РОСОБРАЗОВАНИЕ

НИЖНЕВАРТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОЦИАЛЬНО-ГУМАНИТАРНЫЙ КОЛЛЕДЖ

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАТИЗАЦИИ

учебное пособие

Нижневартовск 2007

Технические средства информатизации. Учебное пособие./ Составитель А.Н. Попов. – Нижневартовск: НГСГК, - 2007, с.

Данное учебное пособие предназначено для изучения дисциплины «Технические средства информатизации» в средних специальных учебных заведениях на специальности 2203- «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем».

Введение.

Учебная дисциплина «Технические средства информатизации» является общепрофессиональной, формирующей базовый уровень знаний для освоения других общепрофессиональных и специальных дисциплин, таких, как «Компьютерное моделирование», «Компьютерные телекоммуникационные сети», «Инструментальные и программные средства вычислительных систем».

Дисциплина раскрывает вопросы, связанные с классификацией технических средств и их общей характеристикой, рассматривает средства копирования и размножения, средства настольной электронной типографии, офисное оборудование, методы и средства мультимедиа; телекоммуникации и средства связи.

Учебное пособие составлено в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 2203- «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», утверждённой приказом Министерства образования и науки Российской Федерации, в соответствии с учебным планом и программой учебной дисциплины по специальности.

Окружающий нас мир существует в трёх основных формах: вещество, энергия, информация.

Всё многообразие материальных объектов состоит из вещества. Все материальные объекты взаимодействуют друг с другом и поэтому обладают энергией. Каждый объект несет информацию о себе, своих свойствах и качествах (форма, цвет, запах и др.). Кроме этого человек (а также другие живые организмы) могут собирать, обрабатывать, хранить и передавать информацию, использовать информацию для своего существования и развития.

В данный исторический период человечество включилось в глобальный процесс, называемый информатизацией. Информация становится главным ресурсом научно-технического и социально-экономического развития мирового сообщества и существенно влияет на ускоренное развитие науки, техники и различных отраслей хозяйства, играет значительную роль в процессах образования, общения между людьми, в других социальных областях.

Если до середины XX века жизнеобразующие процессы, протекающие вокруг человека претерпевали незначительные изменения, то в настоящее время человек окружен таким количеством информации, которая, в свою очередь, стремительно меняется и обновляется, что знания, полученные 3-5 лет назад становятся устаревшими и неактуальными. Человек чтобы быть востребованным, идти в ногу со временем должен постоянно совершенствовать свои способности, получать новые знания и обновлять имеющиеся.

Поэтому встаёт вопрос о том, чтобы студенты овладели методологией усвоения новых знаний, могли заниматься самообразованием с целью идти в ногу со временем.

При работе с информацией, в процессе её получения, переработки, сортировки, хранения и передачи ведущую роль играют технические средства информатизации (ТСИ). А значит, овладение приёмами работы с данными средствами имеет первостепенное значение.

Диапазон современных ТСИ крайне широк: от компьютера с привычными периферийными устройствами до средств связи, устройств копирования и уничтожения документов. Не менее разнообразны физические принципы, положенные в основу функционирования этих устройств. Специалисты в области автоматизированных систем обработки информации и управления, а также программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем, в какой бы области они ни работали, должны не только выступать в качестве пользователей, но и быть знакомы с принципом действия, конструкцией, технологией производства, правилами эксплуатации и основами выбора технических средств информатизации.

Характерной особенностью технических средств информатизации являются постоянное развитие, совершенствование, появление новых устройств, реализующих ранее невиданные возможности. Некоторые образцы техники морально устаревают, не успев попасть на рынок.

В Разделе 1 раскрывается понятие информации, её свойства, способы представления и измерения. Также изложены общие характеристики технических средств информатизации как устройств, обеспечивающих обмен информацией с компьютером.

Раздел 2 посвящен техническим характеристикам современных компьютеров, их составу и архитектуре.

Разделы 3 – 6 посвящены устройствам ввода/вывода, хранения и обработки текстовой, числовой, аудио- и видеоинформации на различных носителях.

Раздел 7 посвящен средствам копирования и уничтожения информации на твердых носителях.

В Разделе 8 рассмотрены современные системы дистанционной передачи информации.

Учебное пособие позволит студенту самостоятельно изучать материал курса, выполнять практические задания и проверить уровень усвоения материала с помощью контрольных заданий и тестов. Применение таких пособий развивает самостоятельную деятельность в овладении новыми знаниями, продвигает обучаемого на новую ступень осознанием своих способностей и своего места в новом информационном обществе.

Раздел 1. Информация и технические средства её обработки.

Тема 1.1. Информация.

План:

1. Определение информации. Количество информации. Единицы измерения количества информации.

2. Способы представления информации для ввода в ЭВМ.

1. Определение информации. Количество информации. Единицы измерения количества информации.

В настоящее время наука пытается найти общие свойства и закономерности, присущие многогранному понятию информация, но пока это понятие во многом остается интуитивным и получает различные смысловые наполнения в разных отраслях человеческой деятельности:

· в обиходе информацией называют любые данные или факты, которые кого-либо интересуют. Например, сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либо деятельности и т. п. «Информировать» в этом смысле означает «сообщить нечто, неизвестное раньше»;

· в технике под информацией понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов;

· в кибернетике под информацией понимают ту часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т. е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы.

Термин «информация» имеет корень «form» (форма), что разумно трактовать как «информирование - придание формы, вывод из состояния неопределенности, бесформенности», поэтому логично подходить к определению понятия «количество информации» , исходя из того, что информацию, содержащуюся в сообщении, можно трактовать в смысле ее новизны или, иначе, уменьшения неопределенности знаний «приемника информации» об объекте.

Американский инженер Р. Хартли в 1928 г. рассматривал процесс получения информации как выбор одного сообщения из конечного заданного множества N равновероятных сообщений, а количество информации I , содержащееся в выбранном сообщении, определял как двоичный логарифм N :

Технические средства информатизации - это совокупность систем, машин, приборов, механизмов, устройств и прочих видов оборудования, предназначенных для автоматизации различных технологических процессов информатики, причем таких, выходным продуктом которых является информация (данные), используемые для удовлетворения информационных потребностей в разных областях деятельности общества.

