Четыре варианта компакт-диска формата DVD: односторонний однослойный (1), односторонний двухслойный (2), двусторонний однослойный (3), двусторонний двуслойный (4)

Электронная память.

FLASH-накопители

Накопители информации на базе микросхем FLASH-памяти становятся всё более распространенными среди других носителей информации, и, наконец-то, начинают вытеснять прочие переносные носители типа дискет или CD-дисков. Как правило, он состоит из печатной платы небольшого размера, к которой припаян USB разъём.

Принцип работы Flash-памяти аналогичен принципу работы других типов компьютерной памяти: информация хранится в микросхеме, в виде зарядов электронов внутри транзисторов. В силу этого Flash-память имеет малый размер, низкое энергопотребление и лишена движущихся частей, что является ее преимуществом перед такими средствами хранения информации, как жесткие диски (винчестеры).

Однако Flash-память имеет преимущество перед обычной компьютерной памятью: она является энергонезависимой, то есть хранит данные даже в отсутствие напряжения питания.

Лекция 2. «Технические средства реализации информационных процессов»

История ЭВМ. Классификация ЭВМ. Основные характеристики ЭВМ. Принципы фон-Неймана. Архитектура классической ЭВМ. Структура 16-разрядного микропроцессора. Системная (материнская) плата. Характеристики процессора. Оперативная и постоянная память. Системный блок. Компьютерная периферия: Клавиатура. Манипуляторы (мышь, джойстик и др.). Сканер. Монитор. Принтер. Плоттер. Модем.

История ЭВМ

1662 - Блез Паскаль изобрёл машину которая выполняла два действия: сложение и вычитание. Позже Лейбниц ввёл умножение и деление.

1874 - Одлер изобрёл арифмометр. Чебышев, Крылов, Жуковский усовершенствовали его.

1833 - Чарльз Бэббидж предложил аналитическую машину.

1944 - в США по идеям Бэббиджа сбыла сконструирована машина на основе реле (расчетно-механическая машина "Марк - 1").

За точку отсчета эры ЭВМ принимают 1946 - в США в Пенсильванском университете была продемонстрирована машина ЭНИАК с регулируемым потоком электронов. В этой машине 18.000 электрических ламп, 1500 электромеханических реле. Применение ламп повысило скорость выполнения операций в 1000 раз по сравнению с устройством "Марк - 1". Приведем еще некоторые технические характеристики этой ЭВМ : общий вес - 30т, производительность - 5000 операций в секунду.

1950 - в Киеве под руководством Лебедева была создана малая ЭВМ

1957 - создан транзистор.

Принято выделять немколько поколений ЭВМ:

I поколение ЭВМ 1950-1958 построены на лампах.

II поколение 1959-1967 на транзисторах и печатных платах.

III поколение 1968-1978 на микросхемах малой степени миниатюризации. Многополосный монтаж.

VI поколение 1979-1993 на микросхемах большой степени миниатюризации

V 1994-… микросхемы сверхбольшой степени миниатюризации.

Для ЭВМ V поколения характерно не только совершенствование элементарной базы, но и совершенствование архитектуры системы, связанной с параллельной обработкой информации. ЭВМ V поколения обладает возможностью взаимодействовать при помощи естественного языка, способна обучаться, производить смысловую обработку информации, делать логические суждения. Эти функции связаны с совершенствованием программного обеспечения (ПО), а не элементарной базы, поэтому между машинами VI и V поколения по элементарной базе нет чёткой границы.

Классификация ЭВМ

По способам представления информации ЭВМ подразделяются на:

1. Аналоговые;

2. Цифровые;

3. Гибридные.

В аналоговых ЭВМ (АВМ) информация представляется в виде непрерывно изменяющейся во времени аналоговой величины (напряжения или тока).

В цифровых ЭВМ (ЦВМ) информация представляется в виде специальных кодов, в принятой для данной ЭВМ системе исчисления.

В гибридных ЭВМ используется как аналоговое, так и дискретное представление информации. Например, такие ЭВМ имеют аналоговый вход информации, затем следует цифровая обработка и аналоговый выход.

По особенностям архитектурной организации:

1. ЭВМ общего назначения;

2. Мини-ЭВМ;

3. Микро-ЭВМ;

4. Супер-ЭВМ.

Архитектура - особенности структурного построения ЭВМ, важные с точки зрения пользователя. Одна и та же ЭВМ может иметь разные архитектуры с точки зрения, например, системного и прикладного программиста.

ЭВМ общего назначения характеризуются:

1. наличием высокопроизводительного процессора с полным набором команд;

2. оптимальным (чаще всего 32-х разрядным) машинным словом;

3. возможностью организации мультипрограммного режима работы ЭВМ;

4. наличие стандартных средств сопряжения процессора с развитой периферией.

Мини-ЭВМ характеризуются

1. укороченным (чаще 16 разрядным) машинным словом;

2. ограниченным набором команд;

3. меньшим объёмом оперативной памяти;

4. сравнительно небольшим набором периферийных устройств.

Микро-ЭВМ характеризуются

1. реализацией на основе микропроцессоров;

2. повышенной надёжностью;

3. уменьшенной стоимостью.

К микро-ЭВМ относятся также персональные калькуляторы, которые можно разделить на бытовые учебные и профессиональные персональные калькуляторы.

Существует ещё один класс микро-ЭВМ с ручным управлением - клавишные микрокалькуляторы, предназначенные для решения определённых задач с небольшим объёмом вычислений.

