Билет 7. Аппаратное и программное обеспечение компьютера.
Аппаратное обеспечение компьютера - это все электронные и механические устройства компьютера.
Архитектура компьютера – это его описание на некотором общем уровне. В основу архитектуры современных компьютеров положен магистрально-модульный принцип и принципы Джона фон Неймана. Запишем их в тетрадь.
Магистрально-модульный принцип заключается в том, что компьютер состоит из некоторого количества устройств – модулей, связанных между собой через набор электронных линий – магистраль. Магистраль обеспечивает обмен данными между устройствами компьютера. В связи с этим принципом, каждый пользователь может комплектовать свой компьютер по собственному желанию. Он может заменять одни устройства на другие, тем, самым модернизируя свой компьютер.
Принципы Джона фон Неймана:
1. Наличие устройств ввода-вывода информации;
2. Адресуемая память;
3. Процессор, состоящий из устройств управления и арифметико-логического устройства;
4. Данные и программы хранятся вместе.
На основе этих принципов построены все современные компьютеры. Любой персональный компьютер состоит из системного блока, устройства вывода графической информации – монитора, устройств ввода информации – компьютерной мыши, клавиатуры и различных соединительных кабелей.
Перенесите себе в тетрадь схему системного блока компьютера.
Далее подробнее разберем структуру персонального компьютера.
Структура персонального компьютера
1. Блок питания.
2. Материнская плата (Motherboard) – называется еще главной платой (Mainboard) или системной.
3. CPU (Central Processing Unit) - центральныйпроцессор;
4. Винчестер или накопитель на жёстком магнитном диске, обозначенный в документации как HDD (HardDiskDrive) или твердотельный накопитель (англ. Solid - statedrive, SSD) — компьютерное немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти;
5. Дисковод — для гибких магнитных дисков, FDD (FloppyDiskDrive);
6. RAM (RandomAccessMemory) — оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);
7. ROM (ReadOnlyMemory) — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);
8. графический контроллер — устройство, выполняющее графические операции и обработку видеоданных; акселератор —процессор, ускоряющий обработку видео изображений;
9. Элементы электрических соединений узлов и блоков переходные контакты, плоские кабели и монтажные провода;
10. Корпус (case) — защищает компоненты PC от внешнего воздействия и содержит блок питания;
11. Устройства ввода — клавиатура, мышь, трэкболл, джойстик, геймпад, тачпад, сканер, графический планшет, микрофон;
12. Устройства вывода — монитор, проектор, принтер, плоттер, аудиоколонки;
13. Мультимедиа компоненты — звуковая карта, CD-ROM, DVD-ROM, Blu-ray привод;
14. Устройства коммуникаций — модем, сетевая карта, сетевой коммутатор, маршрутизатор, беспроводная точка доступа.
Блок питания – вторичный источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией постоянного тока, путём преобразования сетевого напряжения до требуемых значений. Для того чтобы все устройства компьютера нормально функционировали нужно правильно выбрать блок питания. Мощность блока питания современных ПК колеблется от 300W до 1500W и выше. Для того чтобы выбрать оптимальную мощность, нужно знать энергопотребление всех устройств компьютера или воспользоваться специальным сервисом в интернете, который подсчитает какой мощности блок питания нужен для функционирования компьютера с данным «железом».
Материнская плата – это самое большое и сложное устройство. Материнская плата — сложная многослойная печатная плата, являющаяся основой построения вычислительной системы (компьютера). Чтобы все устройства на материнской плате функционировали, на материнской плате имеется разъем для подключения блока питания. Именно к материнской плате подключаются все другие устройства, входящие в состав системного блока. Она обеспечивает связь между всеми устройствами ПК, посредством передачи сигнала от одного устройства к другому. На материнской плате имеетсябольшоеколичестворазъемовпредназначенныхдляустановкидругихустройств: socket (сокет)– гнездо для процессора, slots (слоты) – разъемы под оперативную память и платы расширения, а также портов для подключения устройств ввода-вывода.