Все технические средства информатизации в зависимости от выполняемых функций можно разделить на пять групп:

• 1. Устройства ввода информации являются непременным и обязательным элементом любой ЭВМ, начиная с самой первой и заканчивая современными ПК, поскольку именно эти устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с вычислительной системой.
• 2. Устройства передачи и приема информации (или устройства связи) являются непременными атрибутами современных информационных систем, которые все больше приобретают черты распределенных информационных систем, в которых информация хранится не в одном месте, а распределена в пределах некоторой сети.
• 3. Устройства хранения информации занимают не последнее место среди всех технических средств информатизации, поскольку используются для временного (непродолжительного) или длительного хранения обрабатываемой и накапливаемой информации.
• 4. Многофункциональные устройства стали появляться сравнительно недавно. Отличительная особенность этих устройств заключается в сочетании целого ряда функций (например, сканирование и печать или печать и брошюровка печатных копий, и т.д.) по автоматизации действий пользователя.
• 5. Устройства обработки информации. Главным устройством вычислительной машины является микропроцессор, обеспечивающий в наиболее общем случае управление всеми устройствами и обработку информации. Для решения специфических задач, например, математических вычислений современные персональные компьютеры оснащаются сопроцессорами.

Программное обеспечение(ПО) - совокупность программ, позволяющая организовать решение задач на компьютере ПО и архитектура машины образуют комплекс взаимосвязанных и разнообразных функциональных средств, определяющих способность решения того или иного класса задач. Важнейшими классами ПО являются системное и специальное (прикладное), представленное пакетами прикладных программ (ППП).

Программы автоматизации управленческой деятельности организаций. Но любая программная система, претендующая на комплексное решение задачи управления предприятием, независимо от полноты реализованной функциональности, нуждается в связи с внешним миром - другими программами и программными системами. Функции, специфичные для отдельных предприятий, взаимодействие с унаследованными программами, специфические способы представления информации - вот области, где может потребоваться взаимодействие различных программ.

Программы используемые на предприятии: ППО "Территория", АРМ "Территория"

ППО "Территория".Данная программа в значительной степени позволяет увеличить темпы и качество обработки заявлений при оказании государственных электронных услуг. В 2010 году принято 1,5 тысячи заявлений, из которых было отклонено 40%. В то время как в 2011 году обработано порядка 5,5 тысяч электронных заявлений, из которых отклонено менее 5%. Данные цифры свидетельствуют об увеличении электронной грамотности граждан, а также об эффективности программы "Территория". Данная программа позволит ФМС России и региональным УФМС полностью перейти на автоматизированный процесс оказания услуг по оформлению миграционной документации.

АРМ "Территория".Программа АРМ "Территория" предназначена для составления документации. Территория предназначена для введения баз, ввода информации о людях (даты рождения, места проживания, фамилию, имя, отчество и многое другое) для переезда в город.

Требования к автоматизированным рабочим местам (АРМ) для работы с ППО "Территория".

Минимальные требования к ПК для работы с ППО "Территория"

При использовании версий Windows работа с ППО возможна в полном объеме.

Процессор: IntelPentium 4 или более поздней версии

Объем памяти: от 512 Mb

Операционная система: Windows XP с пакетом обновления 2 или более поздней версии; WindowsVista; Windows 7

Допустимые конфигурации без возможности печати на спецпринтере:

Процессор: Intel

Объем памяти: от 512 Mb

Свободное дисковое пространство: от 1 ГБ

Операционная система: Mac OS X 10.5.6 или более поздней версииLinux

Процессор: IntelPentium 3/Athlon 64 или более поздней версии

Объем памяти: от 512 Mb

Свободное дисковое пространство: от 1 ГБ

Операционнаясистема: Ubuntu 10.04+; Debian 6+; OpenSUSE 11.3+; Fedora Linux 14

Тема 1.2. Общая характеристика и классификация технических средств информатизации.

План:

Технические средства информатизации – аппаратный базис информационных технологий.

Классификация ТСИ.

1 . Технические средства информатизации – аппаратный базис информационных технологий.

В процессе своего развития человеческое общество прошло этапы проникновения в тайны материи, научилось управлять различными видами энергии и, наконец, вступило в эпоху информатизации. До середины XIX в., когда доминирующими были процессы сбора и накопления информации, средства информатизации представляли собой перо, чернильницу и бумагу. На смену примитивным средствам информационной техники в конце XIX в. пришли механические: пишущая машинка, телефон, телеграф, что послужило базой для принципиальных изменений в технологии обработки информации. Лишь спустя много лет информационные процессы запоминания и передачи информации были дополнены процессами ее обработки. Это стало возможным с появлением во второй половине XX в. такой информационной техники, как электронные вычислительные машины (ЭВМ), положившие начало информационным технологиям.

Информационные технологии базируются на следующих технических достижениях:

новые средства накопления информации на машиночитаемых носителях (магнитные ленты, кинофильмы, магнитные и лазерные диски и т.п.);

системы дистанционной передачи информации (локальные вычислительные сети, сети передачи данных, телефонная сеть, радиосвязь, спутниковая связь и др.);

автоматизированная обработка информации с помощью компьютера по заданным алгоритмам.

Естественно, что информационные технологии строятся на сочетании аппаратных средств, программных средств и творческой мысли создателей как этих средств, так и компьютерных технологий.

Специалисты называют аппаратные средства компьютерной техники Hardware (скобяные товары или жесткая проволока), а программное обеспечение - Software (мягкая проволока). Сочетание «Hardware&Software», переводимое как «твердый и мягкий», - профессиональный термин. В России программы на профессиональном сленге иногда называют новым словом «софтвер», а компьютер и периферию - «железом». Приоритетность роли программных или аппаратных средств в информационных технологиях не подлежит обсуждению, поскольку без программного обеспечения любой самый совершенный компьютер представляет собой набор электронных плат.

Технические средства информатизации представляют собой совокупность компьютерной техники и ее периферийных устройств - Hardware, обеспечивающих сбор, хранение и переработку информации, и коммуникационной техники (телефон, телеграф, радио, телевидение, спутниковая связь, сети ЭВМ), осуществляющей дистанционную передачу информации.

Создание электронно-вычислительных машин в середине XXв. является одним из самых выдающихся достижений в истории человечества. Постоянное развитие индустрии компьютерной техники и других технических средств информатизации за короткий срок превратилось в один из определяющих факторов научно-технического прогресса. Многие крупные научно-технические проекты современности в области космических исследований, атомной энергетики, экологии не могли бы претворяться в жизнь без применения технических средств информатизации. На протяжении последних десятилетий информационные технологии, базирующиеся на современных технических средствах информатизации, все активней вторгаются в различные сферы человеческой деятельности. Несомненна тесная взаимосвязь совершенствования программного обеспечения, технических средств информатизации и наукоемких технологий, на базе которых они производятся. Разработка нового программного обеспечения требует создания все более совершенных технических средств, что, в свою очередь, стимулирует разработку новых высокопроизводительных и экономичных технологических процессов для производства технических средств информатизации.

2 . Классификация ТСИ.

Современные технические средства информатизации в общем случае можно представить в виде информационно-вычислительного комплекса, содержащего собственно компьютер с его основными устройствами, а также дополнительные, или периферийные устройства. Классификация технических средств информатизации дана на рис. 1.1.

