В основе управления компьютером лежит

Обновлено: 06.07.2024

Архитектура компьютера, организация внутренней и внешней памяти, магистраль, принципы работы и конфигурация компьютера

Для того чтобы понимать возможности и ограничения, существующие при работе с компьютерами, и уметь автоматизировать информационные процессы, недостаточно знать, из каких функциональных устройств состоит компьютер. Необходимо иметь представление о структуре компьютера и понимать принципы организации работы компьютера. Говоря другими словами, необходимо иметь представление об архитектуре компьютера.

Архитектура компьютера — структура и принципы организации работы компьютера, рассматриваемые без особенностей их технической реализации.

Все информационные процессы в компьютере осуществляются автоматически под управлением программ, созданных программистами. Программы состоят из команд. Процессор выполняет последовательность команд, обрабатывает данные и управляет всеми устройствами компьютера автоматически.

Вся информация в компьютере (данные и программы) хранится, обрабатывается и передается с использованием двоичного кода. Иначе говоря, информация в компьютере кодируется последовательностью нулей и единиц.

Адрес ячейки (адрес байта) — порядковый номер ячейки (байта) внутренней памяти компьютера.

Адрес ячейки памяти, как и вся информация в компьютере, представлен с использованием двоичного кода. Количество ячеек (байтов) памяти, а значит, емкость внутренней памяти зависит от количества двоичных разрядов, используемых для кодирования адреса ячейки (байта). Например, если для кодирования адреса ячейки использовано 8 двоичных разрядов (8 битов), то можно закодировать 256 адресов ячеек (28 = 256). А поскольку каждая ячейка содержит 1 байт информации, то информационная емкость всех ячеек памяти, имеющих адреса, составит 256 байтов, нумеруемых с 0 по 255 (табл. 21).

Носители внешней памяти компьютера размечаются (форматируются) на секторы. Каждому сектору присваивается свой порядковый номер, который называется адресом сектора. Информационная емкость одного сектора, как правило, составляет 512 байтов. Поскольку информационная емкость одного сектора довольно мала, то соседние секторы могут быть объединены в кластеры. В зависимости от параметров разметки носителя один кластер может содержать 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 соседних секторов. Обращение к кластеру происходит по адресу — порядковому номеру кластера.

Данные и программы хранятся в памяти компьютера единообразно с использованием двоичного кода. Причем в одних и тех же ячейках или секторах памяти в разное время могут храниться как данные, так и программы. Учитывая это, говорят, что память компьютера однородна.

Взаимодействие всех устройств компьютера осуществляется через общий канал связи — магистраль, которую также называют системной шиной. По магистрали передаются команды и обрабатываемые данные, адреса ячеек памяти, где хранятся данные или команды, управляющие сигналы, координирующие работу устройств компьютера. Через магистраль процессор управляет и высокоскоростными (регистры процессора, оперативная память, кэш-память) и низкоскоростными (внешняя память, устройства ввода и вывода) устройствами компьютера. Взаимодействие с низкоскоростными устройствами, как правило, требует преобразования сигналов (например, из аналогового сигнала в цифровой сигнал) и выполнения определенных операций. Для того чтобы процессор не ждал, пока низкоскоростные устройства выполнят его команды, используются контроллеры, которые управляют работой таких устройств. Контроллеры частично выполняют функцию процессора, и в этом случае говорят уже не о процессоре, а о центральном процессоре и контроллерах.

Магистраль компьютера (системная шина компьютера) — совокупность проводников, связывающих центральный процессор и внутреннюю память с устройствами управления внешней памятью, устройствами ввода и вывода для передачи адресов ячеек памяти, данных, программ и служебных сигналов.

Основной характеристикой магистрали является ее разрядность, которая определяется количеством одновременно передаваемых битов информации. Разрядность магистрали напрямую связана с количеством двоичных разрядов, отводимых для кодирования адреса ячейки памяти, а значит, и с емкостью внутренней памяти компьютера. Разрядность магистрали должна быть согласована с разрядностью процессора.