Супер-ЭВМ характеризуется сверхвысокой производительностью которая достигается путём распараллеливания вычислительного процесса. Сюда же относятся параллельные ЭВМ (многопроцессорные машины).

По области применения:

1. Универсальные;

2. Специализированные.

Универсальные ЭВМ ориентированы на решение широкого круга задач путём разработки соответствующего программного обеспечения. Как правило разработку таких программ осуществляют по заказам извне.

Характерные особенности универсальных ЭВМ:

1. наличие высокопроизводительного процессора;

2. большой объём памяти;

3. соответствующая ОС.

Специализированные ЭВМ предназначены для решения определённого круга задач и не требуют, как правило, разработки нового ПО. Специализированные ЭВМ проще и дешевле универсальных ЭВМ.

В современных микропроцессорных схемах к специализированным ЭВМ относятся серверы.

Серверы обеспечивают связь микро-ЭВМ в локальной или глобальной сети.

Основные характеристики ЭВМ

1. Быстродействие - определяет способность ЭВМ выполнять определённые типы операций (пересылка данных между регистрами) за единицу времени. Быстродействие зависит от скорости протекания переходных процессов в элементной базе и задаётся тактовой частотой внешнего генератора.

2. Производительность - способность ЭВМ выполнять любые типы операций (так называемые Смеси Гибсона) за единицу времени. Производительность зависит от применяемых архитектурных решений.

3. Разрядность машинного слова влияет на: точность вычислений, диапазон представимых в ЭВМ чисел, на производительность.

4. Максимально возможная адресация адресного пространства ЭВМ - определяет максимально возможный объём оперативной памяти (ОП), возможности по её функциональному расширению (виртуальное дополнение).

5. Количество групп команд и команд в группах, составляющих систему команд ЭВМ.

6. Количество способов адресации команд и данных.

7. Тип используемого интерфейса (сопряжения) ядра ЭВМ с периферией.

8. Надёжность.

9. Стоимость.

10. Потребляемая мощность.

Архитектура классической ЭВМ

В 1946 году Джоном Нейманом на летней сессии Пенсильванского университета был распространен отчет, заложивший основы развития вычислительной техники на несколько десятилетий вперед. Последующий опыт разработки ЭВМ показал правильность основных выводов Неймана, которые, естественно, в последующие годы развивались и уточнялись.

Основные рекомендации, предложенные Нейманом для разработчиков ЭВМ:

1. Машины на электронных элементах должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления.

2. Программа должна размещаться в одном из блоков машины - в запоминающем устройстве (ЗУ), обладающем достаточной емкостью и соответствующими скоростями выборки и записи команд программы.

3. Программа так же, как и числа, с которыми оперирует машина, представляется в двоичном коде. Таким образом, по форме представления команды и числа однотипны. Это обстоятельство приводит к следующим важным последствиям:

1). промежуточные результаты вычислений, константы и другие числа могут размещаться в том же ЗУ, что и программа;

2). числовая форма записи программы позволяет машине производить операции над величинами, которыми закодированы команды программы.

4. Трудности физической реализации ЗУ, быстродействие которого соответствовало бы скорости работы логических схем, требует иерархической организации памяти.

5. Арифметические устройства машины конструируются на основе схем, выполняющих операцию сложения. Создание специальных устройств для вычисления других операций нецелесообразно.

6. В машине используется параллельный принцип организации вычислительного процесса (операции над словами производятся одновременно по всем разрядам).

ЭВМ, построенная по принципам, определенным Нейманом, состоит из следующих основных блоков (рис. 1): запоминающего устройства, арифметико-логического устройства и устройства управления.

Рис. 1. Структура классической ЭВМ

Запоминающее устройство, или память - это совокупность ячеек, предназначенных для хранения некоторого кода. Каждой из ячеек присвоен свой номер, называемый адресом. Информацией, записанной в ячейке, могут быть как команды в машинном виде, так и данные.

Машинная команда - это двоичный код, определяющий выполняемую операцию, адреса используемых операндов и адрес ячейки ЗУ, по которому должен быть записан результат выполненной операции.

Операции, определяемые кодом операции команды, выполняются в арифметико-логическом устройстве (АЛУ).

Все действия в ЭВМ выполняются под управлением сигналов, вырабатываемых устройством управления (УУ). Устройство управления формирует адрес команды, которая должна быть выполнена в данном цикле, и выдает управляющий сигнал на чтение содержимого соответствующей ячейки запоминающего устройства. Считанная команда передается в УУ. По информации, содержащейся в адресных полях команды, УУ формирует адреса операндов и управляющие сигналы для их чтения из ЗУ и передачи в арифметико-логическое устройство. После считывания операндов устройство управления по коду операции, содержащемуся в команде, выдает в АЛУ сигналы на выполнение операции. Полученный результат записывается в ЗУ по адресу приемника результата под управлением сигналов записи.

Автоматическое управление процессом решения задачи достигается на основе принципа программного управления, который составляет главную особенность ЭВМ.

Команды выполняются в порядке, соответствующем их расположению в последовательных ячейках памяти, кроме команд безусловного и условного перехода, изменяющих этот порядок соответственно безусловно или только при выполнении некоторого условия, обычно задаваемого в виде равенства нулю, положительного или отрицательного результата предыдущей команды или отношения типа <, =, > для указываемых командой чисел. Благодаря наличию команд условного перехода ЭВМ может автоматически изменять ход выполняемого процесса, решать сложные логические задачи.

При помощи устройства ввода программа и исходные данные считываются и переносятся в ОП.

Системный блок

Основная классификация компьютерной аппаратуры заключается в разделении ее на две части: системный блок и периферию.