К числу основных устройств персонального компьютера , располагающихся в его системном блоке, относят материнскую плату, процессор, видеоадаптер (видеокарту), звуковую карту, средства обработки видеосигнала, оперативную память, TV-тюнер. В системном блоке располагаются также приводы и дисководы для накопителей информации различных типов: на гибких и жестких дисках, компакт-дисках типа CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.

Все разнообразие функций, выполняемых периферийными устройствами при решении различных задач, можно разделить на несколько групп, как показано на рис. 1.1.

Устройства отображения информации служат для обработки видеоинформации и ее представления для визуального восприятия. Это прежде всего мониторы, изготовленные на базе широкого спектра современных технологий. Формирование объемных изображений осуществляется с помощью шлемов виртуальной реальности , 3D-очков и 3D-мониторов различного принципа действия. Для решения задач, связанных с демонстрацией информации на экране для большой аудитории, применяют оверхед-проекторы, жидкокристаллические панели и мультимедийные проекторы . Для обеспечения взаимосвязи между компьютером и устройством отображения информации служит видеоадаптер, выполняющий преобразование цифрового сигнала, циркулирующего внутри ПК, в аналоговые электрические сигналы, подаваемые на монитор. Для компьютерной обработки сигналов таких устройств, как телевизионный тюнер, видеомагнитофон, видеокамера, т. е. преобразования их из аналоговой в цифровую форму, применяют специальные средства обработки видеосигнала, например, видеобластер .

Звуковая и акустическая системы компьютера обеспечивают обработку и воспроизведение аудиоинформации.

Устройства ввода информации представляют собой совокупность устройств управления и ввода данных. Эти функции выполняют клавиатура, мышь, джойстик . Для ввода информации в ПК все более широко применяются световое перо, сканер, цифровая камера, дигитайзер . Особым разнообразием конструктивных решений отличаются сканеры. Они бывают планшетные, роликовые, барабанные, проекционные, ручные и многофункциональные.

Печатающие устройства (принтеры) служат для вывода на твердые, как правило, бумажные носители текстовой информации. По принципу действия принтеры весьма разнообразны: ударные, струйные, лазерные, светодиодные, термические. Для вывода графической информации в виде чертежей используют плоттеры. Функционирование пишущих блоков плоттеров основано на тех же принципах, что и принтеров, а по конструкции они подразделяются на планшетные и рулонные.

Средства телекоммуникаций предназначены для дистанционной передачи информации. К ним относятся пейджеры, радиотелефоны, персональные терминалы для спутниковой связи, обеспечивающие передачу звуковой и текстовой информации. Факсимильные аппараты, осуществляющие процесс дистанционной передачи изображения и текста, подразделяются на термографические, электрографические, струйные, лазерные, фотографические, электрохимические и электромеханические. Модемы в основном используются для обмена информацией между компьютерами через телефонную линию и конструктивно выполняются как внешними, функционирующими автономно, так и внутренними, встраиваемыми в аппаратуру.

Широко распространенными средствами работы с информацией на твердых носителях являются многочисленные устройства копировальной техники : электрографические, термографические, диазографические, фотографические, электронно-графические. Для уничтожения конфиденциальной информации на твердых носителях используются специальные устройства - шреддеры .

Контрольные вопросы:

Что принято за единицу измерения количества информации?

Какие единицы измерения информации вам известны, их соотношение?

Каким образом можно измерить количество информации? Привести формулы, связывающие между собой количество возможных исходов N и количество информации I

Как кодируются символы текста?

Какие существуют кодировки русских букв?

Чем различаются существующие кодировки русских букв?

В чем разница между традиционными 8-битными кодировками и новой кодировкой Unicode?

От каких параметров зависит качество двоичного кодирования звука?

Каким образом производится двоичное кодирование графической информации?

Что входит в состав технических средств информатизации?

Привести классификацию ТСИ.

Упражнения.

Упражнение 1.

1). Какое количество информации получит второй игрок в игре «Угадай число», если первый игрок загадал число: 32, 128?

2). Какое количество информации необходимо для кодирования одной точки изображения при палитре из 16 цветов?

Упражнение 2.

Используя Таблицу символов, запишите последовательность десятичных числовых кодов в кодировке Windows (CP1251) для слова компьютер.

Упражнение 3.

Используя Таблицу символов, а затем Калькулятор, запишите последовательность двоичных числовых кодов в кодировке Windows (СР1251) для слова бит.

Упражнение 4.

Используя Блокнот, определите, какие слова в кодировке Windows (СР1251) заданы последовательностями числовых кодов:

225, 224, 233, 242

11011101,11000010,11001100

Упражнение 5.

Используя Блокнот, определите, какие слова в кодировке MS-DOS (СР866) заданы последовательностями числовых кодов:

161, 160, 169, 226

10011101, 10000010, 10001100

Упражнение 6.

В последнее время начал использоваться графический режим с глубиной цвета 32 бит Определите:

1). Какое количество цветов отображается на экране при этой глубине цвета?

2). Какой объем видеопамяти необходим для реализации данной глубины цвета при различных разрешающих способностях экрана?

Упражнение 7.

1). Какое количество уровней звукового сигнала кодируется в устаревших 8-битных звуковых картах?

2). Рассчитайте объем моноаудиофайла длительностью 10 секунд при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 44 Кгц.

Раздел 2. Технические характеристики современных компьютеров.

Тема 2.1. Общие сведения об электронных вычислительных машинах (ЭВМ).

План:

Важнейшие этапы истории вычислительной техники.

Устройство и принцип действия ЭВМ.

Классификация ЭВМ.

1. Важнейшие этапы истории вычислительной техники

Создание электронно-вычислительных машин в середине XXв. по праву относят к числу самых выдающихся достижений в истории человечества. Вычислительная техника расширила интеллектуальные возможности человека и превратилась в один из решающих факторов научно-технического прогресса. При этом ее развитие неразрывно связано с развитием техники и технологии в ряде промышленных отраслей.

История использования механических и полуавтоматических средств для арифметических операций насчитывает не одно тысячелетие. Первые вычислительные устройства были созданы еще в Древней Греции. В 1642 г. французский математик Блез Паскаль (1623- 1662) создал механический арифмометр , позволявший выполнять четыре арифметических действия. Немецкий философ и математик Готфрид Вильгельм фон Лейбниц (1646-1716) изобрел механическую счетную машину , выполняющую сложение и умножение. Англичанин Чарльз Бэббидж (1792-1871) разработал концепцию вычислительной машины с гибкой схемой программирования и запоминающим устройством. Программы вводились с помощью перфокарт - карточек из плотного материала, на которых информация представлялась в виде комбинации отверстий и хранилась в «складе» (памяти) в виде исходных данных и промежуточных результатов.

