Компьютер как универсальное устройство обработки информации

Компьютер как  универсальное устройство обработки  информации

Назначение  и устройство компьютера

Что общего между компьютером  и человеком

   Для информатики компьютер - это не только инструмент для работы с информацией, но и объект изучения. Вы узнаете, как  компьютер устроен, какую работу с его помощью можно выполнять, какие для этого существуют программные средства.

   С давних времен люди стремились облегчить  свой труд. С этой целью создавались  различные машины и механизмы, усиливающие  физические возможности человека. Компьютер был изобретен в середине XX века для усиления возможностей умственной работы человека, т. е. работы с информацией.

   Из  истории науки и техники известно, что идеи многих своих изобретений  человек "подглядел" в природе.

   Например, еще в XV веке великий итальянский ученый и художник Леонардо да Винчи изучал строение тел птиц и использовал эти знания для конструирования летательных аппаратов.

   Русский ученый Н. Е. Жуковский, основоположник аэродинамики, также исследовал механизм полета птиц. Результаты этих исследований используются при расчетах конструкций самолетов.

   Можно сказать, что Леонардо да Винчи и  Жуковский "списывали" свои летающие машины с птиц.

   А есть ли в природе прототип у компьютера? Да! Таким прототипом является сам  человек. Только изобретатели стремились передать компьютеру не физические, а интеллектуальные возможности человека.

   По  своему назначению компьютер - универсальное техническое  средство для работы человека с информацией.

   По  принципам устройства компьютер - это  модель человека, работающего с информацией.

   Какие устройства входят в  состав компьютера. Имеются четыре основные составляющие информационной функции человека:

прием (ввод) информации; 
запоминание информации (сохранение в памяти); 
процесс мышления (обработка информации);  
передача (вывод) информации.

   Компьютер включает в себя устройства, выполняющие  эти функции мыслящего человека:

устройства ввода;  
устройства запоминания - память; 
устройство обработки - процессор; 
устройства вывода.

   В ходе работы компьютера информация через устройства ввода попадает в память; процессор извлекает из памяти обрабатываемую информацию, работает с ней и помещает в нее результаты обработки; полученные результаты через устройства вывода сообщаются человеку. Чаще всего в качестве устройства ввода используется клавиатура, а устройства вывода - экран дисплея или принтер (устройство печати) (рис. 2.2).

 

   Что такое данные и  программа. И все-таки нельзя отождествлять "ум компьютера" с умом человека. Важнейшее отличие состоит в том, что работа компьютера строго подчинена заложенной в него программе, человек же сам управляет своими действиями.

   В памяти компьютера хранятся данные и программы.

   Данные - это обрабатываемая информация, представленная в памяти компьютера в специальной форме. Немного позже вы познакомитесь со способами представления данных в компьютерной памяти.

   Программа - это описание последовательности действий, которые должен выполнить компьютер для решения поставленной задачи обработки данных.

   Если  информация для человека - это знания, которыми он обладает, то информация для  компьютера - это данные и программы, хранящиеся в памяти. Данные - это "декларативные  знания", программы - "процедурные знания компьютера".

   Принципы  фон Неймана. В 1946 году американским ученым Джоном фон Нейманом были сформулированы основные принципы устройства и работы ЭВМ. Первый из этих принципов определяет состав устройств ЭВМ и способы их информационного взаимодействия. Об этом говорилось выше. С другими принципами фон Неймана вам еще предстоит познакомиться.

Вопросы и  задания

1. Какие возможности  человека воспроизводит компьютер? 
2. Перечислите основные устройства, входящие в состав компьютера. Какое назначение каждого из них? 
3. Опишите процесс обмена информацией между устройствами компьютера. 
4. Что такое компьютерная программа? 
6. Чем отличаются данные от программы?

Компьютерная  память

   Внутренняя  и внешняя память. Работая с информацией, человек пользуется не только своими знаниями, но и книгами, справочниками и другими внешними источниками. В главе 1 "Человек и информация" ныло отмечено, что информация хранится в памяти человека и на внешних носителях. Заученную информацию человек может забыть, а записи сохраняются надежнее.

   У компьютера тоже есть два вида памяти: внутренняя (оперативная) и внешняя (долговременная) память.

   Внутренняя  память - это электронное устройство, которое хранит информацию, пока питается электроэнергией. При отключении компьютера от сети информация из оперативной памяти исчезает. Программа во время ее выполнения хранится во внутренней памяти компьютера. Сформулированное правило относится к принципам Неймана. Его называют принципом хранимой программы.

   Внешняя память - это различные магнитные носители (ленты, диски), оптические диски. Сохранение информации на них не требует постоянного электропитания .

   На  рис. 2.3 показана схема устройства компьютера с учетом двух видов памяти. Стрелки  указывают направления информационного обмена.

 

   Структура внутренней памяти компьютераВсе устройства компьютера производят определенную работу с информацией (данными и программами). А как же представляется в компьютере сама информация? Для ответа на этот вопрос "заглянем" внутрь машинной памяти. Структуру внутренней памяти компьютера можно условно изобразить так, как показано на рис. 2.4.