Главная часть современного персонального компьютера - системный блок, который содержит основные компоненты компьютера. Главные из компонентов компьютера - процессор и оперативная память.

Системный блок обычно содержит следующие компоненты:

1) системную плату;

2) жесткий диск;

3) дисковод для дискет;

4) дисковод для компактов;

5) блок питания, который соединен с электрической сетью и питает все компоненты системного блока.

Системная (материнская) плата - большая печатная плата, на которой размещены две главные компоненты компьютера, очень тесно между собой связанные: 1) процессор, 2) оперативная память.

Процессор соединяется специальными проводниками - шинами - с гнездами (слотами, разъемами), к которым и подключаются все остальные компьютерные устройства.

Периферийные устройства (кроме клавиатуры и мыши) подключаются сигнальными кабелями к своим картам, которые размещаются в гнездах.

Жесткий диск и дисководы, размещенные в системном блоке, подсоединяются сразу к своим гнездам шлейфами - лентами из проводников.

Процессор выполняет арифметические операции с двоичными числами.

Частота процессора - главный параметр процессора. Этот параметр является основной характеристикой быстродействия компьютера. Величина частоты примерно соответствует количеству арифметических операций, выполняемых процессором в секунду. Частота процессоров измеряется в единицах частоты - герцах - и ее производных. Современные процессоры ПК имеют частоты 1-2 гигагерца (Гг).

Серия процессора - условный номер модели процессора. Серия процессора также существенно влияет на мощность компьютера. При переходе на следующую серию увеличивается скорость обмена данными между процессором и оперативной памятью. В настоящее время последней моделью является Pentium D.

Компьютерная периферия - это все компьютерные устройства, не входящие в состав системного блока.

Периферия тоже классифицируется и распадается на два класса.

1. Устройство ввода - устройство, позволяющее вводить данные в компьютер или управлять им. Устройствами ввода являются, например, клавиатура, манипуляторы, сканер; микрофон.

2. Устройство вывода выводит информацию из компьютера, в том числе и для чтения человеком. Устройствами вывода являются, например, монитор, принтер, динамики.

Клавиатура.

Манипуляторы (мышь, джойстик и др.) - это специальные устройства, которые используются для управления курсором.

Трекбол - небольшая коробка с шариком, встроенным в верхнюю часть корпуса. Пользователь рукой вращает шарик и перемещает, соответственно, курсор. В отличие от мыши, трекбол не требует свободного пространства около компьютера, его можно встроить в корпус машины.

Дигитайзер - устройство для преобразования готовых изображений (чертежей, карт) в цифровую форму. Представляет собой плоскую панель - планшет, располагаемую на столе, и специальный инструмент - перо, с помощью которого указывается позиция на планшете.

Монитор - устройство визуального отображения информации (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей и др.).

Монитор на базе электронно-лучевой трубки

Основной элемент дисплея - электронно-лучевая трубка. Действует по принципу кинескопа. Рассматривать подробно не будем.

Жидкокристаллические мониторы

Все шире используются наряду с традиционными ЭЛТ-мониторами. Жидкие кристаллы - это особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения.

Большинство ЖК-мониторов использует тонкую плёнку из жидких кристаллов, помещённую между двумя стеклянными пластинами. Заряды передаются через так называемую пассивную матрицу - сетку невидимых нитей, горизонтальных и вертикальных, создавая в месте пересечения нитей точку изображения (несколько размытого из-за того, что заряды проникают в соседние области жидкости). По компактности такие мониторы не знают себе равных. Они занимают в 2 - 3 раза меньше места, чем мониторы с ЭЛТ и во столько же раз легче; потребляют гораздо меньше электроэнергии и не излучают электромагнитных волн, воздействующих на здоровье людей.

Сенсорный экран

Общение с компьютером осуществляется путём прикосновения пальцем к определённому месту чувствительного экрана. Сенсорными экранами оборудуют рабочие места операторов и диспетчеров, их используют в информационно-справочных системах и т.д.

Мониторы работают в двух режимах: текстовом и графическом. В текстовом режиме экран разбивается на 2580 символов. В графическом режиме экран разбивается на точки, называемые пикселями. Их количество называется разрешающей способностью монитора в данном режиме и не зависит от размера экрана (например, 640480).

Частота обновления экрана - это количество кадров в секунду, появляющихся на экране дисплея и обновляющих информацию на нем. Последняя не должна быть ниже 85 Гц, иначе изображение будет мерцать.

Количество отображённых строк в секунду называется строчной частотой развертки.

Размер экрана - это количество пикселей по горизонтали и вертикали матрицы экрана, заполняющей весь экран. Минимальный размер современного экрана в пикселях равен 640 Ч 480 точек. Современные мониторы с диагональю 17 дюймов имеют оптимальный размер матрицы 800 Ч 600 точек. Более большой размер матрицы не вписывается в медицинские стандарты по размерам надписей на экране.

Глубина цвета - количество цветов, приходящихся на один пиксель. Разнообразие оттенков пикселя достигается разной степенью яркости люминофоров трех цветов, составляющих пиксель. Для хранения информации о яркости каждого люминофора требуется дополнительная память.

16-битный цвет, называемый High Color (хороший цвет) (216 цветов), вполне достаточен для непрофессиональных работ.

24-битный цвет имеет 1 байт памяти на каждый из трех цветов пикселя. Такая глубина цвета необходима, например, для правильной цветопередачи страниц Интернета. Поэтому в настройках монитора выставляют True Color (истинный цвет) (224 или 232 цветов).