Наиболее стремительным и последовательным развитием и внедрением вычислительных устройств ознаменовалась первая половина XX в. Возможность создания универсальной вычислительной машины обосновал английский математик Алан Мати-сон Тьюринг (1912-1954).

В 1943 г. американец Говард Эйкен на основе уже созданных к этому времени электромеханических реле сконструировал и изготовил на одном из предприятий фирмы IBM вычислительную машину, названную «Марк-1».

Применение электронных ламп при создании первых вычислительных машин способствовало прогрессу в этой области. В 1946 г. в США группой специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта была создана первая вычислительная машина на основе электронных ламп , названная ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer - электронный числовой интегратор и вычислитель) и предназначенная для баллистических расчетов. Для выполнения других вычислений требовалось практически заново перестраивать машину.

В 1949 г. был создан компьютер, в котором нашли воплощение принципы построения логической схемы вычислительной машины выдающегося математика Джона фон Неймана (1903-1957). Эта машина использовала гибкую запоминаемую программу, которую можно было изменять, не перестраивая всей машины.

Компьютеры на электронных лампах были громоздкими и стоили очень дорого, поэтому были доступны только крупным компаниям и учреждениям.

Изобретение в 1948 г. транзисторов , заменивших в компьютерах электронные лампы, развитие технологии их массового производства способствовали во второй половине 1950-х гг. существенному усовершенствованию, уменьшению размеров компьютеров и снижению их стоимости. Если компьютеры на электронных лампах занимали целые залы, то первый мини-компьютер, выпущенный фирмой Digital Equipment в 1965 г., был размером всего лишь с холодильник.

Следующий шаг по пути миниатюризации и совершенствования компьютеров был связан с изобретением интегральных схем . В 1959 г. Роберт Нойс , впоследствии основатель фирмы Intel, предложил создавать на одной пластине как сами транзисторы, так и все соединения между ними, так называемые интегральные схемы, или чипы . Первый компьютер на интегральных схемах выпустила в 1968 г. фирма Burroughs . В 1970 г. конструкторы фирмы Intel создали интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ. Первый микропроцессор был способен одновременно обрабатывать только 4 бита информации. Но уже в 1973 г. был выпущен 8-битовый микропроцессор Intel-8008 , а в 1974 г. - усовершенствованный вариант Intel-8080, который до конца 1970-х гг. стал стандартом для индустрии микрокомпьютеров. На базе Intel-8080 в 1975 г. был создан первый коммерчески распространяемый компьютер «Альтаир 8800» , еще не укомплектованный клавиатурой и монитором, с оперативной памятью 256 байт. Персональный компьютер «Альтаир» завоевал популярность благодаря тому, что Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Microsoft) создали для него интерпретатор языка Basic , что позволило пользователям достаточно просто общаться с компьютером. Компьютеры стали продаваться уже в полной комплектации, с клавиатурой и монитором. Спрос на них год от года увеличивался.

В 1979 г. фирма IBM (International Business Machine Corporation) вышла на рынок персональных компьютеров . При этом было решено не создавать принципиально новый персональный компьютер, а использовать блоки, изготовленные другими фирмами. В качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel-8088 с емкостью памяти 1 Мб, использовались комплектующие различных фирм, а программное обеспечение было поручено разработать небольшой тогда фирме Microsoft . В августе 1981 г. состоялась официальная презентация нового компьютера под названием IBM PC, который быстро занял ведущее место на рынке, став стандартом персонального компьютера. Сейчас компьютеры, совместимые с IBM PC, составляют более 90% всех производимых в мире персональных компьютеров.

Популярность компьютеров IBM PC обусловлена тем, что фирма IBM при разработке руководствовалась принципом открытой архитектуры , т.е. изначально сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность изменять его конфигурации из отдельных компонентов в зависимости от круга решаемых задач.

Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов построения ЭВМ, реализующих программное управление работой и взаимодействие основных ее функциональных узлов.

Общие принципы построения ЭВМ, которые относятся к архитектуре:

структура памяти ЭВМ;

способы доступа к памяти и внешним устройствам;

возможность изменения конфигурации компьютера;

система команд;

форматы данных;

организация интерфейса.

Архитектура регламентирует не все связи составных частей вычислительного средства, а наиболее важные, необходимые для более эффективного использования. Архитектуру вычислительного средства следует отличать от его структуры.

Структура вычислительного средства определяет его конкретный состав на некотором уровне детализации (устройства, блоки, узлы и т.д.) и описывает связи внутри системы.

В соответствии с принципом открытой архитектуры на основной электронной плате компьютера IBM PC (системной, или материнской, плате) размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации (вычисления). Схемы, управляющие всеми остальными (периферийными) устройствами компьютера, - монитором, дисками, принтером и т.д., реализованы на отдельных платах (контроллерах), которые вставляются в стандартные разъемы на системной плате - слоты. К этим электронным схемам подводится электропитание из единого блока питания, а для удобства и надежности все это заключается в общий корпус - системный блок. Открытость архитектуры заключается в том, что для IBM PC-совместимых компьютеров все спецификации взаимодействия внешних устройств с контроллерами, контроллеров с системной платой (шиной) доступны. Основные этапы развития IBM PC-совместимых компьютеров и периферийных устройств даны в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Основные этапы развития IBM PC-совместимых компьютеров и периферийных устройств

Год появления	Компоненты ПК и периферийные устройства
	Процессор 8086 Память DRAM объемом 64 Кбайт Накопитель (FDD) на гибких дисках 5,25" емкостью 160 байт
	Процессор 8088
	Винчестер (HDD) емкостью 10 Мбайт Мониторы стандарта CGA Мониторы стандарта MDA
	Процессор 80286 Магнитооптические накопители Привод CD-ROM Игольчатый принтер
	Лазерный принтер Струйный принтер
	Накопитель (FDD) на гибких дисках 5,25" емкостью 1,2 Мбайт Накопитель (FDD) на гибких дисках 3,5" емкостью 720 Кбайт Мониторы стандарта EGA Мышь
	Процессор 80386DX
	Накопитель (FDD) на гибких дисках 3,5" емкостью 1,4 Мбайт
	Винчестер (HDD) IDE Мониторы стандарта VGA
	Процессор 80386SX
	Процессор 80486DX Звуковая карта
	Мониторы стандарта SVGA
	Процессор 80486DX2
	Процессор Pentium 60
	Процессор 80486DX4
	Процессор Pentium Pro Память FPM DRAM Накопитель DVD
	Процессор EDO DRAM
	Процессор Pentium II Процессор Pentium MMX Память SDRAM Накопитель Zip
1998Технические средства информатизации . Сборник описаний... Учебно-методический комплекс Технические средства информатизации Технические средства информатизации Учебно-методический комплекс по дисциплине технические средства управления Учебно-методический комплекс Методические материалы Е.И.Гребенюк, Н.А.Гребенюк Технические средства информатизации . Учебник. М.:, издательский центр « ... применение Вывод Литература Гребенюк Е.И., Гребенюк Н.А. Технические средства информатизации . М, Академия, 2003, 272с. Бройдо... Информатизация современного общества и тесно связанная с ней информатизация образования характеризуются совершенствованием и массовым распространением информационных и телекоммуникационных технологий (ИКТ) Документ Образовании технических средств информатизации , программных средств , их содержательного наполнения. Первые из них - технические средства информатизации образования не... ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Методические указания По курсовому проектированию по дисциплине " Организационно правовое обеспечение информационной безопасности" для студентов специальностей 075200 " Компьютерная Методические указания Объект информатизации ; ОТСС - основные технические средства и системы; ВТСС - вспомогательные технические средства и системы; ТСОИ - техническое средство обработки информации...

