Технические средства реализации информационных процессов

План 1.Основные этапы развития ИТ 2.Поколения ЭВМ 3.Принципы фон Неймана 4.Состав ПК: 4.1. Системный блок 4.2. Внутренняя память 4.3. Внешние запоминающие устройства 4.4. Устройства ввода информации 4.5. Устройства вывода информации 5.Перспективы развития ВТ (Курносов, с )

Литература 1) Информатика. Под ред. Курносова А.П. – М.: КолосС, 2005 г. 2) Информатика: базовый курс. Под ред. Симонович – СПб.: Питер, 2002 г. 3) Информатика. Под ред. Макаровой Н.В. – М.: Финансы и статистика, 2002г.

1. Этапы развития ИТ 1) Ручной – с 50-го тысячелетия до н.э.; 2) Механический – с середины 17 века; 3) Электромеханический – с 90-х годов 19 века; 4) Электронный – с 40-х годов 20 века.

1) Ручной период развития ИТ Для счета используют: пальцы рук и ног, камни, абак, счеты; Греко-римский абак русские счёты

Леонардо да Винчи (16 в.) создал эскиз 13- разрядного суммирующего устройства.

Джон Непер (нач.17 в): таблицы логарифмов, логарифмическая линейка, бруски Непера. Джон Непер ( ) Одна из модификаций брусков Непера Логарифмические линейки: круглая и прямоугольная

2) Механический этап развития ИТ В 1623 г. Вильгельм Шиккард создал 6- разрядную механическую суммирующую машину.

В 1642 г. Блез Паскаль построил механическую 8-разрядную суммирующую машину «Паскалину». Паскалина

В 1673 г. Лейбниц изобрел механический калькулятор на базе двоичной системы счисления

В 1820 г. была выпущена первая промышленная партия цифровых счетных машин арифмометров. В 1874 г. Однер предложил использовать для ввода чисел колеса с выдвижными зубьями

Ж. Жаккар в 1804 г. применил для управления ткацким станком специальную карту с пробитыми в ней отверстиями – перфокарту.

В 1830 г. Чарльз Бэббидж разработал проект аналитической машины, предугадав все основные устройства современной ЭВМ

Первым программистом была англичанка Ада Лавлейс - помощница Бэббиджа

В 1854 г Джордж Буль заложил основы современной математической логики.

3) Электромеханический этап развития ИТ В 1888 г. Герман Холлерит сконструи- ровал табулятор Герман Холлерит за пультом табулятора

В 1930 г. американец Ванневар Буш разработал электромеханический аналог компьютера - дифференциальный анализатор

1936 г. А. Тьюринг и независимо от него Э. Пост разработали концепцию абстрактной вычислительной машины. Алан ТьюрингЭ. Пост

В 1937 г. Джордж Стибиц (США) создал электромехани- ческий двоичный сумматор

В 1942 г. Джон Атанасофф и Клиффорд Берри создали вычислительное устройство, работавшее на электронных лампах. Клиффорд Берри за работой

В 1944 г. Говардом Эйкеном представлена вычислительная машина «Марк-1».

4) Электронный этап развития ИТ 1946 г - ENIAC -первая ЭВМ, разработанная сотрудниками университета Пенсильвании (США) под руководством Джона Мокли и Преспера Эккерта, с участием математика Джона фон Неймана. Джон фон Нейман

Инженер подключает кабели, при помощи которых осуществлялось программирование машины ENIAC.

1948 г. - Дж. Бардин, У. Бремен и У. Шокли создали транзистор.

В 1949 г. в Англии создана первая ЭВМ с хранимой в памяти программой – EDSAC. Конструктор -Морис Уилкис.

В том же году Джей Форрестер изобрел магнитное запоминающее устройство. Память на магнитных сердечниках

В 1951 г. Джон Мокли и Преспер Эккерт создали машину UNIVAC, предназначенную для коммерческих расчетов (первый серийный компьютер).

1951 год Грейс Хоппер разработала первый компилятор.

В России в 1951 г. под руководством академика С.А. Лебедева была создана первая советская ЭВМ, получившая название МЭСМ. Лебедев Сергей Алексеевич

1952 г. - БЭСМ (быстродействующая электронная счетная машина)

В 1958 г. Джек Килби создал первую интегральную схему.

В 1964 г Дуглас Энгельбарт продемонстрировал работу первой мыши.

1974 г - Эдвард Робертс построил первый персональный компьютер (ПК) Altair

1-е поколение – электронные лампы ( гг.): формируется типовой набор структурных элементов, входящих в состав ЭВМ; использовались перфокарты, перфоленты, магнитные ленты; программирование осуществлялось на машинном языке конкретной ЭВМ; ENIAC, EDSAC, UNIVAC, МЭСМ, БЭСМ, Урал, Минск, Стрела, М Поколения ЭВМ

Электронная лампа ЭВМ «Урал» Перфолента

2-е поколение – транзисторы ( гг.): появляются первые магнитные диски; используются языки высокого уровня (Algol, Fortran, Cobol); стали использоваться операционные системы (ОС); БЭСМ-4, Мир, Наири, М-222, Урал-16, Минск-32.