Процессор - устройство, выполняющее арифметические и логические операции, и управляющее другими устройствами компьютера. В его состав входят:
1. арифметико-логическое устройство (АЛУ);
2. устройство управления (УУ);
3. регистры;
Современные процессоры работают согласно принципам машины фон Неймана (архитектуре фон Неймана).
Программное обеспечение (ПО) – неотъемлемая часть компьютерной системы. К нему относится также вся область деятельности по проектированию и разработке ПО.
В зависимости от назначения (функциональных возможностей) программное обеспечение подразделяется на системное, прикладное и системы программирования (инструментальные средства).
Системное программное обеспечение (SystemSoftware) — это совокупность программных средств, предназначенных для поддержания функционирования компьютера и управления устройствами вычислительной системы.
Системное программное обеспечение (СПО) направлено:
- на создание операционной среды функционирования других программ,
- на обеспечение надежной и эффективной работы компьютера и компьютерной сети,
- на проведение диагностики аппаратуры компьютера и компьютерных сетей,
- на выполнение вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование, восстановление файлов, программ и баз данных и т.д.)
К основным элементам СПО относятся операционные системы, диалоговые (файловые) оболочки, драйверы и утилиты (сервисные программы).
Главным компонентом СПО является операционная система. (ОС)
Операционная система (ОС) — системный комплекс взаимосвязанных программ, который служит посредником при организации диалога пользователя с компьютером,
управляет распределением и использованием компьютерных ресурсов, руководит работой всех аппаратных средств компьютера. От ОС зависит и качество работы ПК, и удобство работы пользователя. Поэтому не случайно по функциональным возможностям ее сравнивают с нервной системой человека.
К настоящему времени созданы сотни ОС, наиболее известные из которых:
- MS-DOS (аббревиатура сочетания DiskOperatingSystem – дисковая операционная система) с интерфейсом командной строки, т.е. все команды пользователю приходилось набирать вручную, в командной строке (год появления 1981).
- UNIX – целое семейство ОС, предназначенных для “больших” промышленных компьютеров, (первые UNIX-системы появились уже в начале 60-х годов). Ирония судьбы: в конце 70-х гг. в разработке одной из них – Xenix – принимала участие и никому не известная тогда фирма Microsoft.
- Linux – свободно распространяемая (т.е. абсолютно бесплатная) операционная система с открытым текстом. Была создана студентом ЛинусомТорвальдсом в качестве дипломного проекта в 1991 году и официально выпущенная в 1994 г.,
- Windows (Windows 95, Windows 98, Windows 2000, Windows XP, Windows Vista, Windows 7).
К основным функциям ОС наряду с управлением аппаратными средствами и файловой системой относятся ввод-вывод данных, обработка команд, организация пользовательского интерфейса и др.
Следующим видом системного программного обеспечения являются диалоговые оболочки (файловые менеджеры).
На заре создания персональных компьютеров управление ими осуществлялось путем ручного набора команд с клавиатуры, для чего было необходимо помнить не только форматы (правила написания) команд, но и местонахождение тех объектов, с которыми предстояло работать. Для облегчения работы пользователя были разработаны диалоговые оболочки — комплексы программ, создающих для пользователя удобный интерфейс, упрощающих реализацию диалога между пользователем и компьютером, делающих наглядным и простым выполнение базовых операций над объектами операционной системы (файлами и каталогами).
Современные операционные системы за счет графического интерфейса упростили взаимодействие пользователя с компьютером, но, несмотря на это, диалоговые оболочки по-прежнему достаточно широко применяются и пользуются популярностью. Одной из известных на данный момент оболочек является WindowsCommander — аналог известной программы 90-х гг. NortonCommander.
Драйверы — это программы, обеспечивающие взаимодействие прикладных программ и операционной системы с внешними устройствами. Именно драйверы отвечают за обработку информации, поступающей от таких устройств, как мышь, клавиатура, принтер.
Утилиты или сервисное программное обеспечение (от лат. utilitas - польза) – программы, которые либо расширяют и дополняют соответствующие возможности операционной системы, либо решают самостоятельные задачи (форматирование дисков, восстановление ошибочно удаленных файлов, дефрагментацию файлов на диске и т.п.).