1.4 Сканер - устройство для ввода в компьютер графических изображений. Создает оцифрованное изображение документа и помещает его в память компьютера.

Если при помощи сканера вводится текст, компьютер воспринимает его как картинку, а не как последовательность символов. Для преобразования такого графического текста в обычный символьный формат используют программы оптического распознавания образов.

Существуют ручные сканеры, которые прокатывают по поверхности документа рукой, и планшетные сканеры, по внешнему виду напоминающие копировальные машины.

Планшетный сканер размещается на столе. При сканировании на его стекло кладется лист бумаги или развернутая книга с изображением.

Проекционный сканер снимает окружающие предметы, как фотоаппарат или телекамера. Цифровые камера и видеокамера представляют собой разновидности проекционного сканера.

Принтер - печатающее устройство. Осуществляет вывод из компьютера закодированной информации в виде печатных копий текста или графики.

Существуют тысячи наименований принтеров. Но основных видов принтеров три: матричные, лазерные и струйные.

· Матричные принтеры используют комбинации маленьких штырьков, которые бьют по красящей ленте, благодаря чему на бумаге остаётся отпечаток символа. Каждый символ, печатаемый на принтере, формируется из набора 9, 18 или 24 игл, сформированных в виде вертикальной колонки. Недостатками этих недорогих принтеров являются их шумная работа и невысокое качество печати.

- Матричный символ

Лазерные принтеры работают примерно так же, как ксероксы. Компьютер формирует в своей памяти "образ" страницы текста и передает его принтеру. Информация о странице проецируется с помощью лазерного луча на вращающийся барабан со светочувствительным покрытием, меняющим электрические свойства в зависимости от освещённости.

После засветки на барабан, находящийся под электрическим напряжением, наносится красящий порошок - тонер, частицы которого налипают на засвеченные участки поверхности барабана. Принтер с помощью специального горячего валика протягивает бумагу под барабаном; тонер переносится на бумагу и "вплавляется" в неё, оставляя стойкое высококачественное изображение.

Струйные принтеры генерируют символы в виде последовательности чернильных точек. Печатающая головка принтера имеет крошечные сопла, через которые на страницу выбрызгиваются быстросохнущие чернила. Эти принтеры требовательны к качеству бумаги. Цветные струйные принтеры создают цвета, комбинируя чернила четырех основных цветов - ярко-голубого, пурпурного, желтого и черного.

Плоттер (графопостроитель) - устройство, которое чертит графики, рисунки или диаграммы под управлением компьютера.

Плоттеры используются для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем. Плоттеры рисуют изображения с помощью пера.

Роликовые плоттеры прокручивают бумагу под пером, а планшетные плоттеры перемещают перо через всю поверхность горизонтально лежащей бумаги.

Другие устройства ввода-вывода

Модем - устройство для передачи компьютерных данных на большие расстояния по телефонным линиям связи.

Цифровые сигналы, вырабатываемые компьютером, нельзя напрямую передавать по телефонной сети, потому что она предназначена для передачи человеческой речи - непрерывных сигналов звуковой частоты.

Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона - этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией. Отсюда название устройства: модем - модулятор/демодулятор.

Для осуществления связи один модем вызывает другой по номеру телефона, а тот отвечает на вызов. Затем модемы посылают друг другу сигналы, согласуя подходящий им обоим режим связи. После этого передающий модем начинает посылать модулированные данные с согласованными скоростью (количеством бит в секунду) и форматом. Модем на другом конце преобразует полученную информацию в цифровой вид и передает её своему компьютеру. Закончив сеанс связи, модем отключается от линии.

Модемы бывают внешние, выполненные в виде отдельного устройства, и внутренние, представляющие собой электронную плату, устанавливаемую внутри компьютера. Почти все модемы поддерживают и функции факсов.

Лекция 3. «Модели решения функциональных и вычислительных задач»

Наиболее распространенные архитектурные решения. Структура и основные компоненты вычислительной системы. Система прерываний. Буферизация памяти. Виртуальная память. Каналы. Мультипрограммный режим.

Наиболее распространенные архитектурные решения.

1. Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) - одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд - программа. Это однопроцессорный компьютер

2. Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи. Структура такой машины, имеющей общую оперативную память и несколько процессоров, представлена на рис. 1.

Рис. 1. Архитектура многопроцессорного компьютера

3. Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.

Преимущество в быстродействии многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными очевидно.

4. Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе - то есть по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных. Структура таких компьютеров представлена на рис. 2.

Рис. 2. Архитектура с параллельным процессором

В современных машинах часто присутствуют элементы различных типов архитектурных решений. Существуют и такие архитектурные решения, которые радикально отличаются от рассмотренных выше.

К рассмотренной на прошлой лекции классификации можно теперь добавить следующее:

По назначению ЭВМ подразделяются на:
Вычислительные	Системы обработки данных	Управляющие
Вычислительные ЭВМ характеризуются небольшими объёмами входной и выходной информации и очень сложными алгоритмами обработки этой информации. Такие ЭВМ должны иметь высокую производительность и небольшое количество устройств ввода-вывода.	Системы обработки данных характеризуются большим количеством внешних запоминающих устройств, способных хранить большой объём информации и сравнительно не сложный алгоритм обработки этой информации. Не требуют высокой производительности ЭВМ.	Управляющие ЭВМ предназначены для управления какими-либо объектами и производственными процессами, поэтому для связи с объектами управления ЭВМ снабжаются специальными преобразователями, датчиками и т.д. которые устанавливаются в контуре управления. Сама ЭВМ работает в реальном масштабе времени.
По способу организации вычислительного процессора:
Однопрограммные	Многопрограммные
	Многопрограммные ЭВМ могут работать в однопрограммном и мультипрограммных режимах. Эти режимы должны поддерживаться соответствующими операционными системами (ОС).

