 |
Тема 5. Технические и программные средства реализации информационных процессов.
|
|
|
|
Компьютер является многофункциональным электронным устройством для работы с информацией.
В персональном компьютере (сокращенно ПК) можно выделить следующие структурные элементы:
 |
Процессор (микропроцессор) предназначен для управления работой компьютера и обработки данных. В состав процессора входят арифметико-логическое устройство и устройство управления.
Оперативная память (или, иначе говоря, оперативное запоминающее устройство – ОЗУ) предназначена для хранения информации, которая может считываться или записываться процессором при выполнении вычислений.
ОЗУ разбито на ячейки, причем каждая из них имеет свой адрес, выражаемый числом, которое для современных ПК может состоять из 32 двоичных разрядов (232 = 4 294 967 296). Одна ячейка ОЗУ содержит 8 двоичных разрядов.
В ячейках ОЗУ может храниться закодированная информация: команды, символьные данные (буквы, цифры и т.д.), целые числа без знака (положительные целые числа), целые числа со знаком, вещественные числа. Количество ячеек, необходимое для размещения в ОЗУ команды или данных, определяется структурой команды или разновидностью данных.
Процессор может прочитать из ОЗУ команду или данные по адресу их расположения и после выполнения вычислений записать полученные результаты в ОЗУ. Запись новых данных возможна в тех местах ОЗУ, где до записи находились другие данные (эти другие данные при записи новых данных будут стерты). Информация в ОЗУ может кратковременно храниться только до выключения питания ПК.
Постоянное запоминающее устройство – ПЗУ (в нем хранятся неизменяемые последовательности команд – программы начальной загрузки компьютера и тестирования его узлов, в том числе BIOS – Basic Input Output System – базовая система ввода-вывода, другие вспомогательные программы). Программы, хранящиеся в ПЗУ, предназначены для постоянного использования процессором. ПЗУ является энергозависимым, но информация, записанная в нем, не исчезает после выключения ПК и не требует перезаписи после включения ПК.
|
|
|
На внешних носителях информации, предназначенных для долговременного хранения информации (например, дисках) данные (в том числе и программы) располагаются побайтно и могут быть записаны или считаны по адресам своего расположения.
Процессор – основное устройство ПК, производящее все вычисления. Процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки ОЗУ, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться в процессе вычислений. Ячейки процессора называют регистрами. Во время своей работы процессор считывает данные из ОЗУ и затем с использованием своих регистров интерпретирует эти данные как команду (или, иначе говоря, как инструкцию) и выполняет эту команду.
Команда процессора может занимать в ОЗУ до 15 байт и может быть представлена, например, в следующем виде:
| Код операции | Операнд1 | Операнд2 |
Код операции определяет, какую операцию будет выполнять процессор. В данном примере операция может выполняться с Операндом1 и Операндом2 и результат операции может быть записан на место Операнда1. Операнды, в зависимости от способа их задания в команде, могут находиться в регистре, ОЗУ или могут быть закодированы как часть команды.
Во время своей работы процессор автоматически считывает из ОЗУ и выполняет команды в том порядке, в котором они расположены в ОЗУ. Такой порядок выполнения команд называется естественным. Существуют команды, результатом выполнения которых может явиться переход на такой адрес ОЗУ, по которому расположена не следующая по естественному порядку выполнения команда, или, иначе говоря, передача управления во изменение естественного порядка выполнения команд. Такие команды называются командами передачи управления (или командами перехода).
|
|
|
Сразу после включения ПК процессор считывает команды из ПЗУ, а не из ОЗУ, где сразу после включения ПК нет никаких данных, и только впоследствии процессор начинает считывать команды из ОЗУ.
Быстродействие процессора характеризуется его тактовой частотой, которая для современных процессоров может достигать 2 ГГц и более.
Обмен данными внутри процессора при выполнении команд происходит в несколько раз быстрее, чем обмен (считывание и запись данных) с ОЗУ. Для уменьшения количества обращений к ОЗУ внутри процессора создают быстродействующую буферную память – так называемую кэш-память (стоимость этой памяти значительно выше по сравнению с памятью ОЗУ). Во время своей работы процессор сначала обращается к кэш-памяти и, если там нет нужных данных, то обращается к ОЗУ. Считывая блок данных из ОЗУ, процессор одновременно записывает его и в кэш-память.
Управление компьютером осуществляется по заранее подготовленной программе (программа – системная или прикладная – это последовательность команд, или, иначе говоря, операторов или инструкций, расположенных друг за другом в оперативной памяти компьютера). В соответствии с принципом программного управления работой компьютера предполагается возможность выполнения процессором без внешнего вмешательства целой серии команд.
Системная шина – сеть электронных проводников, связывающих различные части персонального компьютера.
Для обмена данными процессора с оперативной памятью и устройствами ввода-вывода предназначены разные части системной шины. Обмен данными с оперативной памятью осуществляется через адресную шину, с устройствами ввода-вывода – через шину данных.
Из наиболее известных и широко используемых устройств ввода-вывода
к устройствам ввода относятся, например, клавиатура, " мышь ", сканер, устройство для ввода с компакт-дисков;
к устройствам вывода относятся, например, принтер, видеомонитор (с экраном, отображающим изображение с помощью точечных элементов – пикселей);
|
|
|
к устройствам ввода и вывода относятся, например, накопители на магнитных дисках – жестких и гибких (при этом следует иметь в виду, что носителем информации является диск, а дисковод предназначен лишь для чтения информации с диска и для записи информации на диск), Flash-накопители;
к устройствам для обмена данными и преобразования данных относятся, например, модемы.
Для управления работой внешних устройств (в том числе устройств ввода-вывода) используются специальные электронные схемы – контроллеры.
Программное средство – сложная программа или совокупность программ.
Программное обеспечение (ПО) – совокупность программных и документальных средств, предназначенных для обработки информации средствами вычислительной техники.
ПО можно разделить на системное, прикладное и инструментальное (инструментальные системы).
|
|
|
