Состав ПК. Программное обеспечение ПК

Состав ПК.
Программное
обеспечение ПК
Состав ПК
ЭВМ (компьютер) – универсальное
электронное программно-управляемое
устройство для хранения, автоматической
обработки и передачи информации.




Универсальное = многофункциональное, для
решения широкого круга задач,
Электронное – на основе электрических
сигналов (возможные перспективы: полностью
оптические, квантовые, биологические; реально гибридные);
Программно-управляемое - обработка
информации по заложенным в ЭВМ программам;
Вывод результатов обработки в форме,
пригодной для восприятия человеком.
3
Этапы развития
вычислительной техники
1. Домеханический (ручной) этап — с
древнейших времен:




абак (5 в. до н. э., Греция),
счеты (Россия, 16 в.),
Леонардо да Винчи (16 в.) – проект счетной
машины,
логарифмическая линейка (Англия, 17 в.)
4
2. Механический и электромеханический
этапы — с середины 17-го века;
1623 г. – Шиккард (Германия) – первая
простейшая механич. машина для сложения/
вычитания 6-разрядных чисел,
Паскаль, Лейбниц (двоичная система
счисления),
1833 г. – Ч. Бэббидж (Англия) – основные
теоретические принципы функционирования
ВМ (принцип программного управления),
1918 г. – ламповый триггер (два возможных
состояния).
5
3. Электронный — с 40-х годов 20-го в.:
1942 г., США, изобретение первой цифровой
электронной ВМ (не была завершена).
Первые компьютеры:

1945 г., США – машина ENIAC (Electronic
Numerical Integrator and Computer).
Универсальная, т.к. способна решать разные
задачи: первоначально - баллистика, затем атомный проект.

1950 г., СССР - первая в Европе ЭВМ
(С.А.Лебедев).
6
ENIAC :
размеры - высота 6 м, ширина 4 м, длина 30 м;
вес 30 т,
содержала 18 000 электронных ламп, 1 500 реле, 70
000 резисторов, 10 000 конденсаторов,
потребляемая мощность - 140 кВт.
7
Поколения = элементная база
Характеристики
I (1945 - 1958)
II (1959 - 1963) III (1964 -1976)
IV (1977 -…)
Элементная база
электронные
лампы
транзисторы
ИС - тыс.
транзисторов
БИС, СБИС –
сотни тыс.
тр.
Производительность
ЦП (CPU)
1∙104 оп/с
1∙106 оп/с
1∙107 оп/с
>3∙107 оп/с
Тип оперативной
памяти (RAM)
ферритовые
сердечники
миниатюрные
ферритовые
сердечники,
магнитные
дисковые ЗУ
п/п на БИС
п/п на СБИС
Объем оперативной
памяти
64 Кб
512 Кб
16 Мб
От 1 Гб
коды,
ассемблеры
языки
программиров
ания
Операционны
е системы,
ППП, СУБД,
САПРы
Базы знаний,
Экспертные
системы
Программное
обеспечение
8
Смена поколений ЭВМ непосредственно
связана с развитием элементной базы




Электронные лампы.
Полупроводниковые транзисторы действуют
как электрические переключатели, занимают
меньше места, потребляют меньше
электроэнергии, выделяют меньше тепла.
Интегральная схема (чип), ИС – много
транзисторных схем, размещенных на одной
плате (кремниевой пластинке).
БИС, СБИС (сверхбольшие ИС) – на кусочке
кремния площадью порядка 1 кв. см. размещены
миллиарды транзисторов.
9
Пример микросхемы (чипа)
10
5-е поколение компьютеров
Начало 80-х – проект (Япония)
Поколение, принципиально новое по стилю
обработки информации и взаимодействию
с пользователем:
 по поставленной перед ней цели машина
должна сама составить план действий и
выполнить их,
 общение с машиной на уровне
естественного языка.
11
Структурная схема ЭВМ
Арифметико
- логическое
устройство
(АЛУ)
Управляющее
устройство
Внешние
устройства
вводавывода
Запоминающее
устройство
12
Арифметическо-логическое
устройство:
выполняет вычисления и преобразования
данных, предписанные командами
программы - арифметические и
логические операции, преобразования
кодов, сравнения слов и пр.;
 Управляющее устройство:
организует процесс выполнения программ,
осуществляет координацию работы всех
блоков ЭВМ;

13
Запоминающее устройство (память):
для хранения программ и данных (набор
пронумерованных ячеек, в каждой из
которых могут находиться
обрабатываемые данные);
 Внешние устройства
служат для ввода-вывода информации.
В современных компьютерах АЛУ и УУ
объединены в одном устройстве —
центральном процессоре.
Быстродействующие компьютеры имеют
несколько процессоров.