Введение

В последнее время компьютеры и их возможности позволяют нам создавать более комфортные условия жизни - умный дом, к примеру, а также упрощать производственные процессы, сокращать трудозатраты и многое другое. Можно смело сказать, что наличие компьютеров в нашей жизни - это уже преимущество.

Любая целенаправленная деятельность человека в той или иной мере связана с процедурами обработки информации, которые могут быть как автоматизированными, так и нет…

Можно смело сказать, что наличие компьютеров в нашей жизни это большое преимущество.

Появление электронно-вычислительных машин положило начало кибернетическому направлению применения технических средств для повышения эффективности труда. Автоматизация явилась закономерным, но не простым продолжением механизации. Если механизация охватывает процессы получения, передачи, преобразования и использования энергии, то авто-матизация - процессы получения, передачи, преобразования и использования информации. Орудия труда выступают продолжением человеческой руки, а электронно-вычислительные машины продолжением человеческого мозга.

Практика профессионального модуля «Выполнение работ по одной или нескольким профессиям рабочих, должностям служащих (16199 «Оператор электронно-вычислительных и вычислительных машин»)» направлена на закрепление, расширение, углубление и систематизацию знаний, полученных при изучении информатики на первом курсе, приобретения первоначального практического опыта в ходе учебной практики на основе базы Нефтекамского машиностроительного колледжа, выполнение практических работ, направленных на подготовку к освоению будущей профессии, знакомства с аппаратным и программным обеспечением для профессиональной деятельно-сти.

По завершению учебной практики должны быть приобретены навыки работы с пакетом прикладных программ Microsoft Office Word, Microsoft Office Excel, Microsoft Office Publisher и Point, понимать значимость информатизации общества и автоматизации вычислительных машин, знать должностные инстру-кции оператора электронно-вычислительных и вычислительных машин.

Аппаратное и программное обеспечение

Технические средства информатизации – аппаратный базис информа-ционных технологий.

В процессе своего развития человеческое общество прошло этапы про-никновения в тайны материи, научилось управлять различными видами энергии и, наконец, вступило в эпоху информатизации. До середины XIX в., когда доминирующими были процессы сбора и накопления информации, средства информатизации представляли собой перо, чернильницу и бумагу. На смену примитивным средствам информационной техники в конце XIX в. пришли механические: пишущая машинка, телефон, телеграф, что послужило базой для принципиальных изменений в технологии обработки информации. Лишь спустя много лет информационные процессы запоминания и передачи информации были дополнены процессами ее обработки. Это стало возможным с появлением во второй половине XX в. такой информационной техники, как электронные вычислительные машины (ЭВМ), положившие начало информационным технологиям.

Информационные технологии базируются на следующих технических достижениях:

Новые средства накопления информации на машиночитаемых носителях (магнитные ленты, кинофильмы, магнитные и лазерные диски и т.п.);

Системы дистанционной передачи информации (локальные вычислительные сети, сети передачи данных, телефонная сеть, радиосвязь, спутниковая связь и др.);

Автоматизированная обработка информации с помощью компью-тера по заданным алгоритмам.

Естественно, что информационные технологии строятся на сочетании аппаратных средств, программных средств и творческой мысли создателей как этих средств, так и компьютерных технологий.

Специалисты называют аппаратные средства компьютерной техники Hardware (скобяные товары или жесткая проволока), а программное обеспе-чение - Software (мягкая проволока). Сочетание «Hardware&Software», переводимое как «твердый и мягкий», - профессиональный термин. В России программы на профессиональном сленге иногда называют новым словом «софтвер», а компьютер и периферию - «железом». Приоритетность роли программных или аппаратных средств в информационных технологиях не подлежит обсуждению, поскольку без программного обеспечения любой самый совершенный компьютер представляет собой набор электронных плат.

Технические средства информатизации представляют собой совокупность компьютерной техники и ее периферийных устройств - Hardware, обеспечивающих сбор, хранение и переработку информации, и коммуникационной техники (телефон, телеграф, радио, телевидение, спу-тниковая связь, сети ЭВМ), осуществляющей дистанционную передачу информации.

Создание электронно-вычислительных машин в середине XXв. является одним из самых выдающихся достижений в истории человечества. Постоянное развитие индустрии компьютерной техники и других технических средств информатизации за короткий срок превратилось в один из определяющих факторов научно-технического прогресса. Многие крупные научно-технические проекты современности в области космических исследований, атомной энергетики, экологии не могли бы претворяться в жизнь без при-менения технических средств информатизации. На протяжении последних десятилетий информационные технологии, базирующиеся на современных технических средствах информатизации, все активней вторгаются в различные сферы человеческой деятельности. Несомненна тесная взаимосвязь совершенствования программного обеспечения, технических средств информатизации и наукоемких технологий, на базе которых они производятся. Разработка нового программного обеспечения требует создания все более совершенных технических средств, что, в свою очередь, стимулирует раз-работку новых высокопроизводительных и экономичных технологических процессов для производства технических средств информатизации.

Технические средства информатизации

Программное обеспечение

Программное обеспечение (допустимо также произношение обеспече-ние) (ПО) - все или часть программ, процедур, правил и соответствующей документации системы обработки информации

Программное обеспечение является одним из видов обеспечения вычислительной системы, наряду с техническим (аппаратным), математи-ческим, информационным, лингвистическим, организационным и методиче-ским обеспечением.

Академические области, изучающие программное обеспечение, - это информатика, программирование, программная инженерия.