Существующие в настоящее время многопроцессорные системы можно разделить на два класса: универсальные и проблемно-ориентированные. Проблемно-ориентированные системы могут эффективно решать одну-единственную задачу, для которой они созданы. Универсальные многопроцессорные системы могут решать любую задачу, но при этом их производительность существенно ниже пиковой.

Разработана концепция многопроцессорных вычислительных систем с программируемой архитектурой, являющаяся синтезом двух этих подходов. Пользователю обеспечена возможность перепрограммировать архитектуру многопроцессорной системы под структуру решаемой задачи. Фактически это означает обеспечение пользователю возможности программирования виртуальных объектно-ориентированных систем в рамках реальной универсальной многопроцессорной системы.

Для создания вычислительных систем с программируемой архитектурой и массовым параллелизмом на основе отечественной элементной базы предлагается использовать метод структурно-процедурной организации вычислений. В этом методе поток команд распределяется (распараллеливается) по исполнительным устройствам, образуя в структуре системы аппаратно-реализуемые фрагменты вычислительного процесса (кадры). Полный информационный граф задачи разбивается на фрагменты (подграфы), которые последовательно проецируются в структуру системы и реализуются аппаратно (структурно).

При этом структура вычислительной системы адекватна структуре решаемой задачи, система обладает свойством реконфигурации под задачу.

Структура и основные компоненты вычислительной системы

Вычислительная система - это программно-аппаратный комплекс, который предоставляет услуги пользователю.

Структуру вычислительной системы можно представить в виде пирамиды:

				Прикладные программы
			Системы программирования
		Управление логическими устройствами
	Управление физическими устройствами
Аппаратные средства

Мы определили, что нижний уровень - это чисто аппаратура, это то, что делается из металла, пластика и прочих материалов, используемых для производства “железа”, или hardware, компьютера.

Следующий уровень - это программы, но программы, ориентированные на качество и свойства аппаратуры. Эти программы и разработчики этих программ досконально знают особенности управления каждого типа из аппаратных компонентов.

Следующий уровень - уровень, ориентированный на сглаживание аппаратных особенностей. Он целиком и полностью предназначен для создания более комфортных условий в работе пользователя.

Модуль № 2 - Программные средства.

Цель и задачи модуля

Раскрыть студентам суть и составляющие программного обеспечения. Познакомить с принципом работы ОС Windows и функциональными возможностями некоторых программ.

Введение к модулю

Модуль содержит классификацию программного обеспечения с ее подробностями и примерами программ каждого класса. Основные понятия файловой системы. Рассматриваются отличия растровой и векторной графики. Подробно рассматривается программа Microsoft PowerPoint - программа создания презентаций.

Лекция 4. «Программные средства реализации информационных процессов»

Интерфейс. Классификация программного обеспечения. Операционная система. Утилита. Программы-оболочки. NC. Приложение. Виды редакторов. Текстовый редактор. Табличный процессор. OC Windows. Операционная система Unix. Операционная система Linux. Основные понятия файловой системы. Системы автоматизированного проектирования (CAD-системы). Системы автоматизированного проектирования (САПР). Автоматизированные системы научных исследований (АСНИ). Экспертные системы. Бухгалтерские системы. Пакеты прикладных программ. Интегрированные пакеты программ. Браузеры. Сетевое программное обеспечение. Органайзеры.

Интерфейс компьютера - это интерфейс его операционной системы. Интерфейс бывает двух видов: текстовый и графический.

Текстовый интерфейс состоит только из символов, каждый из которых находится в какой-то текстовой строке и столбце на экране монитора.

Обычно при текстовом интерфейсе экран разбит на 25 строк и 80 столбцов, что дает 2000 ячеек. В каждой ячейке может находиться только один символ, заполняющий всю ячейку.

Графический интерфейс гораздо богаче текстового, он состоит из нарисованных на экране графических элементов - значков и кнопок произвольного размера.

С помощью значков и кнопок осуществляется управление компьютером. Здесь нет никаких текстовых ячеек, графическое изображение имеет произвольный вид и строится с точностью до пикселя.

Классификация программного обеспечения.

Программное обеспечение-это совокупность программ, выполненных вычислительной системой.

Программное обеспечение - неотъемлемая часть ЭВМ. Оно является логическим продолжением технических средств ЭВМ, расширяющие их возможности и сферу использования.

1) Прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ.

2) Системные программы:

· управление ресурсами ЭВМ.

· создание копий используемой информации.

· проверку работоспособности устройств компьютера.

· выдачу справочной информации о компьютере и др.

3) Инструментальные программные системы, облегчающие процесс создания новых программ для компьютера.

Более или менее определенно сложились следующие группы программного обеспечения:

· операционные системы.

· системы программирования.

· инструментальные системы.

· интегрированные пакеты.

· динамические электронные таблицы.

· системы машинной графики.

· системы управления базами данных (СУБД).

· прикладное программное обеспечение.

Операционная система.

Операционная система (ОС) - это комплект программ, которые совместно управляют следующими объектами:

1) аппаратной частью компьютера;

2) программами, использующими эту аппаратную часть.

Выполнение любой программы на компьютере происходит под управлением ОС. Любая ОС состоит из следующих компонентов.

