23.07.2015 УГАТУ - ВМК 2007 1 Лекция 1 Основы информатики Валеева А.Ф. - презентация

1 УГАТУ - ВМК Лекция 1 Основы информатики Валеева А.Ф.

2 УГАТУ - ВМК Литература Информатика. Энциклопедический словарь для начинающих(под ред. Поспелова Д.А.), М., 1981 С.В. Глушаков, А.С. Сурядный Персональный компьютер:Microsoft Windows XP, Word XP, Excel XP. Харьков,2003 Э.Виллетт, Д.Кроидер,Р.Кроидер. Microsoft Office 2000, Киев, 2001

3 УГАТУ - ВМК Литература А.Левин. Excel-это очень просто.Питер, 2004 А.Левин. Word-это очень просто.Питер, 2004 А.Н. Вальвачев, В.С. Крисевич. Программирование на языке Паскаль для ПК. Минск, 1989 В.Н. Пильщиков. Сборник упражнений по языку Паскаль. М., 1989

4 УГАТУ - ВМК Понятие информации, общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации Информация – это содержание сообщения, сигнала, памяти, а также сведения, содержащиеся в сообщении, сигнале или памяти. Информация представляется в виде определенных символических структур. Представления информации: одномерные (сообщение имеет вид последовательностей символов. Например, информация в письмах, при передаче по каналам связи, в памяти ЭВМ); многомерные ( под многомерностью понимают не только расположение элементов информации на плоскости и в пространстве, например, в виде рисунков, схем объемных элементов, но и множественность признаков используемых символов.

5 УГАТУ - ВМК Понятие информации, общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации Формирование представления информации называется ее кодированием – переход от исходного представления к представлению, удобному для хранения, передачи или обработки. Цели кодирования: * уменьшение избыточности сообщения; * защита от нежелательного доступа к информации; * повышение скорости передачи или обработки; * надежность от случайных искажений; * удобство физической реализации; * удобство восприятия. Декодирование - обратный переход к исходному представлению. Информационные процессы – это процессы передачи, хранения и переработки информации.

6 УГАТУ - ВМК Понятие информации, общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации В вычислительной технике используется объемный способ измерения информации, основанный на подсчете числа символов в сообщении. Применяются две стандартные единицы измерения – бит (один символ двоичного алфавита) и байт (символ, представленный восьмиразрядным двоичным кодом).

7 УГАТУ - ВМК Что такое информатика ? Информатика - наука, изучающая способы получения, обработки, хранения, передачи и использования информации. Объектом информатики является информация, которая не имеет физической интерпретации, т.е. является абстракцией

8 УГАТУ - ВМК Структура информатики

9 УГАТУ - ВМК Архитектура ПК 1. IBM PC-совместимые ПК представляет собой реализацию фон-неймановской архитектуры вычислительных машин (представлена Джоджем фон Нейманом в 1945 г.). 2. Машина состоит из блока управления, арифметико- логического устройства (АЛУ), памяти, устройств ввода- вывода. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Центральный процессор выбирает и исполняет команды из памяти последовательно, адрес очередной команды задается счетчиком адреса в блоке управления. Такой принцип исполнения называется последовательной передачей управления. Данные, с которыми работает программа, могут включать переменные – именованные области памяти, в которых сохраняются значения с целью дальнейшего использования в программе.

10 УГАТУ - ВМК Архитектура ПК ПК состоит из: 1. Центрального процессора (реализуется микропроцессором). Имеет набор регистров, часть которых доступна для хранения операндов, выполнения действий над ними и формирования адреса инструкций и операндов в памяти. Другая часть регистров используется процессором для служебных (системных) целей. Все компоненты ПК представляются для процессора в виде ячеек памяти и/или портов ввода/вывода, в которые процессор может производить запись и/или считывание содержимого. 2. Памяти 3. Устройств ввода/вода

11 УГАТУ - ВМК Логическое устройство ПК Микропроцессор - электронное устройство в небольшом корпусе, выполняющее все вычисления и обработку информации (используются процессоры, разрабатываемые фирмами Intel, AMD)

12 УГАТУ - ВМК Основные характеристики микропроцессоров Тип процессора Тактовая частота, указывающая количество выполняемых за 1 сек элементарных операций (тактов). Характеризует быстродействие ПК и измеряется в Мега и Гигагерцах (МГц, ГГц)

13 УГАТУ - ВМК Логическое устройство ПК Оперативная память -важный элемент ПК, из которого процессор берет программы и исходные данные для обработки, после чего записывает в нее полученные результаты. Содержимое ОП сохраняется только при включенном ПК.