В компьютерном сленге часто используется слово софт от английского слова software, которое в этом смысле впервые применил в статье в American Mathematical Monthly математик из Принстонского университета Джон Тьюки (англ. John W. Tukey) в 1958 году

Аппаратное обеспечение

Аппаратное обеспечение (допустимо также произношение обеспечение), аппаратные средства, компьютерные комплектующие, жарг. железо (англ. Har-dware) - электронные и механические части вычислительного устройства, входящих в состав системы или сети, исключая программное обеспечение и данные (информацию, которую вычислительная система хранит и обраба-тывает). Аппаратное обеспечение включает: компьютеры и логические устро-йства, внешние устройства и диагностическую аппаратуру, энергетическое обо-рудование, батареи и аккумуляторы.

Операционные системы

Операционная система, сокр. ОС (англ. operating system, OS) - комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой стороны - предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычисли-тельными процессами и организации надёжных вычислений. Это определение применимо к большинству современных операционных систем общего назначения.

Основные функции:

― Исполнение запросов программ (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).

― Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).

― Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).

― Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе.

― Обеспечение пользовательского интерфейса.

― Сохранение информации об ошибках системы.

Дополнительные функции:

― Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).

― Эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами.

― Разграничение доступа различных процессов к ресурсам.

― Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа к ресурсам.

― Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.

― Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.

― Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа (аутентификация, авторизация).

Схема, иллюстрирующая место операционной системы в многоуровневой структуре компьютера

В логической структуре типичной вычислительной системы операцио-нная система занимает положение между устройствами с их микроархитекту-рой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропро-граммами - с одной стороны - и прикладными программами с другой.

Загрузчик операционной системы - системное программное обеспе-чение, обеспечивающее загрузку операционной системы непосредственно после включения компьютера.

Загрузчик операционной системы:

обеспечивает необходимые средства для диалога с пользователем компьютера (например, загрузчик позволяет выбрать операционную систему для загрузки);

приводит аппаратуру компьютера в состояние, необходимое для старта ядра операционной системы (например, на не-x86 архитектурах перед запуском ядра загрузчик должен правильно настроить виртуальную память);

загружает ядро операционной системы в ОЗУ. Загрузка ядра опера-ционной системы не обязательно происходит с жесткого диска. Загрузчик может получать ядро по сети. Ядро может храниться в ПЗУ или загружаться через последовательные интерфейсы (это может пригодиться на ранней стадии отладки создаваемой компьютерной системы);

формирует параметры, передаваемые ядру операционной системы (например, ядру Linux передаются параметры, указывающие способ подклю-чения корневой файловой системы);

передаёт управление ядру операционной системы.

На компьютерах архитектуры IBM PC запуск загрузчика осуществляется программным обеспечением BIOS, записанной в ПЗУ компьютера, после успешного окончания процедуры POST.

Ядро - центральная часть операционной системы (ОС), обеспечиваю-щая приложениям координированный доступ к ресурсам компьютера, таким как процессорное время, память, внешнее аппаратное обеспечение, внешнее устройство ввода и вывода информации. Также обычно ядро предоставляет сервисы файловой системы и сетевых протоколов.

Как основополагающий элемент ОС, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмов меж процессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС.

Описанная задача может различаться в зависимости от типа архи-тектуры ядра и способа её реализации (монолитное, модульное, микроядро, экзоядро, наноядро, гибридное).

Оболочка операционной системы (от англ. shell - оболочка) - интер-претатор команд операционной системы, обеспечивающий интерфейс для взаимодействия пользователя с функциями системы.

В общем случае, различают оболочки с двумя типами интерфейса для взаимодействия с пользователем: текстовый пользовательский интерфейс (TUI) и графический пользовательский интерфейс (GUI).

Графические оболочки для Windows

Последние версии операционной системы Windows используют в качестве своей оболочки интегрированную среду Проводника Windows. Проводник Windows представляет собой визуальную среду управления включающую в себя Рабочий стол, Меню Пуск, Панель задач, а также функции управления файлами. Ранние версии Windows 3.xx в качестве графической оболочки включают менеджер программ.

Драйвер (англ. driver, мн. ч. драйверы) - компьютерная программа, с помощью которой другие программы (обычно операционная система) получают доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства. Обычно с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Однако для некоторых устройств (таких, как видеокарта или принтер) могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства.

В общем случае драйвер не обязан взаимодействовать с аппаратными устройствами, он может их только имитировать (например, драйвер принтера, который записывает вывод из программ в файл), предоставлять программные сервисы, не связанные с управлением устройствами

Операционные системы нужны, если:

― вычислительная система используется для различных задач, причём программы, решающие эти задачи, нуждаются в сохранении данных и обмене ими. Из этого следует необходимость универсального механизма сохранения данных; в подавляющем большинстве случаев операционная система отвечает на неё реализацией файловой системы. Современные системы, кроме того, предоставляют возможность непосредственно «связать» вывод одной программы со вводом другой, минуя относительно медленные дисковые операции;

― различные программы нуждаются в выполнении одних и тех же рутинных действий. Например, простой ввод символа с клавиатуры и отображение его на экране может потребовать исполнения сотен машинных команд, а дисковая операция - тысяч. Чтобы не программировать их каждый раз заново, операционные системы предоставляют системные библиотеки часто используемых подпрограмм (функций);

― между программами и пользователями системы необходимо распределять полномочия, чтобы пользователи могли защищать свои данные от несанкционированного доступа, а возможная ошибка в программе не вызывала тотальных неприятностей;

― необходима возможность имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере (даже содержащем лишь один процессор), осуществляемой с помощью приёма, известного как «разделение времени». При этом специальный компонент, называемый планировщиком, делит процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочерёдно различным исполняющимся программам (процессам);

― оператор должен иметь возможность так или иначе управлять процессами выполнения отдельных программ. Для этого служат операционные среды - оболочка и наборы утилит - они могут являться частью операционной системы.

3 Организация системы Ввода/Вывода

Передача информации с периферийного устройства в ядро ЭВМ называется операцией "ввода", а передача из ядра в периферийное устройство операцией "вывода". Связь устройств друг с другом осуществляется с помощью средств сопряжения – аппаратных интерфейсов.

Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов (протоколов), предназначенных для осуществления обмена информации между устройствами.

От характеристик интерфейсов зависит производительность и надежность компьютерных систем. В системах Ввода/Вывода ЭВМ исполняются 2 основных способа организации передачи данных между памятью и периферийными устройствами:

1 PIO (программно-управляемая передача данных) осуществляется при непосредственном участии и под управлением CPU, которое при этом выполняет специальную программу процедуры Ввода/Вывода. Данные между памятью и периферийным устройством пересылаются через CPU.

2. DMA (прямой доступ памяти Direct Memory Access) – способ обмена данными, обеспечивающий независимую от процессора передачу данных между памятью и периферийными устройствами.

