Лекции по «Информационным технологиям в металлургии»

    Совместимость составляющих компьютера означает, что они совместимы функционально, электрически и конструктивно.

    Основной  узел – процессор. Его функция – исполнение программ, которые хранятся в памяти. В современных ПК процессор выполнен на одном кристалле, то есть это специализированная микросхема, такое устройство называется микропроцессором. Процессор общается с памятью, взаимодействует так же и с периферийными устройствами этот обмен осуществляется с помощью шины. Объем информации очень значительный. Для обращения к элементам информации требуется определенный адрес, который задается в виде двоичного числа. Чем больше разрядов в двоичном адресе, тем больше элементов памяти может быть задействовано. Основным свойством является разрядность шины. Большинство современных ПК используют 32-х разрядную шину.

    Производительность  процессора определяется числом элементарных действий в секунду, которые он способен выполнять. Таким элементарным действием может быть чтение, запись и т. д. Для каждой операции требуется определенное время. Время в компьютерной системе должно быть синхронизировано. Для выполнения элементарного действия требуется определенный квант времени – такт. Чем короче такт, тем больше операций в секунду будет выполняться.

    Второй  важнейшей характеристикой процессора является тактовая частота. Тактовые частоты наиболее распространенных процессоров: 1,5…3 ГГц. 

    Память.

    Назначение  памяти – хранение данных и программ.

    Всю память можно разделить на две  части:

• Внутреннюю память
• Внешнюю память

 

    Внутренняя  память выполнена на специализированных микросхемах, имеет относительно небольшой объем, но имеет высокое быстродействие. Память организована таким образом, что информация хранится в виде двоичных слов (8 разрядов), любое слово байт. Важнейшей характеристикой памяти является ее объем.

    Внутренняя  память компьютера делится на:

• ROM (Read Only Memory)- предназначена только для чтения.
• RAM (Random Access Memory) – память с произвольным доступом.

      ROM (ПЗУ – постоянные запоминающие устройства) – хранит некоторые программы, записанные на этапе изготовления компьютера, и предназначены, в основном, для запуска компьютерной системы. Объем примерно 64 Мб.

    RAM (ОЗУ – оперативное запоминающее устройство) – основная часть информации размещается в ОЗУ примерно 512 Мб.

    ПЗУ – энергонезависимая часть памяти, там информация хранится после выключения компьютера.

    В ОЗУ информация хранится в виде электрического заряда. Такой способ хранения информации обеспечивает высокое быстродействие, но является энергозависимой. 

    Внешняя память отличается тем, что информация хранится на физических носителях. Размещение информации на физическом носителе изменяется путём изменения свойств поверхности носителя (оптических или магнитных). Устройство для хранения информации, относящееся к внешней памяти, может использовать постоянные или сменные носители информации. На сегодня, такими устройствами хранения информации являются жёсткие магнитные диски (ЖМД), гибкие магнитные диски (ГМД), оптические (лазерные) диски (CD).

     ЖМД. Носителем информации является несменный диск (5 дюймов). Размещение информации осуществляется определённым образом, для этого вся поверхность делится на концентрические дорожки. Каждая дорожка разделена на сектора. Информация записывается в нужный сектор на нужной дорожке. Запись производится магнитной головкой. Диск вращается со скоростью: 5400 об/мин (80Гб), 7200 об/мин, ок.10000 об/мин. 

    ГМД используют такой же принцип записи, но имеет гораздо меньший объём (1,44Мб).

    На  оптических носителях информации запись осуществляется изменением коэффициента отражения поверхности. Для этого воздействуют на поверхность носителя лазерным лучом. Чтение информации, записанной на такой поверхности, осуществляется с помощью лазерной головки. В остальном, работа ЖМД и CD практически одинакова.

    Внешняя память в отношении хранения информации так же является энергонезависимой, т.е. записанная на поверхности носителя информация сохраняется практически бесконечно долгое время.

    Флэш-память. Использует электронные методы записи информации. Предназначена для кратковременного хранения информации. В основе памяти – специализированная микросхема – до 4 Гб. Обладает двумя полезными характеристиками: приемлемый объём и достаточное быстродействие. Информация будет в порядке в течение 10⁵ циклов записи-чтения. 

Периферийные  устройства.

    Предназначены для ввода и вывода информации при работе с ПК.

    Устройства  ввода информации:

• Клавиатура
• Мышь
• Сенсорный экран
• Сканер – оптическое устройство, содержащее подвижную линейку оптических датчиков, которые механическим приводом перемещается вдоль поверхности. Он предназначен для ввода информации с бумажного листа.
• Видеокамера
• Цифровой фотоаппарат
• Сетевые карты и другие устройства для работы с сетью

    Ввод  информации с внешних устройств осуществляется с небольшими скоростями, требует значительного времени по компьютерным меркам. Устройство ввода информации – одна из самых медленных систем.

    Устройства  вывода информации:

• Монитор (LCD – жидкокристаллический дисплей)
• Медиа-проектор
• Сетевые карты и модемы

    Аппаратные  средства компьютеров разрабатываются с использованием принципов открытой архитектуры системы. Такая архитектура предполагает, что любые части компьютерной системы совместимы функционально, электрически и конструктивно.