14 УГАТУ - ВМК Оперативная память

15 УГАТУ - ВМК Логическое устройство ПК Электронные платы: Системная (материнская) процессор Оп шина Основная плата

16 УГАТУ - ВМК Материнская плата для ПК Главный компонент компьютера - материнская плата. Она объединяет между собой все устройства, входящие в состав компьютера, и выполняет большую часть общей работы. Материнская плата – центральная комплексная печатная плата, предоставляющая электронную и логическую связь между всеми устройствами, входящими в состав персонального компьютера. На плате устанавливаются процессоры, память, средства ввода-вывода: контроллеры клавиатуры, прерываний, таймеры, средства управления динамиком, интерфейсные схемы и разъемы шин расширения, схема управления блоком питания, регуляторы напряжения питания, средства мониторинга состояния системного блока (измерители скорости вращения вентиляторов и температуры процессора, измерители напряжений и т.п.) Материнские платы, кроме функциональности, отличаются друг от друга размерами. Эти размеры стандартизированы и называются формфакторами.

17 УГАТУ - ВМК Формфактор Размеры платы Разработчик, год Назначение, актуальность XT8,5 х 11" (216 х 279 мм)IBM, 1983IBM PC XT, устарел AT12 х 11–13" (305 х 279–330 мм)IBM, 1984IBM PC AT, устарел Baby-AT8,5 х 10–13" (216 х мм)IBM, 1990IBM PC AT, устарел с 1996 года ATX12 х 9,6" (305 х 244 мм)Intel, 1995Архитектура PC, актуален eATX12 х 13" (305 х 330 мм)Архитектура PC, актуален Mini-ATX11,2 х 8,2" (284 х 208 мм)Архитектура PC, актуален, для малых корпусов microATX9,6 х 9,6" (244 х 244 мм)Intel, 1997Архитектура PC, актуален, для малых корпусов LPX9 х 11–13" (229 х 279–330 мм)Western Digital, 1987Для тонких ПК, устарел Mini-LPX8–9 х 10–11" (203–229 х 254–279 мм)Western Digital, 1987Для тонких ПК, устарел NLX8–9 х 10-13,6" (203–229 х 254–345 мм)Intel, 1997Развитие LPX, актуален, но малоприменим FlexATX9,6 х 7,5-9.6" (244 х?-244 мм)Intel, 1999Замена microATX, актуален, но не получил популярности Mini-ITX6,7 х 6,7" (170 х 170 мм)VIA Technologies, 2003Для сверхмалых ПК, актуален и перспективен Nano-ITX(120 х 120 мм)VIA Technologies, 2004Для сверхмалых ПК, актуален и перспективен BTX12,8 х 10,5" (325 х 267 мм)Intel, 2004Разработан на замену ATX, не получил популярности. В 2006 году Intel отказалась от дальнейшей поддержки MicroBTX10,4 х 10,5" (264 х 267 мм)Intel, 2004Разработан на замену ATX, не получил популярности. В 2006 году Intel отказалась от дальнейшей поддержки PicoBTX8,0 х 10,5" (203 х 267 мм)Intel, 2004Разработан на замену ATX, не получил популярности. В 2006 году Intel отказалась от дальнейшей поддержки WTX14 х 16,75" (355,6 х 425,4 мм)1999Для серверов и рабочих станций, актуален ETX и PC-104Для встраиваемых систем, актуален Размеры материнских плат

18 УГАТУ - ВМК Логическое устройство ПК Главное в компьютере – процессор, поскольку он выполняет все вычисления, управляет работой компьютера. А материнская плата предоставляет ему возможность «общаться» с другими подсистемами, выполняя как бы «обслуживающую» работу. Если проводить аналогию с автомобилем, центральный процессор – это двигатель, а материнская плата – это шасси. Пример: точная копия эталонной материнской платы NVIDIA nForce 680i SLI – EliteGroup PN2 SLI2+.EliteGroup PN2 SLI2+