1. Ядро ОС, лежащее в основе всех четырех компонентов ОС.

2. Драйверы, управляющие аппаратурой.

3. Файловая система, размещающая данные на компьютере.

4. Программа управления файлами (в Windows это Проводник).

Компьютеры Mac, или Макинтош, работают под управлением ОС от фирмы Apple. Эти компьютеры широко используются на западе в учебных заведениях и дома. Всегда имела графический интерфейс.

OC Windows

Наиболее распространены в России IBM-совместимые персональные компьютеры, а вместе с ними - ОС от фирмы Microsoft серии Windows. Эта ОС имеет графический интерфейс. Более ранняя ее версия называлась Dos (ДОС) и имела текстовый интерфейс.

В начале 90-х годов во всем мире огромную популярность приобрела графическая оболочка MS-Windows 3.х, преимущество которой состоит в том, что она облегчает использование компьютера, и её графический интерфейс вместо набора сложных команд с клавиатуры позволяет выбирать их мышью из меню практически мгновенно.

Охарактеризуем наиболее распространенные версии.

Windows NT (NT - англ. New Technology) - это операционная система, а не просто графическая оболочка. Windows NT - 32-разрядная ОС со встроенной сетевой поддержкой и развитыми многопользовательскими средствами. Она предоставляет пользователям истинную многозадачность, многопроцессорную поддержку, секретность, защиту данных и многое другое. Эта операционная система очень удобна для пользователей, работающих в рамках локальной сети, для коллективных пользователей, особенно для групп, работающих над большими проектами и обменивающихся данными.

Windows 95 представляет собой универсальную высокопроизводительную многозадачную и многопотоковую 32-разрядную ОС нового поколения с графическим интерфейсом и расширенными сетевыми возможностями. Windows 95 - интегрированная среда, обеспечивающая эффективный обмен информацией между отдельными программами и предоставляющая пользователю широкие возможности работы с мультимедиа, обработки текстовой, графической, звуковой и видеоинформации.

Пользовательский интерфейс Windows 95 прост и удобен. В отличие от оболочки Windows 3 эта операционная система не нуждается в установке на компьютере операционной системы DOS. После загрузки и инициализации системы на экране появляется рабочий стол, на котором размещены различные графические объекты.

Windows 98 отличается от Windows 95 тем, что в ней операционная система объединена с браузером Internet Explorer. Кроме этого, в ней улучшена совместимость с новыми аппаратными средствами компьютера.

Windows 2000 Professional - операционная система нового поколения для делового использования на самых разнообразных компьютерах - от портативных до серверов. Эта ОС является наилучшей для ведения коммерческой деятельности в Интернете. Она объединяет присущую Windows 98 простоту использования с присущими Windows NT надежностью, экономичностью и безопасностью.

Windows CE 3.0 - операционная система для мобильных вычислительных устройств, таких, как карманные компьютеры, цифровые информационные пейджеры, сотовые телефоны, мультимедийные и развлекательные приставки, включая DVD проигрыватели и устройства целевого доступа в Интернет.

Windows XP и Windows XP x64-bit edition

Операционная система последнего поколения для делового использования на самых разнообразных компьютерах - от портативных до серверов. Содержит практически все мыслимые драйвера и отлично подходит для работы в сетях и в Интернете в частности.

Операционная система Unix

Операционная система Unix была создана в Bell Telephone Laboratories. UNIX - многозадачная многопользовательская система. Один мощный сервер может обслуживать запросы большого количества пользователей. При этом необходимо администрирование только одно системы.

Система содержит очень большое количество приложений, в том числе свободно распространяемых, начиная от простейших текстовых редакторов и заканчивая мощными системами управления базами данных. Эта ОС всегда имела текстовый интерфейс.

Операционная система Linux

Начало созданию системы Linux положено в 1991 г. финским студентом Линусом Торвальдсом. В настоящее время Linux - очень мощная система. Торвальдс разработал не саму операционную систему, а только ее ядро, подключив уже имеющиеся компоненты. Сторонние компании, увидев хорошие перспективы для развития своего бизнеса, довольно скоро стали насыщать ОС утилитами и прикладным ПО.

Утилита

Существуют компьютерные программы, занимающие промежуточное положение между прикладными программами и ОС - это утилиты.

Утилита, или вспомогательная программа - компьютерная программа, служащая для обслуживания компьютера. Большинство утилит сегодня поставляется вместе с ОС. Рассмотрим два класса утилит, пока не входящих в состав ОС. Различные их реализации поставляются разными фирмами.

Архиватор - программа, которая используется для сокращения объема файлов. Архиватор по алгоритмам сжатия кодирует исходные данные, уплотняя их. Результатом работы архиватора является архив - файл со сжатой информацией.

Архив, сжатый архиватором, может храниться или передаваться по назначению. Затем при необходимости архив может быть полностью восстановлен в прежнем объеме. Можно запаковывать не только файлы одной директории, но и целое дерево директорий со всеми файлами.

Антивирусная программа, или антивирус,- программа для борьбы с компьютерными вирусами. Вирусам и борьбе с ними будет посвящена отдельная лекция.

Основные понятия файловой системы

Папки - это место на диске, в котором хранится информация об определенных файлах (имя, тип, размер, имя автора и проч.). Папка может содержать вложенные папки и файлы. Ее можно создать и удалить. При удалении папке происходит удаление всего ее содержимого.