 

   Наименьший  элемент памяти компьютера называется битом памяти. На рис. 2.4 каждая клетка изображает бит. Вы видите, что у  слова "бит" есть два значения: единица измерения количества информации и частица памяти компьютера. Покажем, как связаны между собой эти понятия.

   В каждом бите памяти может храниться  в данный момент одно из двух значений: нуль или единица. Использование  двух знаков для представления информации называется двоичной кодировкой.

   Данные  и программы в  памяти компьютера хранятся в виде двоичного  кода.

   Один  символ двухсимвольного алфавита несет 1 бит информации.

   В одном бите памяти содержится один бит  информации.

   Битовая структура определяет первое свойство внутренней памяти компьютера - дискретность. Дискретные объекты составлены из отдельных частиц. Например, песок дискретен, так как состоит из песчинок. "Песчинками" компьютерной памяти являются биты.

   Второе  свойство внутренней памяти компьютера - адресуемость. Восемь расположенных подряд битов памяти образуют байт. Вы знаете, что это слово также обозначает единицу количества информации, равную восьми битам. Следовательно, I одном байте памяти хранится один байт информации.

   Во  внутренней памяти компьютера все байты пронумерованы. Нумерация начинается с нуля.

   Порядковый  номер байта называется его адресом.

   Принцип адресуемости означает, что:

   Запись  информации в память, а также чтение ее из памяти производится по адресам.

   Память  можно представить как многоквартирный дом, в котором каждая квартира - это байт, а номер квартиры - адрес. Для того чтобы почта дошла по назначению, необходимо указать правильный адрес. Именно так, по адресам, обращается процессор к внутренней памяти компьютера.

   В современных компьютерах имеется еще один вид внутренней памяти, который называется постоянным запоминающим устройством - ПЗУ. Это энергонезависимая память, информация из которой может только читаться.

   Носители  и устройства внешней  памяти. Устройства внешней памяти - это устройства чтения и записи информации на внешние носители. Информация на внешних носителях хранится в виде файлов. Что это такое, подробнее вы узнаете позже.

   Важнейшими  устройствами внешней памяти на современных  компьютерах являются накопители на магнитных дисках (НМД), или дисководы.

   Кто не знает, что такое магнитофон? На магнитофон мы привыкли записывать речь, музыку, а затем прослушивать записи. Звук записывается на дорожках магнитной  ленты с помощью магнитной  головки. С помощью этого же устройства магнитная запись снова превращается в звук.

   НМД действует аналогично магнитофону. На дорожки диска записывается все  тот же двоичный код: намагниченный  участок - единица, ненамагниченный - нуль. При чтении с диска эта запись превращается в нули и единицы  в битах внутренней памяти.

   К магнитной поверхности диска  подводится записывающая головка (рис. 2.5), которая может перемещаться по радиусу. Во время работы НМД диск вращается. В каждом фиксированном  положении головка взаимодействует  с круговой дорожкой. На эти концентрические дорожки и производится запись двоичной информации.

 

   Другим  видом внешних носителей являются оптические диски (другое их название - лазерные диски). На них используется не магнитный, а оптико-механический способ записи и чтения информации.

   Сначала появились лазерные диски, на которые  информация записывается только один раз. Стереть или перезаписать ее невозможно. Такие диски называются CD-ROM - Compact Disk-Read Only Memory, что в переводе значит "компактный диск - только для чтения". Позже были изобретены перезаписываемые лазерные диски - CD-RW. На них, как и на магнитных носителях, хранимую информацию можно стирать и записывать заново.

   Носители, которые пользователь может извлекать  из дисковода, называют сменными.

   Наибольшей  информационной емкостью из сменных  носителей обладают лазерные диски  типа DVD-ROM - видеодиски. Объем информации, хранящейся на них, может достигать  десятков гигабайтов. На видеодисках записываются полноформатные видеофильмы, которые можно просматривать с помощью компьютера, как по телевизору.

Вопросы и  задания

1. Постарайтесь объяснить,  зачем компьютеру нужны два  вида памяти: внутренняя и внешняя. 
2. Что такое "принцип хранимой программы"? 
3. В чем заключается свойство дискретности внутренней памяти ЭВМ? 
4. Какие два значения имеет слово "бит"? Как они связаны между собой? 
5. В чем заключается свойство адресуемости внутренней памяти ЭВМ? 
6. Назовите устройства внешней памяти ЭВМ. 
7. Какие типы оптических дисков вы знаете?

Как устроен персональный компьютер (ПК)

   Что такое ПК.Современные ЭВМ бывают самыми разными: от больших, занимающих целый зал, до маленьких, помещающихся на столе, в портфеле и даже в кармане. Разные ЭВМ используются для разных целей. Сегодня самым массовым видом ЭВМ являются персональные компьютеры. Персональные компьютеры (ПК) предназначены для личного (персонального) использования.

   Несмотря  на разнообразие моделей ПК, в их устройстве существует много общего. Об этих общих свойствах и пойдет сейчас речь.

   Основные  устройства ПК. Основной "деталью" персонального компьютера является микропроцессор (МП). Это миниатюрная электронная схема, созданная путем очень сложной технологии, выполняющая функцию процессора ЭВМ.