Память на магнитных сердечниках Транзистор БЭСМ-6

3-е поколение – интегральные схемы - ИС ( гг.): появились недорогие мини-ЭВМ; мультипрограммный режим; IBM System 360, ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ. Интегральная схема

4-е поколение – сверхбольшие интегральные схемы – СБИС ( г): появились персональные компьютеры - ПК; IBM PC (1979г), Apple. Apple-1

5-е поколение – c 1985 г. компьютеры ориентированы на обработку не данных, а знаний; развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта; создание развитого человеко- машинного интерфейса (распознавание речи, образов).

Современная классификация компьютеров По назначению: большие ЭВМ (суперЭВМ, Main Frame); миниЭВМ; микроЭВМ; ПК: массовый ПК (Consumer PC) деловой ПК (Office PC) портативный ПК (Mobile PC) рабочая станция (WorkStation) развлекательный ПК (Entertaiment PC)

По размеру: настольные (desktop); портативные (notebook); карманные (palmtop).

По уровню специализации: универсальные; специализированные: суперкомпьютеры; кластерные системы.

3. Принципы фон Неймана 1) принцип двоичного кодирования; 2) принцип программного управления; 3) принцип однородности памяти; 4) принцип иерархии памяти; 5) принцип адресности.

адреса - передача адресов при обращении к устройствам Функциональная схема компьютера процессор внутренняя память шина данных - используется для передачи данных управления – используется для передачи команд устройства ввода устройства вывода внешняя память

Процессор это устройство, обеспечивающее обработку данных, а также согласование действий всех узлов, входящих в состав компьютера. Наиболее важные части процессора – АЛУ (арифметико-логическое устройство) и УУ (устройство управления). Внутренние ячейки процессора называют регистрами.

CISC (Complex Instruction Set Computer) - полная система команд переменной длины (процессоры Intel); RISC (Reduced Instruction Set Computer) - сокращенный набор команд фиксированной длины (процессоры Motorola). Основные архитектуры процессоров

Память Внутренняя быстродействующая, электронная, расположена на системной плате компьютера ОЗУ оперативное запоминающее устройство ПЗУ постоянное запоминающее устройство Внешняя реализуется в виде самостоятельных блоков НГМД накопители на гибких магнитных дисках НЖМД накопители на жестких магнитных дисках Оптические дисководы Флэш-память

устройства вывода информации

устройства ввода информации

4. Состав ПК Базовая конфигурация компьютера: системный блок, клавиатура, монитор, мышь. Прочие подключаемые устройства называют периферийными.

4.1. Системный блок

На системной, или материнской плате (motherboard) обычно размещаются: процессор; оперативная память; ПЗУ с базовой системой ввода/вывода (BIOS); набор управляющих микросхем (chipset); CMOS - память для хранения данных об аппаратных настройках; разъемы или слоты (slot) расширения; разъемы для подключения мыши, клавиатуры, универсальной последовательной шины USB и т.д.; разъемы питания.

Основные характеристики процессора Тактовая частота - количество тактов, выполняемых в единицу времени; измеряется в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц). Разрядность процессора (размер регистров в битах) показывает, сколько бит информации он может принять или передать за один такт.

Южный мост предназначен для работы с более медленными компонентами системы и включает в себя: двухканальный IDE-контроллер, обеспечивающий взаимодействие с накопителями; USB-контроллер; контроллер ввода-вывода, аудиоконтроллер. Набор микросхем (чипсет) предназначен для организации взаимодействия всех подсистем ПК. Северный мост - обеспечивает работу с наиболее скоростными подсистемами компьютера. Он содержит контроллеры системной шины, памяти, графической шины AGP.

Шины связывают процессор и внешние устройства Системные: ISA EISA Локальные: VLB PCI AGP PC-card USB

Интерфейс передачи данных - линия передачи данных, соединяющая материнскую плату и периферийное устройство. IDE SCSI RS-232 (EIA-232D) LPT gameport IrDa - беспроводный интерфейс, работающий в инфракрасном диапазоне Bluetooth - использует для передачи данных высокочастотный радиоканал

4.2. Внутренняя память Память, в которой хранятся исполняемые программы и данные, называется ОЗУ, или RAM (Random Access Memory) - памятью со свободным доступом.

Существует два вида ОЗУ: статическое ОЗУ, или SRAM (Static RAM) – триггер; динамическое ОЗУ, или DRAM (Dynamic RAM) – конденсатор.

Кэш-память – сверхбыстрая память для ускорения доступа к оперативной памяти. Кэш-память делится на уровни: на кристалле самого процессора находится кэш первого уровня, в корпусе процессора, но на отдельном кристалле находится кэш второго уровня, на системной плате расположена кэш- память третьего уровня.