Файлы - это поименованное место на внешнем носителе информации. Файл характеризуется полным именем, размером, датой и временем создания и редактирования, автором и пр. Полное имя файла включает в себя собственно имя и тип (расширение) данного файла. Обычно каждая программа сохраняет свои документы с собственным расширением, например, рисунок может иметь тип .bmp, .gif или другой, текстовый документ - .txt, документ Word - .doc и т.д. Создание типа файла эквивалентно сопоставлению файла и программы. Windows предоставляет возможность скрывать общераспространенные расширения.

Программы-оболочки.

Оболочки - это программы, созданные для упрощения работы со сложными программными системами, такими, например, как DOS. Они преобразуют неудобный командный пользовательский интерфейс в дружественный графический интерфейс или интерфейс типа "меню". Оболочки предоставляют пользователю удобный доступ к файлам и обширные сервисные услуги.

Самая популярная у пользователей IBM-совместимого ПК оболочка - пакет программ Norton Commander. Он обеспечивает:

· полную работу с каталогами и файлами, а также изменение их атрибутов;

· отображение дерева каталогов;

· работу с архивами ( и многотомными);

· просмотр и редактирование текстовых файлов;

· выполнение практически всех команд DOS;

· запуск программ;

· поддержку межкомпьютерной связи и электронной почты через модем.

Приложение

Прикладная программа, или приложение, позволяет пользователю делать то, ради чего он использует компьютер, т. е. применять компьютер в разных областях человеческой деятельности. Приложение выполняется на компьютере под управлением ОС. Приложения, в свою очередь, можно разделить на два класса:

1) программы-автоматы;

2) программы-инструменты.

1. Программа-автомат - это приложение, пользуясь которым пользователь использует алгоритмы и данные, созданные другими людьми. Программы-автоматы не могут создавать ценную информацию.

Обучающая программа помогает пользователю обучаться какой-нибудь области знания (языки, набор на клавиатуре, математика и т. д.).

Игра используются для отдыха за компьютером, спортивных соревнований, тренировки логического мышления, тренажерной тренировки определенных навыков и умений, а также обучения.

База знаний содержит данные и алгоритмы их обработки. Частные случаи таких программ - экспертные системы и специальные программы, которые помогают специалистам оценивать, накапливать и обрабатывать специальные данные.

2. Программа-инструмент - это приложение, с помощью которого пользователь создает новую авторскую информацию. Программы-инструменты являются более «серьезными» программами, чем программы-автоматы. Это означает, что для работы на них нужно иметь более высокую квалификацию. Программы-инструменты также делятся на два больших класса.

1. Редакторы.

2. Системы программирования.

Редактор - программа для создания, редактирования, просмотра и изменения новой информации, за исключением компьютерных программ. Мощные редакторы плавно переходят во вторую категорию программ инструментов и являются программами, принадлежащим сразу двум классам. Вместе с тем есть «чистые» системы программирования, не являющиеся программами-редакторами.

Помимо текстовых и графических, распространены также:

Мультимедийные редакторы работают с полной коллекцией мультимедиа, в том числе звуком и видео. Звуковые редакторы редактируют звук. Видео-редакторы занимаются с оцифрованным видео. Редакторы баз данных, или системы управления базами данных.

Система программирования - программа для создания компьютерных программ на каком-то языке программирования. Самыми распространенными языками программирования являются Бейсик, Паскаль, Си++, Ява и HTML («аш-тэ-эм-эль»).

Текстовый редактор

Текстовый редактор - это программа, используемая специально для ввода и редактирования текстовых данных. Этими данными могут быть программа или какой-либо документ или же книга. Редактируемый текст выводится на экран, и пользователь может в диалоговом режиме вносить в него свои изменения.

Наиболее известный текстовый редактор - Microsoft Word.

Издательские системы.

Полнофункциональные издательские системы - Microsoft Publisher, Corel Ventura и Adobe PageMaker. Издательские системы незаменимы для компьютерной верстки и графики. Значительно облегчают работу с многостраничными документами, имеют возможности автоматической разбивки текста на страницы, расстановки номеров страниц, создания заголовков и т.д. Создание макетов любых изданий - от рекламных листков до многостраничных книг и журналов - становится очень простым, даже для новичков.

Настольные издательские системы.

Назначение программ этого класса состоит в автоматизации процесса верстки полиграфических изданий. Этот класс программного обеспечения занимает промежуточное положение между текстовыми процессорами и системами автоматизированного проектирования.

Табличный процессор

Широкое распространение получили в последние годы программы обработки электронных таблиц, предназначенные для обработки табличным способом организованных данных.

Самые популярные табличные процессоры - Microsoft Excel и Lotus 1-2-3.

Системы автоматизированного проектирования (CAD-системы).

Предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ. Применяются в машиностроении, приборостроении, архитектуре. Кроме чертежно-графических работ эти системы позволяют проводить простейшие расчеты (например, расчеты прочности деталей) и выбор готовых конструктивных элементов из обширных баз данных. Примерами программ могут быть AutoCAD, TurboCAD, DesignCAD и так далее.

Системы автоматизированного проектирования (САПР)

Системы автоматизированного проектирования (САПР) - комплексные программно-технические системы, предназначенные для выполнения проектных работ с применением математических методов.

Системы САПР широко используются в архитектуре, электронике, энергетике, механике и др.

Кроме того, в САПР накапливается информация, поступающая из библиотек стандартов (данные о типовых элементах конструкций, их размерах, стоимости и др.). Из САПР информация выдается в виде готовых комплектов законченной технической и проектной документации.

Автоматизированные системы научных исследований (АСНИ)

Автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) предназначены для автоматизации научных экспериментов, а также для осуществления моделирования исследуемых объектов, явлений и процессов, изучение которых традиционными средствами затруднено или невозможно.

