Информатика как наука

Считывание осуществляется след. образом: намагниченные частицы покрытия диска, проносящиеся вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Электромагнитные сигналы, возникающие при этом, усиливаются и передаются на обработку. Работой жесткого диска управляет специальное аппаратно-логическое устройство – контроллер жесткого диска.

Основные параметры жесткого диска емкость (в Гбайтах, зависит от технологии изготовления) и производительность – скорость внутренней передачи данных (до 30-60 Мбайт/с, зависит типа интерфейса связи с материнской платой и технологии изготовления) и среднее время доступа (5-10 мкс, зависит от скорости вращения диска).

-          Дисковод гибких дисков: позволяют переносит информацию на гибкий диск и обратно. ГД используются обычно для переноса информации. Основные параметры ГД технологический размер, плотность записи и полная емкость. 3,5 дюйма, высокой плотности емкостью 1,4 Мбайт, маркируются HD. Пыль, грязь, влага, электромагнитные поля часто приводят к потере данных, ГМД малонадежны.

-          Дисковод компакт-дисков CD-ROM – используются с 1994-1995 г., означает ПЗУ на основе компакт-диска. Стандартный объем 650 Мбайт. Существуют CD-R и CD-RW. Считывание и запись с помощью лазерного луча, который обеспечивает высокую плотность записи. Основным параметром является скорость чтения данных 150 Кб/с, 300, 600, 32-48-кратной производительностью.

-          Видео карта (видеоадаптер) – физически это отдельная дочерняя плата, которая вставляется в слот материнской платы. Управляет выводом видеоинформации на монитор. Основные характеристики:

-          тип стандарта в настоящее время применяют стандарт SVGA, 16,7 миллионов оттенков

-          разрешение экрана – количество точек по горизонтали и вертикали 1280*1024 для 19 дюймов и т.д.

-          цветовое разрешение (глубина цвета) определяет количество оттенков, зависит от объема видеопамяти P:

m, n – разрешения в точках по горизонтали и вертикали в точках

b – разрядность кодирования цвета

              - видеоускорение – свойство, позволяющее часть операций по построению изображения выполнять без вычислений в основном процессоре АК, а чисто аппаратным путем – преобразованием в своих МС, входит в состав видеоадаптера или поставляются как отдельная плата. Различают ускорители 2D и 3D-графики.

-          Звуковая карта – дочерняя плата подключаемая к материнской, выполняет вычислительные операции , связанные с обработкой звука. К выходам звуковой карты подключаются звуковые колонки, внешний усилитель микрофон.

Основной параметр разрядность – количество бит для преобразования аналогового сигнала в цифровой и наоборот. 16-ти, 32-ух, 64-разрядные устройства.

5.2 Монитор

              Монитор – устройство визуального представления данных. Основные потребительские параметры: размер, шаг маски экрана, максимальная частота регенерации изображения, класс защиты.

              Размер монитора в дюймах 14, 15, 17, 19, 20, 21. Изображение на экране получается в результате облучения люминофорного покрытия пучком электронов, разогнанных в вакуумной колбе. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие имеет точки или полоски трех типов, светящиеся красным, зеленым, синим цветом.

              Для получения четкого изображения перед люминофором ставят маску – панель с регулярно расположенными отверстиями или вертикальными проволочками. Шаг между отверстиями или щелями – шаг маски, чем меньше тем четче изображение. (0,25-0,27мм).

              Частота регенерации (обновления, частота кадров) изображения показывает, сколько раз в секунду монитор может полностью сменить изображение, определяется также свойствами и настройками видеоадаптера. В Гц, min – 75 Гц.

              Класс защиты – в настоящее время международные стандарты:

MPR-II – ограничивает уровень электромагнитного излучения,

TCO-92 – сохранил нормы,

TCO-95 – появились эргономические нормы,

TCO-99 – ужесточены нормы качества изображения.

5.3 Клавиатура

              Клавиатура – клавишное устройство управления ПК. Служит для ввода в ПК данных и команд.

              Относится к стандартным средствам ПК, программное обеспечение – драйвер находится в ПЗУ, в составе BIOS.

-          при нажатии на клавишу специальная МС выдает скан-код символа в порт клавиатуры – аппаратно-логические устройства, отвечающие за связь процессора с другими устройствами.

-          Процессор, в соответствии со скан-кодом, обрабатывает прерывание.

-          Затем процессор возвращается к прерванной работе.

Введенный символ хранится в буфере клавиатуры, пока его не заберет на обработку какая-нибудь программа.

5.4 Мышь

              Устройство управления манипуляторного типа. Перемещение мыши по поверхности вызывает синхронное перемещение указателя мыши на экране. Не является стандартным устройством, нуждается в поддержке специальной программой – драйвером мыши, которую нужно установить при первом включении или при установке ОС. Драйвер мыши анализирует сигналы от нее и передает эту информацию ОС или программам.

6.          Внутренняя организация микропроцессора

Микропроцессор – основная МС ПК, в которой производятся все вычисления. Состоит из ячеек, данные в которых могут не только хранится но и изменятся. Внутренние ячейки процессора называются регистрами. Управляя засылкой данных в регистры можно управлять обработкой данных. С остальными устройствами процессор связан группами проводников шинами адреса, данных команд.