14
Основные технические хар-ки ЭВМ
производительность процессора и машины в
целом,
 разрядность машинного слова,
 набор команд,
 набор устройств ввода-вывода и их
характеристики,
 пропускная способность каналов вводавывода,
 емкость оперативной и внешней памяти,
 надежность работы и др.
Основные экономические характеристики:
стоимость оборудования, стоимость машинного
15
часа, стоимость ремонта.

Классификация компьютеров
по применению и
функциональным возможностям
МикроЭВМ = персональный компьютер,
обслуживание одного или нескольких
пользователей.
Одно- и многопроцессорная архитектура, гибкость
конфигурации, широкий перечень моделей и
изготовителей.
Пять основных категорий:
настольный (домашний, офисный), мобильный,
рабочая станция, игровой.

16
Мини-ЭВМ
Используются для работы в условиях реального
производства: управление поточной линией,
цехом, лабораторией, учреждением,
предприятием среднего размера.
Многотерминальные, разветвленная
периферия.
Тенденция: вытесняются персональными
компьютерами.

17
Универсальные компьютеры –
в т. ч. большие (мэйнфреймы) –
большие объемы информации для крупных
банков, предприятий, мультипроцессорная
архитектура, подключение сотен рабочих мест.
Tandem Computer, ЕС-1066.
 Суперкомпьютеры – для решения задач
предельных классов: глоб. метеопрогнозы,
космология, проектирование космич. кораблей,
системы ПРО, глоб. комп. Сети.
Сложные научные расчеты, параллельные
вычисления, десятки тыс. процессоров.
CRAY (США), СКИФ (Минск).

18
Персональный компьютер
Персональный компьютер - это
универсальная однопользовательская микроЭВМ. Отличительные признаки:
 невысокая стоимость;
 наличие периферийных (внешних) устройств
для ввода-вывода и хранения информации;
 наличие аппаратных ресурсов, достаточных
для решения реальных задач;
 поддержка языков программирования
высокого уровня;
 наличие операционной системы, которая
упрощает взаимодействие пользователя с
компьютером (интерфейс).
19
Классификация ПК
настольный (desktop):
Домашний (consumer PC) - массовый,
Офисный (Office PC) - деловой,
 мобильный (mobile PC) – переносной,
портативный, в т. ч.
Ноутбук (2-3 кг, 30-50 см, «дипломат»),
Ручной, или карманный (palmtop, handheld, 100-300 г, 10-15 см),
Настольный мини-компьютер (book PC)
 рабочая станция (там, где
повышенные требования к ресурсам),
 игровой.

20
История создания ПК
Семидесятые годы 20-го в. - начало эры ПК,
поворотный момент в истории ВТ.
В 1970 г. был создан первый микропроцессор
(Intel-4004) - функционально законченное
устройство, способное выполнять обязанности
центрального процессора ЭВМ.
Первый ПК был сконструирован американской
фирмой MITS в 1975 г. и назван Altair 8800 (на
основе микропроцессора Intel-8080).
21
В 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие
основатели фирмы Microsoft) создали для
компьютера Altair ПО, которое позволило
пользователям достаточно просто общаться с
компьютером и легко писать для него
программы. Это способствовало популярности
персональных компьютеров.
1976-1977 гг. – компьютеры Apple-1 и Apple-2
(молодые американцы С. Возняк и С. Джобс, в
гараже!!!). Взрыв в области ВТ. Домашняя
мастерская С. Возняка и С. Джобса
превратилась в фирму Apple Computer.
22
Начало 80-х гг. - в число производителей ПК
влились компьютерные гиганты International
Business Machine Corp. (IBM), DEC, HewlettPackard, что привело к структурным
изменениям на рынке ПК.
1981 г. - IBM выпустила первую удачную 16разрядную модель PC (Personal Computer) и
стала флагманом в производстве не только
больших, но и ПК.
1983 г., 1984 г. - новые модели машин этой же
фирмы: PC XT (eXstended Technology) и PC AT
(Advanced Technology) соответственно. С этого
времени они стали стандартом в области
ПЭВМ.
23
Принцип открытости архитектуры
Компьютеры типа IBM PC приобрели огромную
популярность благодаря открытости
архитектуры, что означает:
 возможность использования для сборки ПК
узлов от разных производителей (сотни фирм
включились в разработку и производство
отдельных блоков и целых ПК);
 возможность наращивания мощности и
доукомплектования ПК в ходе эксплуатации;
 открытая публикация технического описания
аппаратуры.
IBM-совместимые компьютеры составляли около
90% всех производимых в мире ПК.
24
Состав стационарного ПК
Минимальный (базовый)
комплект поставки
ПК:
1.
2.
3.
4.
системный блок,
монитор,
клавиатура,
манипулятор «мышь»
Остальные устройства
считаются
дополнительными.
25
Состав системного блока
материнская плата;
 адаптеры и контроллеры;
 блок питания;
 дисководы для гибких магнитных дисков (НГМД);
 дисковод на жестком магнитном диске (НЖМД) «винчестер»;
 дисководы для СD- и DVD-дисков;
 органы управления (включатель электропитания,
кнопка общего сброса, индикаторы питания и
режимов работы);
Имеются разъемы для подключения шнуров
питания и кабелей связи с внешними (т. е.
устанавливаемыми вне системного блока)
26
устройствами.

Материнская (системная) плата:
несет на себе главные компоненты
компьютера (компьютерной
системы)





микропроцессор,
оперативную память,
микросхемы поддержки,
системную шину (магистраль),
несколько разьемов-гнезд (слотов) для
подключения других плат.
27
Микропроцессор - СБИС, выполняющая все
вычисления и обработку информации, общее
управление компьютером.
Основные параметры:
 Тактовая частота указывает, сколько
элементарных операций (тактов)
микропроцессор выполняет за 1 сек.
Измеряется в МГц (совр.: ГГц).
 Разрядность показывает, сколько двоичных
разрядов (битов) информации обрабатывается
(или передается) за один такт, а также сколько
двоичных разрядов может быть использовано в
процессоре для адресации оперативной памяти
(совр.: 32, 64 разряда).
28
Оперативное запоминающее
устройство (ОЗУ), или оперативная
память (RAM от random access memory) –
СБИС для хранения оперативной
информации.
Параметры: емкость (количество
одновременно хранимой информации) и
скорость доступа (время записи считывания, ~60 нс ).
Энергозависима (хранит данные лишь при
подаче электропитания).
29



Системная шина – группа электрических
проводников для передачи данных, адресов и
сигналов между компонентами компьютера.
Адаптеры – печатные платы для
преобразования форм представления
информации между различными устройствами
компьютера: видеоадаптеры (видеоплаты,
видеокарты), адаптеры портов ввода-вывода,
сетевые адаптеры (сетевые карты), звуковые
платы (аудиокарты), модемы.
Блок питания (БП) преобразует переменный
ток высокого напряжения сети электропитания в
постоянный ток низкого напряжения (12,5 и
3,5 В). БП поддерживает напряжения питания
устройств стабильными вне зависимости от
колебаний сетевого напряжения.
30
Накопители
Накопители – ЗУ, предназначенные для длительного
(энергонезависимого) хранения больших объемов
информации.
 носитель + привод.
 со сменными и несменными носителями.
Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД, FDD)
– электронно-механическое устройство с несменным
носителем, гибкие носители – дискеты (3.5 дюйма - 1.44
Мб).
Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД,
HDD) – устройство с несменным носителем (запись на
набор дисков в герметичном корпусе, емкость сотни Гб,
скорость вращения дисков до 10 тыс. оборотов в мин).
Накопители на компакт-дисках (CD (650-800 Мб), DVD).
Flash-накопители (флэш-память, USB-диск).
31
Монитор (дисплей) - для отображения текстовой и
графической информации. Типы мониторов:
 с ЭЛТ, жидкокристаллические,
 монохромные и цветные.
Параметры: размер экрана по диагонали, размер
точки (пикселя) экрана, разрешающая способность
(800х600, 1024х768. 1152х864).
Видеопамять – блок памяти для хранения
отображаемой на мониторе информации,
Видеокарта (видеоадаптер) – управление работой
монитора.
Монитор может работать в текстовом и графическом
режимах:
текстовый – отображение символов, 25 стр. по 80 поз.,
графический – набор пикселей.
32
Устройства ввода информации





Клавиатура,
Манипуляторы
(мышь,
джойстик,...),
Сканер,
Микрофон,
Цифровая
видеокамера и
др.
Клавиатура - 101-103
клавиши, размещены но
стандарту QWERTY,
различаются
незначительно,
Джойстик – ручка с кнопкой
на шарнире (для комп. игр),
Дигитайзер (графич.
планшет) – спец. планшет,
покрытый сеткой
пьезоэлементов,
вырабатывающих ток при
33
надавливании.
Устройства вывода информации
Плоттер – для печати
сложных
конструкторских
чертежей,
архитектурных
планов,
географических и
метеорологических
карт.
Устройства вывода:
 Монитор,
 Принтер,
 Плоттер,
 Графопостроитель,
 Акустические
колонки, наушники.
34
Дополнительные устройства
Принтеры предназначены для вывода
информации на твердые носители (главным
образом - на бумагу).
По способу нанесения красящих точек их
можно разделить на три основных типа:
 матричные (игольчатые),
 струйные

лазерные.
Характеризуются принтеры скоростью печати,
форматом бумаги, цветностью и
разрешением.

35


Cканеры позволяют с помощью
оптики вводить в компьютер
информацию с печатного оригинала
текста или графического изображения
для его последующей обработки.
Модемы используются для
сопряжения компьютера и линий
связи (в т. ч. обычной телефонной
линии).
36
Программное
обеспечение ПК
Программа – это алгоритм, записанный на
одном из языков программирования.
Программное обеспечение (ПО) — это
совокупность программ, обеспечивающих
функционирование компьютера и
возможности для решения задач
пользователями.
В зависимости от назначения ПО делится на
 1) Базовое (системное);
 2) Инструментальное;
 3) Прикладное, в т. ч.
пользовательское.
А) Базовое (системное) ПО
Служит для организации совместной работы
всех устройств компьютера и его
взаимодействия (интерфейса) с
пользователем или проблемной средой.
Состав базового ПО:
 операционные системы (ОС) и оболочки
ОС,
 утилиты,
 средства тестирования и диагностики,
 средства разработки программ,
 сетевое ПО.
Интерфейс (универс. понятие)
Интерфейс (от англ. interface - поверхность раздела) —
средства и методы взаимодействия между элементами
системы (в широком смысле).
Пользовательский интерфейс – технические и
программные средства для организации взаимодействия
человека и компьютера.
Пользовательский интерфейс:
 Терминальный – режим командной строки, когда
пользователь вводит управляющие команды с
клавиатуры,
 Графический - графический режим, когда пользователь
выбирает команды из меню, при этом используется
мышь, меню отображаются графически.
Элементы пользовательского интерфейса:
окна, меню (одноуровневые и многоуровневые),
контекстная подсказка, помощь, элементы навигации
(кнопки, «горячие клавиши» и др.)
Интерфейс
Интерфейс (от англ. interface поверхность раздела) —средства и
методы взаимодействия между
элементами системы (в широком
смысле).
Пользовательский интерфейс –
технические и программные средства
для организации взаимодействия
человека и компьютера.
Операционная система (ОС)
ОС (англ. operating system) — это комплекс
управляющих и обслуживающих
программ, обеспечивающий управление
вычислительными процессами и
аппаратными средствами компьютера и
взаимодействие пользователя с
компьютером.
Примеры ОС: MS DOS, Windows, Unix,
OS/2, Linux.
При включении компьютера операционная
система загружается в память раньше
остальных программ и затем служит
основой для их работы.
 BIOS (basic input/output system) –
базовая система ввода/вывода
(хранится в ПЗУ, тестирует основные
узлы);
 Файловая система – упорядоченное
хранение информации в памяти;
 Драйверы внешних устройств.
Б) Инструментальное ПО
Предназначено для создания
оригинального ПО в любой
проблемной области.
Системы программирования служат
для разработки программ.
Примеры:
Turbo-Pascal, Turbo-С, Turbo-Prolog,
Delphi, СП для многих языков: C, C++,
Java, Fortran
В) Прикладное ПО
Прикладное ПО - это пакеты прикладных
программ (ППП), предназначенные для
решения задач из различных областей, а
также пользовательское ПО.
ППП подразделяются на
 общего назначения,
 проблемно-ориентированные
(специализированные),
 расширяющие функции ОС.
ППП общего назначения
Ориентированы на широкий круг пользователей,
позволяют автоматизировать наиболее часто
используемые функции:
обработку текстовой информации, электронных
таблиц, СУБД, деловой графики и др.
Примеры:
 текстовые процессоры MS Word, WordStar,
WordPerfect, Sprint, ChiWriter, Лексикон;
 электронные таблицы MS Excel, Quattro Pro,
SuperCalc, Multiplan, VP-Planner,
 СУБД MS Access, dBase, FoxBase, Paradox,
Clipper, Reflex и др.
Специализированные ППП
Имеют более узкое применение, используют
особые методы представления и
обработки информации, учитывающие
специфику задачи:
графические (Paintbrush, CorelDRАW,
PhotoShop, MS Visio);
математические (MathCAD, Mathematica,
MathLab);
прикладной математики (OptiNet, LP-16,
DP-16, CP-16, FP-16);
статистические (Statistica,Gauss);
экспертные системы (Expert Choice,
MYCIN, PROSPECTOR);
издательские системы (TeX, LaTex,
PageMaker, Ventura Publisher);
пакеты автоматизированного
проектирования и изготовления
чертежей (CAD-группа) и др.
Интегрированные пакеты объединяют
основные функции нескольких пакетов общего
назначения.
 полная информационная совместимость
прикладных пакетов, входящих в состав
интегрированных,
 единый информационный интерфейс.
Типичный представитель: пакет MS Office,
включающий текстовый процессор MS Word,
табличный процессор MS Exсel, систему
управления базами данных MS Access, пакет
презентационной графики MS PowerPoint и т.д.
Пакет ориентирован на офисные задачи и
широко используется.