19 УГАТУ - ВМК Материнская плата EliteGroup PN2 SLI2+

20 УГАТУ - ВМК Материнская плата Материнская плата – это прежде всего сложная печатная плата, на которую нанесено огромное количество проводящих дорожек, объединяющих компоненты и разъёмы, и контактных площадок для микроконтроллеров и электронных компонентов. Плата состоит из нескольких слоев, изготовленных из диэлектрика текстолита, и каждый слой содержит такие дорожки. Выводы для установки компонентов находятся только на верхнем слое. Сверху плата покрыта диэлектрическим лаком, чтобы предотвратить короткое замыкание и защитить её от непредвиденных обстоятельств. На обратной стороне платы находится огромное количество окончаний контактов, которые могут быть замкнуты, что приведёт к повреждению платы. Проводящие дорожки объединяют между собой несколько ключевых подсистем, блоков материнской платы. Этими блоками являются: разъём (сокет) процессора и система его питания, подсистема памяти и разъёмы для установки модулей с собственной системой питания, разъёмы для установки карт расширения [функциональности], разъёмы для подключения накопителей. Каждый набор таких дорожек может работать по собственному принципу (стандарту) и называется шиной. Основой любой материнской платы является набор ключевых микросхем, также называемый набором логики или чипсетом. Разработкой таких наборов занимаются несколько крупнейших мировых компаний: Intel, NVIDIA, AMD, VIA, SIS. То, какой чипсет положен в основу материнской платы, определяет, какой процессор, какую оперативную память и в каком объёме можно установить, сколько устройств можно подключить и как быстро всё это будет работать.

21 УГАТУ - ВМК Чипсет Современные платы исполняются на основе чипсетов. Чипсет состоит из интегральных микросхем, называемых мостами, и реализуют все необходимые функции связи основных компонентов. Чаще всего встречаются двухкомпонентные чипсеты, состоящие из северного и южного мостов. Своё название чипсеты получили потому, что если материнскую плату поставить на ребро в том положении, в котором она устанавливается в системный блок, то северный мост будет выше южного.

22 УГАТУ - ВМК Северный мост NVIDIA nForce 680i SLI

23 УГАТУ - ВМК Северный мост Северный мост (Northbridge или MCH, Memory Controller Hub) обеспечивает взаимосвязь между процессором, оперативной памятью и специализированными шинами (PCI, PCI Express и т.п.). Возможности северного моста определяют, какую оперативную память (SDRAM, DDR, DDR2, DDR3) можно установить в материнскую плату, какой максимальный объём можно установить, в каких режимах она может работать. В прошлом северный мост в обязательном порядке обеспечивал работу специальной шины AGP, по которой подключалась видеокарта. На сегодняшний день AGP практически отмерла, а её место заняла более универсальная шина PCI Express. Так как при скоростной передаче данных мост испытывает немалую нагрузку, он выделяет немало тепла и требует качественного охлаждения, поэтому на материнских платах имеются замысловатые кулеры.

24 УГАТУ - ВМК Южный мост NVIDIA nForce 680i SLI

25 УГАТУ - ВМК Функции северного и южного моста. Контроллеры Северный мост соединён с южным мостом посредством специальной шины или через несколько каналов из шины PCI Express. Задачей южного моста является предоставление интерфейсов ввода-вывода для устройств компьютера. Поэтому по-английски он официально называется I/O Controller Hub (ICH) – контроллер-концентратор ввода-вывода. Контроллеры (адаптеры) - электронные схемы ( находятся на отдельных платах), которые вставляются в специальные разъемы (слоты) на системной плате и управляет обменом информацией между ОП и внешними устройствами. Через слоты контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали передачи данных в ПК –шине. Контроллер обеспечивает поддержку материнской платой низкоскоростных, но тем не менее важных шин. К таким устройствам, встроенным в южный мост, относятся контроллер DMA (Direct Memory Access), контроллер прерываний, контроллеры устройств хранения данных (IDE и SATA- жёстких дисков и оптических приводов), контроллер питания и другие. Кроме того, современные южные мосты чаще всего содержат встроенные звуковые, сетевые, USB, RAID-контроллеры. К функциям южного моста также относится работа часов (Real Time Clock, RTC), специальной шины I2C, позволяющей оперативное управление настройками платы, доступ к информации BIOS – базовой системы ввода-вывода. BIOS фактически является микропрограммой, позволяющей материнской плате обращаться к своим подсистемам и работать так, как нужно. Интерфейсы для подключения Floppy, мыши и клавиатуры чаще всего не включаются в состав южного моста, эти функции осуществляются специальным контроллером, называемым SuperI/O. Кроме того, он следит за температурами, напряжениями и скоростями вращения вентиляторов.

