; выдача информации по запросу в другие устройства машины.Функции процессора: обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций; программное управление работой устройств компьютера.Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ). Обычно эти дваустройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеекпамяти, называемых регистрами.Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды.Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции.

Например, "вырезать" отдельные части командыдля последующего их использования или выполнять определенные арифметическиеоперации над числами.4Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд двоичного кода).Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другомопределённым образом общей системой управления.Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемыхопераций. Некоторые важные регистры имеют свои названия, например: сумматор – регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции; счетчик команд – регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программыиз последовательных ячеек памяти; регистр команд – регистр УУ для хранения кода команды на период времени,необходимый для ее выполнения.

Часть его разрядов используется для хранениякода операции, остальные – для хранения кодов адресов операндов.Процесс выполнения команды можно проследить по схеме, представленной наРис. 3.1. Как правило, этот процесс разбивается на следующие этапы:1) из ячейки памяти, адрес которой хранится в счетчике команд, выбирается очередная команда, содержимое счетчика команд при этом увеличивается на длинукоманды;2) выбранная команда передается в устройство управления на регистр команд;3) устройство управления расшифровывает адресное поле команды;4) по сигналам УУ операнды считываются из памяти и записываются в АЛУ наспециальные регистры операндов;5) УУ расшифровывает код операции и выдает в АЛУ сигнал выполнить соответствующую операцию над данными;6) результат операции либо остается в процессоре, либо отправляется в память,если в команде был указан адрес результата;7) все предыдущие этапы повторяются до достижения команды "стоп".3.2.