В результате применения АСНИ возникают следующие положительные моменты:

- в несколько раз сокращается время проведения исследования;

- увеличивается точность и достоверность результатов;

- сокращается количество участников эксперимента;

Результаты экспериментов выводятся оперативно в наиболее удобной форме - графической или символьной.

Экспертные системы.

Экспертная система - это комплекс компьютерного программного обеспечения, помогающий человеку принимать обоснованные решения. Экспертные системы используют информацию, полученную заранее от экспертов - людей, которые в какой-либо области являются лучшими специалистами.

Предназначены для анализа данных, содержащихся в базах знаний, и выдачи рекомендаций по запросу пользователя. Характерными областями использования экспертных систем являются юриспруденция, медицина, фармакология, химия. По совокупности признаков заболевания медицинские экспертные системы помогают установить диагноз и назначить лекарства, дозировку и программу лечебного курса.

Экспертные системы должны:

· хранить знания об определенной предметной области (факты, описания событий и закономерностей);

· уметь общаться с пользователем на ограниченном естественном языке (т.е. задавать вопросы и понимать ответы);

· обладать комплексом логических средств для выведения новых знаний, выявления закономерностей, обнаружения противоречий;

· ставить задачу по запросу, уточнять её постановку и находить решение;

· объяснять пользователю, каким образом получено решение.

Желательно также, чтобы экспертная система могла:

· сообщать такую информацию, которая повышает доверие пользователя к экспертной системе;

· «рассказывать» о себе, о своей собственной структуре.

Бухгалтерские системы.

Это специализированные системы, сочетающие в себе функции текстовых и табличных редакторов, электронных таблиц и систем управления базами данных. Предназначены для автоматизации подготовки первичных бухгалтерских документов предприятия и их учета, для ведения счетов плана бухгалтерского учета, а также для автоматической подготовки регулярных отчетов по итогам производственной, хозяйственной и финансовой деятельности в форме, принятой для предоставления в налоговые органы, внебюджетные фонды и органы статистического учета.

Пакеты прикладных программ

Пакеты прикладных программ (ППП) - это специальным образом организованные программные комплексы, рассчитанные на общее применение в определенной проблемной области и дополненные соответствующей технической документацией.

В зависимости от характера решаемых задач различают следующие разновидности ППП:

- пакеты для решения типовых инженерных, планово-экономических, общенаучных задач;

- пакеты системных программ;

- пакеты для обеспечения систем автоматизированного проектирования и систем автоматизации научных исследований;

- пакеты педагогических программных средств и другие.

Интегрированные пакеты программ

Интегрированные пакеты представляют собой набор нескольких программных продуктов, объединенных в единый удобный инструмент. Наиболее развитые из них включают в себя текстовый редактор, органайзер, электронную таблицу, СУБД, средства поддержки электронной почты, программу создания презентационной графики.

Наиболее известные интегрированные пакеты: Microsoft Office, Microsoft Works.

Органайзеры

Органайзеры - это программы - электронные секретари.

Они позволяют эффективно распорядиться рабочим временем, финансовыми средствами и т.п. Обладают возможностью автоматизации регулярных действий, составления персональных и групповых расписаний, планирования встреч, ведения записной книжки. В их состав традиционно входят календарь, часы, калькулятор и т.п.

Различают два вида органайзеров: для сетевого планирования (Time Line, Microsoft Project) и записные книжки для делового человека (Lotus Organizer, ACII).

Сетевое программное обеспечение

Сетевое программное обеспечение предназначено для организации совместной работы группы пользователей на разных компьютерах. Позволяет организовать общую файловую структуру, общие базы данных, доступные каждому члену группы. Обеспечивает возможность передачи сообщений и работы над общими проектами, возможность разделения ресурсов.

Браузеры

При работе с системой WWW пользователи Internet имеют дело с программами-клиентами системы, называемыми браузерами.

Браузеры (англ. browse - листать, просматривать) - программы, с помощью которых пользователь организует диалог с системой WWW: просматривает WWW страницы, взаимодействует с WWW-cерверами и другими ресурсами в Интернет.

Существуют сотни программ-браузеров. Самые популярные браузеры: Mozilla Firefox, Netscape Navigator и Microsoft Internet Explorer. Информацию, полученную от любого сервера, браузер WWW выводит на экран в стандартной, удобной для восприятия форме. При этом переключения с одного протокола на другой для пользователя часто остаются незамеченными.

Лекция 5. «Обзор программ компьютерной графики»

Графический редактор. Системы деловой и научной графики. Растровые редакторы. Редактор растровой графики Adobe Photoshop. Векторные редакторы. Редактор векторной графики Сorel Draw. Программа Illustrator от Adobe. Программа Macromedia Freehand. Пакеты демонстрационной графики. Microsoft PowerPoint - программа создания презентаций.

Графический редактор

Графический редактор - это программа, предназначенная для автоматизации процессов построения на экране дисплея графических изображений. Предоставляет возможности рисования линий, кривых, раскраски областей экрана, создания надписей различными шрифтами и т.д. Большинство редакторов позволяют обрабатывать изображения, полученные с помощью сканеров, а также выводить картинки в таком виде, чтобы они могли быть включены в документ, подготовленный с помощью текстового редактора.

Некоторые редакторы позволяют получать изображения трёхмерных объектов, их сечений, разворотов, каркасных моделей и т.п.

Возможности систем деловой и научной графики



Рис.1. Круговые и столбиковые диаграммы