Режим DMA обеспечивает более высокую скорость обмена данными за счет того, что управление обменом производится не программными, а аппаратными средствами. Можно выделить 2 характерных принципа постро-ения Ввода/Вывода: это ЭВМ с одним общим интерфейсом и ЭВМ с множеством интерфейсов и процессорами Ввода/Вывода.

Классы интерфейсов по функциональному назначению:

Системные интерфейсы (PCI, IDE);

Интерфейсы периферийного оборудования (LPT, USB):

б) специализированные.

Программно-управляемых модульных систем и приборов;

Интерфейсы сетей передачи данных.

Внутренние интерфейсы чаще носят название шина. Внешние интерфейсы часто называют портами. Шины могут соединять 2 и более устро-йств, а порты только 2 устройства.

Интерфейсы ЦПУ конструктивно выполняются в виде двух модифи-каций:

Слотовый (щелевой) разъем;

Таким образом, любой компонент, вставленный в разъем может вза-имодействовать с каждым подключенным к шине компонентом ПК. Шина представляет собой набор проводников, соединяющий различные компоненты компьютера для подвода к ним питания и обмена данными.

В типовой конфигурации шина включает в себя:

Шина данных;

Шина адреса;

Шина управления (шина инструкции);

Шина питания.

Обычно системы включают два типа шин:

1. системная шина соединяет CPU c RAM и L2;

2. множество шин Ввода/Вывода, соединяющих CPU с различными перифе-рийными устройствами. При этом, периферийные устройства соединяются с системной шиной с помощью мостов.

Системная шина физически делится на:

1. первичная шина (FSB);

2. вторичная шина (BSB).

Использование двойной независимой шины повышает производи-тельность за счет независимой шины процессора параллельно обращаться к различным уровням памяти. Устройство, подключенное в шине, делится на две категории:

1. Bus masters – активные устройства, способные управлять работой шины;

2. Bus Slaves – устройства, способные только отвечать на запросы.

I. Средства, влияющие на гемостаз. Кафедра общей и клинической фармакологии

II. Библиографические указатели. 1. Достоевская А. Г. Библиографический указатель сочинений и произведений искусства, относящихся к жизни и деятельности Достоевского

II. Выпишите из текста предложения, подтверждающие следующие высказывания. a) Настает время, когда люди с трудом будут добираться на работу из-за простаивания в “пробках” и малоэффективности автомобилей

II. Выпишите из текста предложения, подтверждающие следующие высказывания. a) Настанет время, когда получение промышленных материалов в космосе станет обычным делом

Вычислительные машины, системы, сети и комплексы

Технические средства информатизации - это совокупность систем, машин, приборов, механизмов, устройств и прочих видов оборудования, предназначенных для автоматизации различных технологических процессов информатики, причем таких, выходным продуктом которых является информация (данные), используемые для удовлетворения информационных потребностей в разных областях деятельности общества.

Все технические средства информатизации в зависимости от выполняемых функций можно разделить на шесть групп:

• 1. Устройства ввода информации:
  • - Текста
  • - Местоуказания (мышь, световое перо, трекбол, графический планшет, джойстик)
  • - Мультимедиа (графика (сканер и цифровая фотокамера), звук (магнитофон, микрофон), видео (веб-камера, видеокамера))
• 2. Устройства вывода информации:
  • - Текста (монитор);
  • - Мультимедиа (графика (принтер, плоттер), звук (наушники, акустические системы), видео (видеомагнитофон, видеокамера))
• 3. Устройства обработки информации:
  • - Микропроцессор
  • - Сопроцессор
• 4. Устройства передачи и приема информации:
  • - Модем
  • - Сетевая карта
• 5. Многофункциональные устройства:
  • - Устройства копирования
  • - Устройства размножения
  • - Издательские системы
• 6. Устройства хранения информации

Как следует из приведенной выше классификации, большая часть современных технических средств информатизации в той или иной мере связана с ЭВМ - персональными компьютерами (ПК).

Устройства ввода и вывода являются непременным и обязательным элементом любой ЭВМ, начиная с самой первой и заканчивая современными ПК, поскольку именно эти устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с вычислительной системой.

Все устройства ввода / вывода персонального компьютера относятся к периферийным устройствам , т.е. подключаемым к микропроцессору через системную шину и соответствующие контроллеры . На сегодняшний день существуют целые группы устройств (например, устройства местоуказания, мультимедиа), которые обеспечивают эффективную и удобную работу пользователя.

Главным устройством вычислительной машины является микропроцессор , обеспечивающий в наиболее общем случае управление всеми устройствами и обработку информации. Для решения специфических задач, например, математических вычислений современные персональные компьютеры оснащаются сопроцессорами. Эти устройства относятся к устройствам обработки информации .

Устройства передачи и приема информации (или устройства связи) являются непременными атрибутами современных информационных систем, которые все больше приобретают черты распределенных информационных систем, в которых информация хранится не в одном месте, а распределена в пределах некоторой сети.

Модем (модулятор-демодулятор) - устройство, преобразующее информацию в такой вид, в котором ее можно передавать по телефонным линиям связи. Внутренние модемы имеют PCI-интерфейс и подключаются непосредственно к системной плате. Внешние модемы подключаются через порты COM или USB.

Сетевой адаптер (сетевая плата) - электронное устройство, выполненное в виде платы расширения (может быть интегрирован в системную плату) с разъемом для подключения к линии связи.

Устройства хранения информации занимают не последнее место среди всех технических средств информатизации, поскольку используются для временного (непродолжительного) или длительного хранения обрабатываемой и накапливаемой информации.

Многофункциональные устройства стали появляться сравнительно недавно. Отличительная особенность этих устройств заключается в сочетании целого ряда функций (например, сканирование и печать или печать и брошюровка печатных копий, и т.д.) по автоматизации действий пользователя.

Вычислительная машина, счётная машина - механизм, электромеханическое или электронное устройство, предназначенное для автоматического выполнения математических операций.

В последнее время, это понятие чаще всего ассоциируется с различными видами компьютерных систем. Тем не менее, вычислительные механизмы появились задолго до того, как заработал первый компьютер.

Ещё в 1623 году немец Вильгельм Шиккард (нем. Wilhelm Schickard) создал так называемые «Считающие часы», которые сегодня принято считать первым автоматическим калькулятором. В письмах к Иоганну Кеплеру Шикард объяснял, как можно использовать его машину для расчёта астрономических таблиц. Машина Шикарда умела складывать и вычитать шестизначные числа, оповещая звонком о переполнении. Более сложные вычисления выполнялись с помощью набора костяшек Непера, установленного на корпусе механизма. Оригинал машины был потерян при пожаре ещё до начала двадцатого столетия. В 1960 году на основе сохранившихся чертежей была построена копия этого вычислителя, подтвердившая его существование и работоспособность.