Часть утилит входит в состав операционной системы, а другая часть функционирует независимо от неё, т.е. автономно. Утилиты могут распространятся как по одиночке, так и в составе больших и мощных утилитных комплексов, например, NortonUtilities.
Утилиты в зависимости от их функционального назначения, условно можно разделить на программы-архиваторы, антивирусные программы и программы обслуживания дисков и операционной системы.
Архиваторы (программы-упаковщики) позволяют за счет применения специальных методов сжатия уплотнять информацию, освобождая место на носителях.
Антивирусные программы предназначены для предотвращения заражения компьютера компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения, если оно произошло. Какие антивирусные программы вам известны? Какие установлены на ваших домашних компьютерах?
И последняя большая группа программ-утилит – это программы обслуживания дисков и операционной системы.
Программы обслуживания дисков отвечают за системную обработку дисковой информации. К таким программам относят:
- Программы оптимизации и контроля качества дискового пространства,
- Программы восстановления информации, форматирования, защиты данных,
- Программы для управления памятью, которые обеспечивают более гибкое использование оперативной памяти,
- Программы для записи CD-ROM, CD-RW, DVD-RW и т.д.
- Программы контроля, тестирования и диагностики, которые используются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации, указывают причину и место неисправности, и другие программы и д.р.
Системы программирования — это совокупность программ и программных комплексов, обеспечивающих технологию разработки, отладки и внедрения создаваемых программных продуктов. В состав системы программирования входят язык программирования и специальные программные обслуживающие средства.
Системы программирования обеспечивают процесс разработки программ и включают в себя специализированные программные продукты, которые являются инструментальными средствами разработчика. Эти средства на рынке программных продуктов наиболее представительны. В последнее время получили широкое распространение системы, ориентированные на создание Windows-приложений:
- пакет BorlandDelphi – предоставляющий качественные и очень удобные средства визуальной разработки,
- пакет MicrosoftVisualBasic – удобный и популярный инструмент для создания Windows-программ с использованием визуальных средств,
- пакет Borland C++ - одно из самых распространенных средств для разработки DOS – и Windows – приложений.
Большую часть времени за компьютером пользователь проводит, работая с прикладным ПО (ППО) — совокупностью программ, посредством которых он решает свои информационные задачи, не прибегая к системам программирования.
Прикладное программное обеспечение (ППО) — комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса конкретной предметной области.
Пакеты прикладных программ служат программным инструментарием решения прикладных задач и являются самым многочисленным классом программных продуктов. В данный класс входят программные продукты, выполняющие обработку информации различных предметных областей.
ППО подразделяется на программы общего назначения, программы специального назначения и программы профессионального уровня
Программы общего назначения объединяют программы, используемые большинством пользователей и не требующие для освоения специфических знаний из других, не связанных с информатикой наук. К ним относят: текстовые редакторы, табличные процессоры, графические редакторы, программы анимационной графики, базы данных и системы управления базами данных, коммуникационные программы, интегрированные пакеты и узкоспециализированные программы
Текстовые редакторы – это программы для работы с символьной информацией.
Существуют сотни текстовых редакторов, различных как по функциональным возможностям, так и по сложности освоения работы с ними. По назначению выделяют:
- Редакторы документов ориентированы на работу с текстами, имеющими структуру документа, т. е. состоящими из разделов, страниц, полей, абзацев и т.д. (MS Word).
- Издательские системы позволяют создавать сложные документы (рекламные буклеты, газеты, журналы, книги) высокого качества. В них процесс верстки автоматизирован, т.е. встроены специальные средства для размещения текста по страницам со вставкой рисунков, фотографий. (PageMaker, QuarkXPress)
- Специализированные редакторы созданы для пользователей, работающих с документами, в которых встречаются емкие формулы (например, математические или химические) и специальные символы (например, нотные знаки).