26 УГАТУ - ВМК Функции северного и южного моста. Контроллеры Часто дополнительные, так называемые периферийные контроллеры, встроенные в южный мост, требуют дополнения в виде ещё одного чипа, чаще всего это контроллеры USB, FireWire, звука, сети. Иногда встречаются чипсеты, состоящие только из одного чипа. Чаще всего это чипсеты для платформы AMD Athlon64. Это объясняется тем, что основная часть северного моста – контроллер памяти – перенесена в сам процессор.

27 УГАТУ - ВМК Разъёмы DIMM (1), ATX (2), IDE(3), Molex (4), SATA (5) и Floppy (6)

28 УГАТУ - ВМК Функции северного и южного моста. Контроллеры Одной из двух основных функций северного моста является работа с оперативной памяти. На материнской плате для установки модулей памяти предусмотрены специальные разъёмы, называемые слотами DIMM. Чаще всего их 4, на материнских платах малых размеров иногда устанавливают только 2 слота. Многие контроллеры памяти в северных мостах позволяют осуществлять доступ к памяти не один раз за такт контроллера, а два. Для этого шина памяти разделяется на два канала, а контроллер и доступ так и называют – «двухканальными».

29 УГАТУ - ВМК Разъём EPS12V на материнской плате

30 УГАТУ - ВМК Разъемы на материнской плате На плате находится разъём для подключения питания, на сегодняшний день стандарт предусматривает установку минимум двух разъемов – 24-контактного ATX и 4-контактного ATX12V для дополнительной линии 12В. Иногда производители материнских плат устанавливают 8-контактный EPS12V вместо ATX12V, через него можно подвести две линии 12В. Питание, подаваемое блоком питания, проходит преобразование, стабилизацию и фильтрацию с помощью силовых транзисторов («мосфетов»), дросселей и конденсаторов, составляющих VRM (Voltage Regulation Module, модуль регулирования напряжения). Питание процессора и чипсета осуществляется одним VRM, питание модулей памяти – чаще всего другим. Дополнительно для стабилизации питания, подаваемого через разъёмы PCI Express, иногда устанавливаются стандартные разъёмы Molex.

31 УГАТУ - ВМК Разъемы на материнской плате На задней стороне материнской платы находится панель с разъёмами для подключения внешних устройств – клавиатуры и мыши, USB-устройств и многого другого Задняя панель

32 УГАТУ - ВМК Разъемы на материнской плате Важнейшим разъемом на плате является сокет процессора. Он представляет собой специальное устройство, состоящее из большого количества контактов, расположенных в определённом порядке, определяющем правильное расположение процессора. Ниже процессорного сокета чаще всего расположен один или два специализированных разъёма для установки видеокарты. Существуют материнские платы со встроенным графическим процессором, в таком случае установка разъёма для внешней видеокарты остаётся на совести производителя конкретной платы. В той же области платы находятся слоты PCI для подключения карт расширения, они стандартизированы и позволяют подключить практически все возможные контроллеры.

33 УГАТУ - ВМК Разъемы на материнской плате Процессорный сокет

34 УГАТУ - ВМК Разъемы на материнской плате Правее, с краю платы, обычно расположены разъёмы для подключения накопителей – жёстких дисков и оптических приводов. Сегодня активно занимает лидирующую позицию интерфейс Serial ATA, постепенно вытесняя старый IDE даже с рынка оптических приводов. Соответственно, всё чаще производители устанавливают либо всего один разъём IDE, либо вообще отказываются от него. Также там обычно находится разъём Floppy (дисковода 3,5-носителей). Наиболее распространены дискеты размером 3,5 дюйма (емкость 1,4 Мбайт) и магнитно-оптические диски емкостью от 200 Мбайт до 2,3 Гбайт. Перед использованием дискеты, ее следует инициализировать. Этот процесс называется форматированием и выполняется с помощью спец. программы. Но в последнее время всё идет к тому, что от разъёма Floppy откажутся. Все эти накопители подключаются к материнской плате с помощью специальных кабелей, называемых шлейфами.