Компьютер собирается из отдельных блоков (модулей) аналогично тому, как собирается игрушечный дом из кубиков детского конструктора. В компьютере можно заменять и добавлять блоки при условии их совместимости. Это не только не нарушит работу компьютера, но и, возможно, повысит его производительность или увеличит количество выполняемых им функций.

Таким образом, можно выделить следующие основные принципы, которые лежат в основе архитектуры как ранее разработанных, так и большинства современных компьютеров.

Принцип программного управления компьютером — компьютер автоматически управляется командами программы, которые понятны процессору.

Принцип двоичного представления данных и команд в компьютере — вся обрабатываемая информация (данные и команды программы) представляется с использованием двоичного кода, а значит, единообразно представляется в виде последовательности нулей и единиц.

Принцип адресности памяти компьютера — внутренняя память состоит из ячеек, каждая из которых имеет свой адрес, аналогично внешняя память состоит из секторов, каждый из которых также имеет свой адрес.

Принцип однородности памяти компьютера — обрабатываемые данные и исполняемые программы могут храниться в одной и той же памяти компьютера.

Принцип магистрально-модульного устройства компьютера — все устройства компьютера взаимодействуют через магистраль (системную шину), каждое устройство конструктивно выполнено в виде отдельного блока (модуля), который легко подключается или заменяется.

Принцип открытой архитектуры компьютера — каждый физически неисправный или устаревший по характеристикам блок можно заменить на новый блок без внесения изменений в конструкцию компьютера.

Говорят, что компьютеры, построенные с учетом этих принципов, имеют магистрально-модульную архитектуру (рис. 20).

Все устройства компьютера взаимодействуют через магистраль. Непосредственно к магистрали подсоединяются центральный процессор и основная память компьютера. Остальные устройства подключены к магистрали через контроллеры. Центральный процессор управляет всеми устройствами с помощью команд.

Устройства компьютера могут быть изготовлены как в виде отдельных элементов (например, мышь, клавиатура, видеоадаптер), так и конструктивно объединены в единый блок (например, жесткий диск состоит из самого носителя, накопителя на жестком ди ске и контроллера жесткого диска). Подсоединяя к магистрали наборы разных модулей, можно собирать компьютеры, различные по возможностям, характеристикам и составу устройств. Иначе говоря, можно получать компьютеры разной конфигурации.

Рис. 20. Магистрально-модульная архитектура компьютера

Конфигурация компьютера — совокупность взаимосвязанных устройств, составляющих компьютеры, и их основные технические характеристики.

Приведем пример конфигурации современного персонального компьютера: 32-разрядный центральный процессор с тактовой частотой 3,3 ГГц, оперативная память объемом 1 Гбайт с частотой работы 800 МГц, жесткий диск объемом 320 Гбайтов со скоростью вращения 7200 оборотов в минуту, кэш-память объемом 16 Мбайтов, видеопамять объемом 512 Мбайтов, накопитель DVD ± RW.

Для организации взаимодействия компьютеров в сети каждому компьютеру присваивается уникальный адрес. Так, например, в сетях Интернет и Интранет он называется IP-адрес (Ай Пи адрес). Поскольку IP-адрес состоит из 32 двоичных разрядов, то, используя их, можно закодировать адреса нескольких миллиардов компьютеров. Подключение компьютера к сети обеспечивается устройством ввода-вывода (сетевой картой), которое, с одной стороны, взаимодействует через контроллер с магистралью этого компьютера, а с другой — с компьютерной сетью.

Развитие архитектуры компьютера происходит в нескольких направлениях. Среди них основными являются параллельное выполнение нескольких операций и одновременное использование нескольких процессоров (многопроцессорных систем) в компьютере. Это позволит повысить быстродействие компьютеров и сделать работу человека более эффективной.