Табличный процессор — это программа для обработки данных, представленных в виде таблицы
Табличные процессоры обычно применяются тогда, когда ведется работа с относительно сложными формулами и большими объемами исходных данных. (MS Excel)
Графические редакторы — это программы для работы с графической информацией. Они предоставляют пользователю среду, моделирующую работу художника
По специализации выделяют графические редакторы общего и специального назначения. Посредством первых можно строить и редактировать несложные изображения, копировать и перемещать фрагменты изображений, сохранять и считывать графическую информацию. (Paint). При помощи вторых проектируются сложные в техническом отношении объекты, моделируются различные процессы, создаются рекламные проспекты. (CorelDraw, Photoshop, AdobeIllustrator)
Программы анимационной графики предназначены для создания динамических изображений
Данный вид ПО по функциональным возможностям напоминает графические редакторы, но, в отличие от них, в пакетах анимационной графики работа идет преимущественно не со статической, а с динамической графической информацией. Условно пакеты анимационной графики можно разбить на пакеты начального уровня и пакеты профессионального уровня. Первые позволяют строить несложные динамические образы, реализовывать простейшие эффекты, вторые обладают большим количеством возможностей. (MacromediaFlash, 3D Studio).
База данных — это набор данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования ими.
Обработкой баз данных занимаются системы управления базами данных (СУБД) — комплекс программ и языковых средств, предназначенных для создания и ведения базы данных, ввода, редактирования и удаления данных, организации взаимодействия баз данных с прикладными программами, обеспечения управления данными, доступа к ним, создания запросов и отчетов.
Коммуникационные программы — это программы, обеспечивающие возможность передачи данных по компьютерным сетям.
Среди большого количества программ этого вида можно выделить такие, как OutlookExpress, TheBat!,MicrosoftExchange, ICQ и др.
Интегрированный пакет — это набор взаимосвязанных прикладных программ, ориентированных на решение комплекса задач и поддерживающих единый способ взаимодействия пользователя со всеми программами из пакета, а также единый способ представления данных Обычно такие пакеты включают в себя текстовый редактор, табличный процессор, СУБД, пакет графического отображения данных и телекоммуникационную программу.
Основной причиной появления интегрированных пакетов считается потребность в совместном использовании данных разных форматов. Поэтому такие пакеты разрабатывались по принципу единой (интегрированной) системы.
Преимущества интегрированных пакетов проявляются в предоставлении пользователю однотипных средств доступа к данным различного вида и упрощении их переноса из одной программы пакета в другую. К недостаткам можно отнести повышенные требования к системным ресурсам. (MicrosoftOffice)
Узкоспециализированные программы – это программы, которые, как правило, используются для решения узкого круга задач
Среди наиболее популярных программ можно выделить программы для сканирования документов, программы-переводчики и программы-словари.
Программы для сканирования предназначены для автоматического перевода печатных копий документов в электронный вид.
Программы-переводчики позволяют переводить информацию с одного естественного языка на другой.
Программы-словари — это электронные версии обычных словарей с некоторыми весьма удобными дополнительными возможностями.
Программы специального назначения подразделяются на :
- авторские системы - предоставляют пользователю стандартный интерфейс для выполнения работ в некоторой предметной области.
- экспертные системы - решают задачи, требующие экспертных знаний. Отличительная их черта: адаптивность и самообучение.
- гипертекстовые системы - организуют иерархию нескольких документов с помощью гиперссылок.
- мультимедийные программы - объединяют графику, видео, анимацию и звук. Используются в обучающих программах, рекламе и играх.
Программы профессионального уровня используются людьми в своей профессиональной деятельности. Они подразделяются на :
- АИСУ (автоматизированные системы управления) - обеспечивают поддержку планирования, принятия решений, оперативного управления и учета, проводят анализ результатов работы предприятия (1С Предприятие).
- САПР (системы автоматизированных проектных работ) - моделируют, проводят технические расчеты, создают эскизы и чертежи для автоматизации инженерного проектирования новых механизмов, зданий.
- обучающие системы - основаны на электронных учебниках и дистанционных курсах.
- геоинформационные системы - хранят данные, привязанные к географической карте.