В 1642 году машину, помогающую в сложении чисел изобрёл французский учёный Блез Паскаль. «Паскалина», как назвал свою конструкцию изобретатель, представляла собой механическое устройство в виде ящичка, наполненного многочисленными шестерёнками. Складываемые числа вводились в машину за счёт соответствующего поворота наборных колёсиков. На каждом из этих колёсиков, соответствовавших одному десятичному разряду, были нанесены деления с цифрами от 0 до 9. При вводе числа колёсики прокручивались до соответствующей цифры. При завершении полного оборота избыток над цифрой 9 переносился на соседний разряд (на 1 позицию сдвигалось соседнее колесо) и так далее. «Машина Паскаля» позволяла выполнять не только сложение, но и другие операции, однако при этом требовала применения довольно неудобной процедуры повторных сложений.

В 1673 году другой известный учёный - Готфрид Вильгельм Лейбниц изготовил механический калькулятор, позволявший легко выполнять вычитание, умножение и деление.

1723 год - немецкий математик и астроном Христиан Людвиг Герстен на основе работ Лейбница создал арифметическую машину. Машина высчитывала частное и произведение (за счёт последовательно выполняемых операций сложения). Кроме того, в ней была предусмотрена возможность контроля за правильностью ввода данных.

В 1820 году француз Тома де Кальмар наладил промышленный выпуск арифмометров.

Разработанная в 1823 году разностная машина англичанина Чарльза Бэббиджа предназначалась для расчётов математических таблиц.

Изучение работ Бэббиджа и его советы помогли шведскому изобретателю Перу Георгу Шойцу (швед. Georg Scheutz), начиная с 1854 года, построить несколько разностных машин, а в 1859 году даже продать одну из них канцелярии английского правительства.

Ещё одна «Разностная машина», построенная вскоре Мартином Вибергом (швед. Martin Wiberg), также была в своей основе улучшенной версией машины Чарльза Бэббиджа и использовалась для расчёта и публикации печатных логарифмических таблиц.

К 1890 году американцем Германом Холлеритом была разработана электрическая табулирующая система, которая использовалась в переписях населения США в 1890 и 1900 годах.

В 1938 году немецкий инженер Конрад Цузе на квартире родителей построил свою первую машину, названную Z1. Это была пробная модель полностью механической программируемой цифровой вычислительной машины. В том же году Цузе приступил к созданию машины Z2. А в 1941 году Цузе создаёт первую вычислительную машину, обладающую всеми свойствами современного компьютера Z3.

Вычислительные системы

СОД (система обработки данных), настроенная на решение задач, конкретной области применения, называется вычислительной системой. Вычислительная система включает в себя технические средства и программное обеспечение, ориентированные на решение определенной совокупности задач. Существует два способа ориентации. Во-первых, вычислительная система может строиться на основе ЭВМ или вычислительного комплекса общего применения и ориентация системы обеспечивается за счет программных средств - прикладных программ и, возможно, операционной системы. Во-вторых, ориентация на заданный класс задач может достигаться за счет использования специализированных ЭВМ и вычислительных комплексов. В этом случае удается при умеренных затратах оборудования добиться высокой производительности. Специализированные вычислительные системы наиболее широко используются при решении задач векторной и матричной, алгебры, а также связанных с интегрированием дифференциальных уравнений, обработкой изображений, распознаванием образов и т.д.

Вычислительные системы, построенные на основе специализированных комплексов, начали интенсивно разрабатываться с конца 60-х годов. В таких системах использовалась процессоры со специализированными системами команд, конфигурация комплексов жестко ориентировалась на конкретный класс задач. В последнее десятилетие начались исследования и разработки адаптивных вычислительных систем, гибко приспосабливающихся к решаемым задачам. Адаптация вычислительной системы с целью приспособления ее к структуре реализуемого алгоритма достигается за счет изменения конфигурации системы. При этом соединения между процессорами, а также модулями памяти и периферийными устройствами устанавливаются динамически в соответствии с потребностями задач, обрабатываемых системой в текущий момент времени. В связи с этим адаптивные вычислительные системы иначе называются системами с динамической структурой. За счет адаптации достигается высокая производительность в широком классе задач и обеспечивается устойчивость системы к отказам. Поэтому адаптивные системы рассматриваются как одно из перспективных направлений развития систем обработки данных.

Вычислительные комплексы.

Начиная с 60-х годов для повышения надежности и производительности СОД, несколько ЭВМ связывались между собой, образуя многомашинный вычислительный комплекс.

В ранних многомашинных комплексах связь между ЭВМ обеспечивалась через общие внешние запоминающие устройства - накопители на магнитных дисках (НМД) или магнитных лентах (НМЛ) (рис 1,1, а), т.е. за счет доступа к общим наборам данных. Такая связь называется косвенной и оказывается эффективной только в том случае, когда ЭВМ взаимодействуют достаточно редко, например, при отказе одной из ЭВМ или в моменты начала и окончания обработки данных. Более оперативное взаимодействие ЭВМ достигается за счет прямой связи через адаптер, обеспечивающий обмен данными между каналами ввода - вывода ЧКВВ) двух ЭВМ (рис. 1.1, б ) и передачу сигналов прерывания. За счет этого создаются хорошие условия для координации процессов обработки данных и повышается оперативность обмена данными, что позволяет вести параллельно процессы обработки и существенно увеличивать производительность СОД. В настоящее время многомашинные вычислительные комплексы широко используются для повышения надежности и производительности СОД.

В многомашинных вычислительных комплексах взаимодействие процессов обработки данных обеспечивается только за счет обмена сигналами прерывания и передачи данных через адаптеры канал - канал или общие внешние запоминающие устройства. Лучшие условия для взаимодействия процессов - когда все процессоры имеют доступ ко всему объему данных, хранимых в оперативных запоминающих устройствах (ОЗУ), и могут взаимодействовать со всеми периферийными устройствами комплекса. Вычислительный комплекс, содержащий несколько процессоров с общей оперативной памятью и периферийными устройствами, называется многопроцессорным. Принцип построения таких комплексов иллюстрируется рис. 1.2. Процессоры, модули оперативной памяти (МП) и каналы ввода-вывода, к которым подключены периферийные устройства (ПУ), объединяются в единый комплекс с помощью средств коммутации, обеспечивающих доступ каждого процессора к любому модулю оперативной памяти и каналу ввода-вывода, а также возможность передачи данных между последними. В многопроцессорном комплексе отказы отдельных устройств влияют на работоспособность СОД в меньшей степени, чем в многомашинном, т.е. многопроцессорные комплексы обладают большей устойчивостью к отказам. Каждый процессор имеет непосредственный доступ ко всем данным, хранимым в общей оперативной памяти, и к периферийным устройствам, что позволяет параллельно обрабатывать не только независимые задачи, на и блоки одной задачи.