Собрать компьютер еще недостаточно, для его работы необходимо установить программное обеспечение. Инструменты для взаимодействия пользователя с ЭВМ сосредоточены в операционной системе. Операционная система представляет собой комплекс программ, которые осуществляют управление компьютером, организуют действия с файлами и каталогами, обеспечивают выполнение прикладных программ.

Программный принцип управления компьютером

В основе управления компьютером лежит программный принцип. Суть его заключается в том, что компьютер работает по заранее заданной программе, находящейся в его памяти. В конкретный момент времени выполняется задача активной программы, то есть той, что загружена в память компьютера в данный момент. Как только будет выполнена одна программа, в память загружается другая.

Программа представляет собой набор инструкций (команд), выполняемых в определенной логической последовательности. Программы позволяют реализовать различные пользовательские задачи, управляя работой аппаратурой компьютера.

Команды, из которых строиться программа, представлены в ЭВМ в числовом коде. Последовательность инструкций, которые выполняет компьютер, записанные по определенным правилам образуют машинный язык. Люди, которые пишут программы, именуются программистами.

Набор всех установленных в компьютере программ и приложений, называется программным обеспечением.

Первым программистом была женщина по имени Ада Лавлейс. Она жила в 19 веке и занималась математикой. Первая программа была написана для вычислительного устройства, разработанного английским изобретателем Чарльзом Бэббиджем.

Рис. 1. Аналитическая машина Чарльза Бэббиджа.

В зависимости от выполняемых задач программное обеспечение может быть:

Системное программное обеспечение

Системное программное обеспечение предназначено для управления работой аппаратуры компьютера. Главным видом системного программного обеспечения является операционная система (ОС).

Она предоставляет пользователю набор инструментов для взаимодействия с ЭВМ.

Средствами операционной системы организуется работа с файлами, выполнение прикладных программ, организация ввода и вывода данных.

На сегодняшний день широко используются ОС семейства Microsoft Windows, MacOs и Linux подобные системы.

Рис. 2. Логотипы операционных систем.

К классу системного программного обеспечения принадлежат также сервисные программы, используемые для обслуживания и диагностики компьютера и сетевого оборудования.

Прикладное программное обеспечение

Для выполнения различных практических задач пользователя используется прикладное программное обеспечение. С помощью него можно выполнять различные вычисления, создавать текстовые и графические документы. Прикладные программы также называют приложениями, к их числу относятся текстовые, графические, табличные редакторы, программы для создания презентаций.

В курсе информатики за 5 класс рассказано о возможностях мыши как основного устройства ввода для управления компьютером. На экране монитора мышь отображается обычно в виде стрелки, которая перемещается синхронно движению мыши. Эта движущаяся стрелка называется указателем мыши. Внешний вид указателя можно настроить через команду «Персонализация» контекстного меню рабочего стола операционной системы.

Мышью можно воздействовать на различные графические элементы интерфейса компьютерных программ. Современные приложения снабжены широким набором средств графического интерфейса.

Основными элементами графического интерфейса являются:

Командные кнопки
Поле для ввода текста
Выпадающие списки
Флажки
Переключатели

Рис. 3. Элементы графического интерфейса пользователя.

Первый графический интерфейс был придуман в 1960 году. Программа с первым графическим интерфейсом и позволяла рисовать на экране фигуры световым пером. Такой интерфейс сильно отличался от современных, интуитивно понятных графических оболочек компьютерных программ.

Что мы узнали?

Координация работы компьютера осуществляется на основе программного принципа, который заключается в последовательном выполнении команд программного кода. Программа представляет собой набор инструкций языка программирования. Программное обеспечение, используемое для организации работы аппаратуры компьютера, называется системным. Для решения пользовательских задач используется прикладное программное обеспечение. С помощью мыши можно воздействовать на программное обеспечение через графический интерфейс.

В управлении компьютерами одно из последних достижений и уже часть нашей жизни – роботы. Робот-пылесос, робот-кентавр для спасения людей, беспилотник, летающий робот с интеллектом для космической станции, робот-медуза для исследования морских глубин. Все это уже реальность!

