Контрольная работа по "Информатике"

Единицы хранения данных

При хранении данных решаются две проблемы: как  сохранить данные в наиболее компактном виде и как обеспечить к ним  удобный и быстрый доступ (если доступ не обеспечен, то это не хранение). Для обеспечения доступа необходимо, чтобы данные имели упорядоченную  структуру. При этом образуются адресные данные. Без них нельзя получить доступ к нужным элементам данных, входящих в структуру.

Поскольку адресные данные тоже имеют размер и тоже подлежат хранению, хранить данные в виде мелких единиц, таких, как байты, неудобно. Их неудобно хранить и в более крупных единицах (килобайтах, мегабайтах и т. п.), поскольку частичное заполнение одной единицы хранения приводит к неэффективности хранения.

В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом.

Файл – это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем.

Обычно  в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу. В этом случае тип данных определяет тип  файла.

Поскольку в определении файла нет ограничений  на размер, можно представить себе файл, имеющий 0 байтов (пустой файл), и  файл, имеющий любое число байтов.

В определении  файла особое внимание уделяется  имени. Оно фактически несет в  себе адресные данные, без которых  данные, хранящиеся в файле, не станут информацией из-за отсутствия метода доступа к ним. Кроме функций, связанных с адресацией, имя файла может хранить и сведения о типе данных, заключенных в нем. Для автоматических средств работы с данными это важно, поскольку по имени файла они могут автоматически определить адекватный метод извлечения информации из файла.

Имя файла  состоит из двух частей: собственно имени и расширения файла. Например:

Собственно  имя файла может состоять из букв русского и английского алфавитов, цифр и специальных символов. При  этом его длина не должна превышать 256 символов.

В зависимости  от расширения все файлы делятся  на две большие группы: исполняемые и неисполняемые.

Исполняемые файлы – это такие файлы, которые  могут выполняться самостоятельно, т. е. не требуют каких-либо специальных программ для их запуска. Имеют следующие расширения:

– exe – готовый к исполнению файл (tetris.exe; winword.exe);

– com – файл операционной системы (command.com);

– sys – файл операционной системы (Io.sys);

– bat – командный файл операционной системы MS-DOS (autoexec.bat).

Неисполняемые файлы для запуска требуют  установки специальных программ. Так, например, для того чтобы просмотреть  текстовый документ, требуется наличие какого-либо текстового редактора. По расширению неисполняемого файла можно судить о типе данных, хранящихся в данном файле. Вот несколько примеров:

Понятие о файловой структуре

Требование  уникальности имени файла очевидно – без этого невозможно гарантировать однозначность доступа к данным. В средствах вычислительной техники требование уникальности имени обеспечивается автоматически – создать файл с именем, тождественным уже имеющемуся, не могут ни пользователь, ни автоматика.

Хранение  файлов организуется в иерархической  структуре, которая в данном случае называется файловой структурой. В качестве вершины структуры служит имя носителя, на котором сохраняются файлы. Далее файлы группируются в каталоги (папки), внутри которых могут быть созданы вложенные каталоги (папки).

Каталоги (папки) – важные элементы иерархической структуры, необходимые для обеспечения удобного доступа к файлам, если файлов на носителе слишком много. Файлы объединяются в каталоги по любому общему признаку, заданному их создателем (по типу, по принадлежности, по назначению, по времени создания и т. п.). Каталоги низких уровней вкладываются в каталоги более высоких уровней и являются для них вложенными. Верхним уровнем вложенности иерархической структуры является корневой каталог диска.

Все современные  операционные системы позволяют  создавать каталоги. Правила присвоения имени каталогу ничем не отличаются от правил присвоения имени файлу, хотя негласно для каталогов не принято  задавать расширения имен. Все промежуточные  каталоги разделяются между собой  обратной косой чертой (\).

Архитектура ЭВМ

Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно – математическое обеспечение. Структура  ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление. 
 
Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ.  
 
Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, представленную на рисунке. 
 

 

Положения фон Неймана:

• Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода)
• Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти
• Управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками)
• Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме
• Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся  в одном и том же запоминающем устройстве
• Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода

Базовые устройства Персонального  Компьютера

Для персонального  компьютера существует понятие базовой конфигурации. Это минимально необходимый состав компьютерной системы, при котором она будет не только корректно, но и надежно работать. В базовую конфигурацию включают четыре устройства:

• Системный блок. Представляет собой металлический корпус, внутри которого размещаются самые важные рабочие блоки компьютера. Состав системного блока будет рассмотрен ниже на этой странице.
• Монитор. Основное устройство для вывода данных. Монитор отображает цифровую, символьную и графическую информацию, получаемую из компьютера.