(АЛУ, УУ, микро процессорная память на регистрах могут быть общие и специальные – счетчик адреса, регистр команд, регистр флагов)

7.          Основной цикл работы ЭВМ

обработка машинной команды:

-          Согласно адреса из счетчика адреса в регистр команд считывается из памяти следующая команда

-          Счетчик адреса команд автоматически изменяет свое значение – заносится адрес следующей команды

-          Команда находящаяся в регистре команд расшифровывается, считываются необходимые данные и выполняются действия над ними

Таким образом выполняется вся программа, хранящаяся в ОЗУ.

8.          Система команд

Система команд любой ЭВМ обязательно содержит следующие группы команд:

-          передачи данных

-          арифметические операции

-          логические операции

-          двоичного сдвига

-          ввода/вывода

-          управления

каждая команда имеет свой формат, количество операндов (величины, участвующие в команде), длину. Каждый тип МП имеет свою систему команд. Машинные команды понятны МП в двоичных кодах, но непонятны человеку.

              Программа – определенная последовательность команд.

              Общий вид команды:

КОП операнды

9.          Обработка прерываний

Важную роль в работе МП играют прерывания, они нарушают естественный ход выполнения программы для осуществления неотложных действий, связанных с реакцией на щелчок мыши или сбой  в электропитании.

Основные виды прерывание: внутрипроцессорные и от внешних устройств (выбор команды по несуществующему адресу, неправильная работа внешнего устройства). В общем случае прерывания обрабатываются следующим образом:

-          запоминается состояние прерванной программы в регистре состояния процессора

-          распознается источник прерывания

-          вызывается и выполняется системная программа обработки прерываний

-          восстанавливается состояние прерванной программы и продолжается ее выполнение. Для запоминания значения регистра состояния процессора используется стек.

10.       Основная память ПК

Основная память содержит оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM), ППЗУ - Flash-память.

ОЗУ – энергозависимая память, для хранения данных и программ участвующих в вычислительном процессе. Строится на триггерах.

ПЗУ – энергонезависимая память, для хранения неизменяемой информации программы Ос, некоторые драйверы BIOS. Строится на ферромагнитных сердечниках.

ППЗУ - Flash-память – энергонезависимая запоминающее устройство.

Основная память состоит из ячеек, которые имеют адрес, объем ячейки 1 байт.

Младшие адреса – ячейки ПЗУ, затем ОЗУ, ППЗУ.

11.       Регистровая КЭШ-память

Высокоскоростная память, небольшой емкости, является буфером между ОП и процессором, хранит данные, которые будут использоваться в ближайших тактах работы МП.

12.       Периферийные устройства персонального компьютера

Устройства ввода данных:

              Специальные клавиатуры – эргономические клавиатуры, беспроводные клавиатуры.

              Специальные манипуляторы –

-          трекбол – в портативных ПК, это шарик установленный стационарно, приводится в движение –ладонью руки.

-          Пенмаус – аналог шариковой ручки.

-          Инфракрасная мышь – беспроводная мышь.

-          Джойстик, джойпады, и т.д.

-          Сканеры – разрешающая способность, производительность, размер

-          Графические планшеты – специальное перо и планшет.

-          Цифровые фотокамеры –

Устройства вывода данных:

-          Принтеры – матричные, струйные, термопринтеры, лазерные

-          Плоттеры – для вывода чертежей и рисунков.

-          Синтезаторы звука – для прослушивания звука: динамик

Устройства хранения данных

              Стримеры и др

Устройства обмена данными

              Модем

Лекция 8

Тема: Логические основы функционирования ЭВМ

1.            История возникновения математической логики

Для составления логических выражений, используемых при решении задач на ЭВМ, используется специальный язык – язык математической логики. Его основоположником является немецкий философ и математик Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716), который изучая проблемы истины в философии попытался споры возникающие между людьми разрешить посредством вычислений. Продолжил работы в этом направлении ирландский математик Джордж Буль, создав новую науку – математическую логику, которая работает с высказываниями.

2.            Логические высказывания, логические операции.

Высказывание (логическое высказывание)- это любое утверждение, относительного можно сказать истинно оно или ложно, т.е. соответствует действительности или нет.

По своей сути высказывания являются двоичными объектами: истинному значению ставят в соответствие - 1, ложному – 0. Запись А=1 – высказывание А истинно.             

Высказывания могут быть простыми и сложными.

Простые – соответствуют алгебраическим переменным,

Сложные – являются аналогом алгебраических функций.

Операции И, ИЛИ, НЕ образуют полную систему логических операций, из которых можно построить сколь угодно сложное логическое выражение.

Логическое выражение – это выражение, в котором используются логические операции или операции сравнения.

3. логическая операция НЕ – результат противоположен аргументу – инверсия

4. логическая операция ИЛИ – если хотя бы один из операндов истинен, то результат истина – дизъюнкция.

5. логическая операция И – если все операнды истинны, то результат истина – конъюнкция.

6. логическая операция XOR – если операнды не совпадают, то результат истина – исключающее ИЛИ.

7.        применение логических элементов для построения узлов ЭВМ

Обработка информации в ЭВМ происходит путем последовательного выполнения элементарных операций:

-          установка – запись в операционный элемент двоичного кода,

-          прием – передача(перезапись) кода из одного элемента в другой,

-          сдвиг – изменение положения кода, преобразование – перекодирование,