Конструктивно модули памяти имеют два исполнения: - однорядные (SIMM-модули) - двухрядные (DIMM-модули). Основные характеристики оперативной памяти - объем памяти и время доступа.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) или ROM (Read Only Memory) - память, предназначенная для постоянного хранения таких программ, как тестирование и начальная загрузка компьютера, управление внешними устройствами. Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода BIOS (Basic Input Output System).

CMOS - микросхема "энергонезависимой" памяти. Данные в нее можно заносить и изменять самостоятельно.

4.3. Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) Предназначены для долговременного хранения программ и данных. Выполняются в виде накопителей. В качестве носителей информации в них используются магнитные диски и ленты, лазерные диски и др. Основные характеристики ВЗУ: информационная емкость (Мбайт и т.д.); время доступа (секунды или доли секунд).

ВЗУ Устройства прямого (произвольного) доступа: диски Устройства последовательного доступа: стримеры

Дискета - гибкий магнитный диск в пластмассовом корпусе. Существуют диски с форм-фактором (диаметром) 3,5 (дюйма); 5,25 и 1,8. На трехдюймовых дискетах можно хранить 1,44 Мбайта информации.

Жесткий магнитный диск - несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с большой угловой скоростью. Дорожки - узкие концентрические кольца на диске - разделены на части, называемые секторами. Цилиндр - это общее количество дорожек, с которых можно считать информацию, не перемещая головок.

Кластер (несколько секторов) наименьшая область диска, которую операционная система использует при записи файла.

Форматирование диска - это создание его физической и логической структуры. Физическая структура диска определяется количеством дорожек и числом секторов на каждой дорожке. Логическая структура – это создание корневого каталога и таблиц размещения файлов.

Существуют два вида форматирования дисков: Полное форматирование включает в себя как физическое, так и логическое форматирование. Вся хранившаяся на диске информация при этом будет уничтожена. Быстрое форматирование производит лишь очистку корневого каталога и таблиц размещения файлов.

Существуют высокоемкие дискеты и накопители (внутренние и внешние), такие как Zip-диски и Jaz-диски.

Оптический компакт-диск (Compact Disk (CD)) в качестве носителя информации в компьютере стал использоваться с 1988 г. Информация на лазерном диске записана с одной стороны на одну спиралевидную дорожку.

CD-ROM (Read Only Memory - только чтение) CD-R (R - Recordable, записываемый) CD-RW (RW - Rewritable, перезаписываемый). Односкоростные CD-ROM накопители обеспечивали скорость считывания информации 150 Кбайт/с.

Цифровой универсальный диск DVD (Digital Versatile Disk) - диск с высокой плотностью записи - от 4,7 до 17 Гбайт.

Односкоростные DVD-ROM накопители обеспечивали скорость считывания информации 1,3 Мбайт/с. DVD DVD-Video или просто DVD DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW DVD-Audio

Флэш-память (Flash-memory) или FRAM - ферроэлектрическая память с произвольным доступом. Первые промышленные образцы появились в 1994 г. Флэш-карта USB-флэш-диски

4.4.

Клавиатура (keyboard) – стандартное устройство ввода текстовой информации. Обычная клавиатура характеризуется раскладкой символов QWERTY / ЙЦУКЕНГ.

Специальные клавиатуры: эргономичная клавиатура; клавиатура Дворака – с оптимизированной раскладкой клавиш; беспроводная клавиатура; гибкая резиновая клавиатура.

Мышь (mouse) - это манипулятор, предназначенный для перемещения указателя (курсора) по экрану монитора и фиксации его в нужной точке с помощью щелчка клавишей. Оптико-механическая мышь Оптическая мышь

Другие типы манипуляторов: трекбол тачпад инфракрасная мышь пенмаус джойстик сенсорный (тактильный) экран

Сканер - устройство для ввода в компьютер графической информации. Характеристики сканеров: разрешающая способность (количество точек на дюйм – dpi); скорость сканирования. Виды сканеров: ручные, планшетные, роликовые, штрих-сканеры.

Цифровая видеокамера Web-камера Микрофон

4.5. Устройства вывода

Видеотерминалы - (видеомонитор+видеоконтроллер) предназначены для оперативного отображения текстовой и графической информации. Видеоконтроллеры: CGA EGA VGA SVGA PGA

Типы мониторов: на основе ЭЛТ на основе ЖКИ (LCD, TFT) плазменные (PDP). Характеристики мониторов: размер экрана (17, 19, 21) разрешающая способность ( ), частота кадровой развертки (120 Гц).

Принтер - это устройство вывода данных из компьютера на бумагу, пленку и т.д. Основные характеристики: разрешающая способность (dpi) производительность (ppm). Типы принтеров: матричные струйные лазерные. Плоттеры – служат для вывода широкоформатной графической информации.

Сетевая карта