Можно говорить, что существует два основных типа мониторов: жидкокристаллические (ЖК) и электронно-лучевые (ЭЛТ).

Характеристики  монитора: размеры экрана, разрешающая способность, частота регенерации, яркость и контрастность.

• Клавиатура. Устройство для ввода данных. Клавиатура имеет более 100 клавиш для ввода букв, символов и управляющих команд. Алфавитно-цифровые клавиши расположены "как на печатной машинке" соответствующего алфавита.
• Мышь. Устройство ввода, предназначенное для управления операционной системой и программами. Перемещение небольшой мыши по плоской поверхности стола синхронизовано с перемещением графического объекта (указателя) на экране монитора. Кнопки (и колесико) мыши используются для ввода команд.

Устройства, подключаемые к компьютеру, и расположенные  внутри системного блока, называются внутренними, а снаружи — внешними. Внешние устройства, предназначенные для ввода, вывода и хранения данных, также называют периферийными.

Внутреннее устройство системного блока

Системная (материнская) плата.

Системная плата обеспечивает три направления  передачи информации: между микропроцессором и внутренней (основной) памятью, между  микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств, между внутренней (основной) памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти). Устройства, непосредственно осуществляющие процесс обработки информации (вычисления), в том числе микропроцессор, оперативная память и шина, размещаются на ней, кроме того, на ней же располагается и контроллер клавиатуры и мыши. Схемы, управляющие другими внешними устройствами компьютера, как правило, находятся на отдельных платах, вставляемых в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали передачи данных в компьютере – шине. Иногда эти контроллеры могут располагаться на системной плате.

В системном  блоке располагается также блок питания, преобразующий переменное напряжение электросети в постоянное напряжение различной полярности и величины, необходимое для питания системной платы и других устройств компьютера, размещенных в системном блоке. Блок питания Содержит вентилятор, создающий циркулирующие потоки воздуха для охлаждения системного блока, сетевого энергопитания ПК. Кроме сетевого, в компьютере имеется также автономный источник питания – аккумулятор. К аккумулятору подключается таймер – внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер продолжает работать и при отключении компьютера от электросети.

Основными ведущими производителями системных  плат являются компании Asustek, Intel, Giga-Byte, Abit и др.

Накопитель  на жестких магнитных  дисках.

Накопитель  на жестких магнитных дисках (от англ. HDD – Hard Disk Drive), или винчестер – это запоминающее устройство большой емкости, в котором носителями информации являются круглые жесткие пластины (иногда называемые также дисками), обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Винчестер используется для постоянного (длительного) хранения информации – программ и данных.

В принципе жесткие диски подобны дискетам. В них информация также записывается на магнитный слой диска. Однако этот диск, в отличие от дискет, сделан из жесткого материала, чаще всего алюминия (отсюда и название Hard Disk). В корпусе объединены такие элементы винчестера, как управляющий двигатель, носитель информации (диски), головки записи/считывания, позиционирующее устройство (позиционер) и микросхемы, обеспечивающие обработку данных, коррекцию возможных ошибок, управление механической частью, а также микросхемы кэш-памяти.

Если  дискета физически состоит из одного диска, то винчестер состоит  из нескольких одинаковых дисков, расположенных друг под другом.

НЖМД  помещен в почти полностью  герметизированный корпус. В отличие  от НГМД, внутреннее устройство которого хорошо видно, НЖМД изолирован от внешней  среды, что предотвращает попадание  пыли и других частиц, которые могут повредить магнитный носитель или чувствительные головки чтения/записи, располагаемые над поверхностью быстро вращающегося диска на расстоянии нескольких десятимиллионных долей дюйма.

Магнитные диски являются элементами устройств чтения-записи информации – дисководов. Сам магнитный диск – это пластиковый (для гибких дисков) и алюминиевый либо керамический (для жестких дисков) круг с магниточувствительным покрытием. В случае жесткого диска таких кругов Может быть несколько, и все они в центре посажены на один стержень. Для гибкого диска такой круг один, при помещении в дисковод он фиксируется в центре. Во время работы диск раскручивается.

Постоянное  запоминающее устройство (ПЗУ).

В момент включения компьютера в его оперативной  памяти нет ничего – ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения.

Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково). Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам.

Этот  исходный адрес не может указывать  на оперативную память, в которой  пока ничего нет. Он указывает на другой тип памяти – постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» – их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.