35 УГАТУ - ВМК Шлейфы для подключения накопителей

36 УГАТУ - ВМК Разъемы на материнской плате В правом нижнем углу платы располагаются контакты для подключения кнопок и индикаторов на передней панели корпуса: кнопки включения и перезагрузки, индикаторы питания и активности жёсткого диска, системный динамик. Любая материнская плата оборудована разъёмами для подключения вентиляторов. Количество их может быть разным, от двух-трёх до шести-восьми. Некоторые из этих разъёмов позволяют управление скоростями вращения вентиляторов. На платах чаще всего также устанавливаются контактные колодки для подключения дополнительных разъёмов USB и FireWire.

37 УГАТУ - ВМК BIOS (Basic Input-Output System) На плате можно увидеть батарейку, которая обеспечивает питание микросхемы памяти, в которой содержится прошивка BIOS, и поддерживает работу системных часов. BIOS – базовая система ввода-вывода – является главным элементом системной платы. BIOS хранится в чипе памяти, который чаще всего устанавливается в специальную «кроватку», но может быть и впаян на плату. Иногда бывает, что традиционный чип Flash ROM заменяют на чипы других типов, например, так поступает Gigabyte. (Код BIOS хранится в микросхеме энергонезависимой памяти (ROM BIOS) или флэш-памяти (Flash BIOS)). Пользуясь средствами, предоставляемыми чипсетом, управляет всеми компонентами и ресурсами системной платы. Предназначена для изоляции операционной системы и прикладных программ от специфических особенностей конкретной аппаратуры. Используемая версия BIOS очень сильно привязана к чипсету, она должна «знать» особенности применяемых компонентов (процессор, память, контроллеры). Таким образом, с помощью всех этих встроенных в чипсет технологий, разъёмов, дополнительных контроллеров материнская плата фактически объединяет абсолютно все устройства, входящие в состав компьютера в целостную систему. Напрямую в неё подключаются процессор, оперативная память, видеокарта, накопители и карты расширения, а через них – что угодно, начиная от монитора и заканчивая сканером или спутниковой антенной.

38 УГАТУ - ВМК Чип памяти, хранящий BIOS

39 УГАТУ - ВМК Мониторы Текстовый режим: предусматривает условное разбиение экрана на знакоместа(обычно 25 строк по 80 символов), в каждое знакоместо может быть выведен один из 256 заранее заданных символов. Графический режим: предусматривает условное разбиение экрана на точки (пиксели). Количество точек по горизонтали и вертикали называют разрешающей способностью монитора.

40 УГАТУ - ВМК Клавиатура ПК Основные клавиши клавиатуры: Shift-для ввода прописных букв и др.символов Caps Lock-для фиксации режима прописных букв Enter-конец ввода строк Backspace-удаление символа слева от курсора Delete-удаление символа над курсором Numlock-ввод цифр Esc-отмена действия Tab-при редактировании текста для перехода к следующей позиции F1-F12-функциональные клавиши для различных специальных действий

41 УГАТУ - ВМК Принтеры Принтер-устройство для вывода информации на бумагу Принтеры Матричные Струйные Лазерные

42 УГАТУ - ВМК Логическое устройство ПК Мышь-манипулятор для ввода информации в ПК CD-ROM/CD-RW-устройства для чтения и записи компакт-дисков Аудиоплата – устройство, позволяющее исполнять музыку Модем-устройство для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть.

43 УГАТУ - ВМК Логическое устройство ПК Модемы отличаются: 1) максимальной скоростью передачи данных. Распространены модемы со скоростью 28800, бод {1 бод=>бит в сек} 2) наличием средств исправления ошибок Графопостроитель-устройство для вывода чертежей на бумагу Сканер – устройство для считывания в ПК текстовой и графической информации Сетевой адаптер –устройство, позволяющее подключать ПК в локальную сеть

44 УГАТУ - ВМК Блок-схема устройства ПК

45 УГАТУ - ВМК Логическое устройство ПК Встроенные модемы (вставляются в системный блок) Внешние модемы (подключаются через коммуникационный порт)