    В процессе работы компьютерные системы  обмениваются определенными электрическими сигналами. Функция совместимости означает, что устройства способны ״понимать״ друг друга, поскольку назначение любых сигналов строго стандартизировано.

    Электрическая совместимость означает, что все характеристики сигналов, которыми обмениваются устройства в компьютерной системе, стандартизированы.

    Конструктивная  совместимость. Для объединения частей компьютерной системы используются стандартные типы электрических соединителей (разъёмы).

      Открытая архитектура позволяет использовать узлы, изготовленные самыми разными изготовителями, для сборки компьютерной системы. Открытая архитектура позволяет оптимизировать компьютерную систему в аппаратном отношении: для различных задач, выполняемых на компьютере, требуются различные характеристики компьютерной системы, например, различная производительность процессора, объём памяти, периферийные устройства, – т.о. пользователь может собрать систему для решения собственных задач.

    В конструктивном отношении различают:

• Desktop – настольный;
• Notebook – карманный.

 

    Архитектура программных средств.

    Компьютер представляет собой единство аппаратных и программных средств.

    Hardware – аппаратные средства компьютера (железо).

    Компьютерная  программа позволяет выполнять  на одном и том же железе самые  разные задачи.

    Software – программное обеспечение, имеет иерархическую структуру. Существует несколько уровней программного обеспечения, на каждом уровне программа решает свои специфические задачи, взаимодействует с собой и аппаратной частью:

1. Базовый уровень.
2. Операционная система (ОС).
3. Прикладное программное обеспечение (ПО).

    Программы базового уровня.

    На  этом уровне программы наиболее тесно взаимодействуют с аппаратной частью компьютера. По объёму – самые маленькие. Физически эти программы размещаются в постоянной памяти компьютера – ROM (ПЗУ). Эти программы настроены на работу с конкретными узлами компьютера. Это уровень системы BIOS (Basic Input/Output System). Чаще всего BIOS создаётся на специальной микросхеме ПЗУ. Некоторые параметры BIOS можно менять в процессе эксплуатации компьютера.

    Основная  функция программ этого уровня – тестирование работоспособности компьютерной системы, загрузка ОС, обеспечение взаимодействия ОС с аппаратными средствами компьютера.

    Программа тестирования (PoST – Power on Self Test), являющаяся основной частью BIOS, запускается в момент включения компьютера и определяет работоспособность его основных частей: проверяется работоспособность процессора, постоянной памяти и др.

    После выполнения программы PoST, управление передаётся следующей части BIOS, программе загрузчику ОС. На этом действие BIOS не заканчивается. После загрузки ОС он осуществляет взаимодействие с аппаратными средствами компьютера.

    Операционная  система (ОС).

    ОС  – это большой программный  комплекс. ОС обеспечивает основные функции  работы компьютера:

• Управление ресурсами компьютерной системы;
• Загрузка прикладного ПО;
• Обеспечение работоспособности прикладных программ с аппаратной частью компьютера.

    К ресурсам компьютерной системы относятся: процессорное время, объёмы внутренней и внешней памяти, периферийные устройства.

    При работе компьютера выполняется, как  правило, несколько задач под  управлением многих программ. Т.о. важнейшей функцией ОС является организация работы этих программ на имеющемся аппаратном обеспечении.

    Разместить  ОС в постоянной памяти компьютера достаточно сложно, т.к. она занимает много места, поэтому программы, относящиеся к ОС, хранятся во внешней памяти: ЖМД, CD, дискете. Т.о. в процессе загрузки ОС необходимо указать, где она хранится программе загрузчику.

    Без ОС невозможно исполнение программ следующего прикладного уровня. Одна из функций ОС – загрузка прикладных программ и обеспечение их работоспособности.

    Прикладное  программное обеспечение (ПО).

    С помощью программ этого уровня непосредственно  выполняются те задачи, которые решает пользователь. Т.о. работа на компьютере превращается в работу  с ПО.

    Для взаимодействия с пользователем ПО имеют интерфейс – это часть ПО, которая обеспечивает ввод и вывод информации в наиболее удобном виде. Интерфейс является частью ПО. В настоящее время в ОС и в приложениях преимущественно используется графический оконный интерфейс. 

    Помимо  такого 3-уровнего деления можно произвести классификацию компьютерных средств по выполняемым функциям:

1. системное ПО;
2. пакеты прикладных программ (ППП);
3. инструментальные средства.

    Системное ПО – совокупность программ для  обеспечения работы компьютера, в  т.ч. в компьютерных сетях. Оно делится на две части:

• базовое системное ПО;
• сервисное системное ПО.

    

    Базовое системное ПО – минимально необходимое системное обеспечение для работы компьютера.

    Сервисное ПО выполняет вспомогательные функции – служебные программы (утилиты). Сервисная часть может дополнять основную часть ОС.

    Работа  пользователя на компьютере представляет собой взаимодействие с программой ОС и прикладными программами. Управление ОС осуществляется с помощью интерфейса ОС. Существует 2 варианта интерфейса: