ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.
ТЕМА: АППАРАТНОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПЕРСОНАЛЬНЫХ
КОМПЬЮТЕРОВ
Цель: изучить составные компоненты персонального компьютера и их назначение. Приобрести навыки работы с клавиатурой компьютера.
ЗАНЯТИЕ 1.
СТРУКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Вычислительная система – это совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих автоматизацию сбора, накопления, обработки, систематизации, хранения, представления, передачи информации.
Аппаратное обеспечение вычислительной системы – оборудование, составляющее компьютер.
Программное обеспечение – совокупность всех программ и соответствующей документации, обеспечивающая целесообразное использование компьютера в интересах каждого его пользователя.
Компьютер – устройство, предназначенное для выполнения заданной, четко определенной последовательности действий по обработке информации.
Современная ЭВМ – это чрезвычайно сложное устройство. Для каждого конкретного типа машины характерны свои конструктивные особенности, но основная структура всех машин едина и она позволяет понять принципы работы компьютера. В 1946 году одним из гениальных создателей первых ЭВМ американцем Джоном фон Нейманом бала предложена принципиальная схема компьютера.
1.1.
ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ АППАРАТНОЙ ЧАСТИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ
СИСТЕМЫ И ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ
Внешняя архитектура компьютера – это те устройства, в которые входят: системный блок, клавиатура, монитор, принтер, манипуляторы, сетевое оборудование, сканер.
Внутренняя архитектура компьютера – это те устройства, которые обеспечивают процессы накопления, обработки, хранения, представления и передачи информации внутри машины. Большинство из них расположены в системном блоке. Проводники, связывающие между собой все устройства компьютера, называются магистралью, или шиной данных. По магистрали передаются как управляющие сигналы, так и данные от одних устройств к другим, что обеспечивает их взаимодействие в процессе обработки информации.
Контроллер, или адаптер – это электронная схема, обеспечивающая управление устройствами компьютера.
Процессор – самый главный элемент компьютера, его «мозг», — электронная схема, выполняющая все арифметические вычисления и логическую обработку. Производительность компьютера в основном определяет тип и характеристики процессора (разрядность – максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно и тактовая частота – количество элементарных операций (тактов) выполняемых в одну секунду). Назначение процессора:
1. Управлять работой ЭВМ по заданной программе.
2. Выполнять операции обработки информации.
В состав процессора входят следующие устройства: устройство управления (УУ), арифметико-логические устройство (АЛУ), регистры процессорной памяти.
v Арифметико-логическое устройство (АЛУ) производит операции (микрооперации), необходимые для выполнения команд микропроцессора, это вычислительный инструмент процессора, выполняющий арифметические и логические операции по командам программы.
v Устройство управления (УУ) – управляет всеми частями компьютера посредством принципов программного управления. (Функцию устройства управления можно сравнить с работой дирижера, управляющего оркестром. Своеобразной «партитурой» для УУ является программа).
v Микропроцессорная память. В микропроцессоре есть несколько ячеек собственной памяти, которые называются регистрами. Некоторые из них предназначены для хранения операндов — величин, участвующих в текущей операции. Такие регистры называются регистрами общего назначения (RON). Регистр команд (RK) предназначен для хранения текущей команды. В регистре-счетчике (CK) хранится текущий адрес. Перед выполнением программы необходимо задать ее начальный адрес – записать его в счетчик команд. Каждый из регистров служит своего рода черновиком, используя который процессор выполняет расчеты и сохраняет промежуточные результаты.
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ВНУТРЕННЕЙ АРХИТЕКТУРЫ ПЕРСОНАЛЬНОГО
КОМПЬЮТЕРА
СИСТЕМНЫЙ БЛОК
В состав системного блока входят процессор, внутренняя память, накопители на гибких и жестких магнитных дисках. Рассмотрим назначение каждого из этих устройств.
В памяти компьютера хранятся программы и обрабатываемая информация. Основными характеристиками различных типов и устройств памяти являются их объем и быстродействие. Память компьютера можно разделить на внутреннюю и внешнюю.
![]() |
Внутренняя память ЭВМ обладает двумя основными свойствами: дискретностью и адресуемостью. Память дискретна – это значит, что память состоит из некоторых ячеек. Ячейка памяти называется бит. Один бит – это двоичный разряд памяти. Он хранит двоичный код (0 или 1). Само слово «бит» означает двоичную цифру. Итак, память компьютера – это упорядоченная последовательность двоичных разрядов (бит). Эта последовательность делится на группы по 8 разрядов; каждая такая группа образует байт памяти. Следовательно, слова «бит» и «байт» обозначают названия основных единиц измерения емкости запоминающих устройств. Объем памяти ЭВМ измеряется в килобайтах (1 Кбайт (Кб) = байта = 1024 байта), мегабайтах (1 Мбайт (Мб) = 1024 Кбайта), гигабайтах (1 Гбайт (Гб) = 1024 Мбайт). Ячейка памяти – это группа последовательных байтов внутренней памяти, вмещающая в себя информацию, доступную для обработки отдельной командой процессора. Содержимое ячейки памяти называется машинным словом. Байты внутренней памяти пронумерованы. Нумерация начинается с нуля. Порядковый номер байта называется адресом байта (подобно тому, как номер квартиры в доме есть адрес этой квартиры). Принцип адресности памяти означает, что любая информация заносится в память и извлекается из нее по адресам.
Внутренняя память состоит из оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), или оперативной памяти (ОП), и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ).
ОЗУ – быстрая, энергозависимая память. В ОЗУ хранятся исполняемые в данный момент программа и данные, с которыми она непосредственно работает. ОЗУ – это память, используемая как для чтения, так и для записи информации. При отключении электропитания информация в ОЗУ не сохраняется. Процессор может обращаться к ячейкам памяти в произвольном порядке, при этом время чтения/записи информации для всех ячеек одинаково (оно измеряется микросекундами).
ПЗУ – быстрая, энергонезависимая память. ПЗУ – это память, предназначенная только для чтения. Информация заносится в нее один раз и сохраняется постоянно. В ПЗУ хранится информация, присутствие которой постоянно необходимо в компьютере. Обычно это компоненты операционной системы.
Для ускорения доступа к данным используется специальное устройство, называемое кэш-памятью. Кэш-память – это «сверхоперативная» память сравнительно небольшого объема (обычно до 1 Мбайта), построенная на иной элементной базе, чем оперативная память. В кэш-памяти хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. При обращении процессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к оперативной памяти, то среднее время доступа к памяти уменьшается.
Внешняя память компьютера предназначена для хранения информации, как правило, вне компьютера, с целью последующего ее использования. Устройства, которые обеспечивают запись информации на носители, а также ее поиск и считывание в оперативную память, называют накопителями (дисководами).
Гибкие магнитные диски (дискеты) предназначены для переноса документов и программ с одного компьютера на другой, хранения архивных копий и информации, не используемой постоянно на компьютере.
Жесткий магнитный диск, или винчестер, предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ и т.д.
Любой магнитный диск первоначально к работе не готов. Для приведения его в рабочее состояние он должен быть отформатирован, т.е. должна быть создана структура диска.
УСТРОЙСТВА ВВОДА
Устройства ввода обеспечивают ввод информации (программ и данных) в память компьютера. Основными устройствами ввода информации являются клавиатура и сканер.
Клавиатура – это «уши» компьютера, с помощью которых он принимает команды и выполняет их. Она имеет несколько групп клавиш:
— алфавитно-цифровые и знаковые клавиши, расположенные так же, как и на пишущей машинке, в центре клавиатуры;
— функциональные клавиши, расположенные в левой части клавиатуры или в ее верхнем ряду;
— дополнительная цифровая клавиатура с клавишами управления перемещением курсора, расположенная в правой части клавиатуры;
— служебные клавиши для смены и фиксации регистров и других целей, расположенные в разных местах клавиатуры.
Алфавитно-цифровые и знаковые клавиши при их нажатии вызывают появление на экране соответствующего им символа.
Функциональные клавиши F1, …, F12 являются программируемыми и в разных программах могут выполнять различные, заранее заданные функции.
Служебные клавиши выполняют следующие основные функции:
Enter – ввод команды на выполнение процессором;
Esc – отмена какого-либо действия;
Pause – приостановка выполнения программы;
Print Screen – распечатка графической копии экрана при работе в DOS или копирование в буфер обмена при работе в Windows;
Tab – перемещение курсора на позицию табуляции;
Scroll Lock — управление выводом информации на экран при работе в DOS;
Ctrl, Alt — при одновременном нажатии этих клавиш с какой-либо другой вызывается изменение действия последней;
Shift — ввод прописных букв и символов верхнего регистра клавиатуры;
Caps Lock — фиксация/отмена режима прописных букв;
Num Lock — переключение малой цифровой клавиатуры в цифровой режим и обратно;
Ins — переключение режима вставки/замены;
Del — удаление символа справа от курсора;
Backspace – удаление символов слева от курсора;
Home, End – перемещение курсора в начало или конец строки;
PgUp — перемещение курсора на одну экранную страницу по тексту вверх;
PgDn — перемещение курсора на одну экранную страницу по тексту вниз;
На клавиатуре имеются также клавиши со стрелками, управляющие перемещением курсора, и никак не обозначенная клавиша пробела.
Сканер – это устройство, позволяющее вводить в компьютер изображения с бумаги или другой плоской поверхности.
Манипуляторы – это устройства ввода, которые обеспечивают очень естественный способ общения пользователя с компьютером и широко используются в современных операционных системах и программах. Самым распространенным манипулятором является мышь.
УСТРОЙСТВА ВЫВОДА
Устройства вывода обеспечивают вывод результатов работы. Основными устройствами вывода являются монитор и принтер.
Монитор – это «язык» компьютера, с помощью которого он передает всю нужную информацию о своей работе. Он предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Обычно экран дисплея содержит 25 текстовых строк, при этом в каждой строке должно быть не более 80 символов. Разрешение – важнейшая характеристика монитора – количество точек на экране по вертикали и по горизонтали в передаваемом изображении. Чем выше разрешение, тем лучше качество графического изображения.
Печатающее устройство, или принтер, предназначено для вывода информации на бумагу. Обычно принтеры могут выводить не только текстовую, но и графическую информацию.
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА
Компьютер сам по себе без разработанных человеком для него программ не может выполнить какой-либо работы. Под программным обеспечением информационных систем понимается совокупность программных и документальных средств для создания и эксплуатации систем обработки данных средствами вычислительной техники.
В зависимости от функций, выполняемых программным обеспечением, его можно разделить на две группы: базовое (системное) программное обеспечение и прикладное программное обеспечение.