Летающий робот с интеллектом для космической станции

Известно, что роботы выполняют работу самостоятельно. Однако, для выполнения всех действий необходимы программы. Составляет их человек.

Под управлением какой программы работает любой компьютер? Управление компьютером осуществляется операционной системой. А все, что умеет делать компьютер, зависит от программ, которые на нем установлены. Чтобы пользоваться компьютером, нужно научиться пользоваться программами.

Изучим это более подробно.

Операционная система, ее назначение, функции, виды

Системное программное обеспечение или операционная система (OC) загружается когда ты включаешь компьютер. Операционная система - это пакет программ, благодаря которым человек дает команды компьютеру. Назначение операционной системы заключается в обеспечении совместного функционирования всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.

Основными функциями операционной системы являются следующие:

осуществление запуска программ;
управление оперативной памятью;
управление устройствами компьютера;
управление внешней памятью;
управление запущенными на компьютере задачами;
обработка вводимых команд.

Виды операционных систем: Windows, MacOS и Linux.
В настоящее время операционной системой общепризнанного стандарта является Windows. Она подходит для любых компьютеров. Под нее создано множество программ.

Что такое меню в компьютере?

Управление Windows происходит с помощью разных меню. В меню любой столовой можно выбрать из списка блюдо, которое хочется съесть. Cписок, в котором ты можешь выбирать, принято называть меню.

В компьютере тоже есть меню, в котором ты выбираешь команды. Получив от тебя команду, компьютер будет знать, что ему делать. Ты не придумываешь команды сам, а только выбираешь из того, что предлагает компьютер.

Как найти меню в компьютере?

Наверняка тебе приходилось выключать компьютер, в этом случае ты открывал главное меню, хотя и не знал об этом. Видишь в левом углу экрана значок Windows, это кнопка Пуск. Если открыть Пуск, откроется большая рамка, в которой перечислены команды. Это главное меню. Обязательно попробуй! Ты узнаешь, какие программы есть на твоем компьютере.

По способу перехода различают раскрывающееся меню и контекстное. Контекстное меню в компьютере вызывается щелчком правой кнопкой мыши на выбранном объекте.

Рабочий стол компьютера. Объекты на рабочем столе

После включения компьютера на экране монитора появляется Рабочий стол. Это вид экрана, на котором могут располагаться различные иконки, ярлыки устройств, программ, папок и файлов. Так выглядит на компьютере мой рабочий стол.

Навести порядок на рабочем столе компьютера – это значит хорошо организовать рабочий стол. Рабочие предметы должны обязательно лежать на своих местах. Рубанок или пила не уместны на кухонном столе, так же как терка - на станке у токаря.

На рабочем столе компьютера размещены следующие объекты.

Оформить Рабочий стол на компьютере можно по своему вкусу! Выбери понравившуюся картинку. Щелкни левой кнопкой мыши. Далее, удерживая курсор мыши на значке файла, нажми правую кнопку мыши. В выпавшем меню выбери строку «Сделать фоновым изображением рабочего стола». И наблюдай за "чудесами". Обязательно попробуй!

На диске компьютера программы хранятся в файлах. Пока программа в файле, - компьютер с ней не работает. Посмотри на экран, и ты увидишь значки с надписями.

Каждый такой значок (файл или ярлык) связан с конкретной программой. Файлы могут содержать текстовую, графическую информацию, таблицы, базы данных и др.

Для запуска программы нужно дважды щелкнуть левой кнопкой мыши. После запуска на экране появляется окно программы.

Что такое окно в компьютере?

Окно в компьютере - это прямоугольная рамка, содержащая следующие элементы:

Что такое программное обеспечение компьютера?

Программное обеспечение - это совокупность программ, обеспечивающих обработку различной информации и управление устройствами.

Виды программного обеспечения: системное прикладное обеспечение, прикладное и инструментальное.

Системное программное обеспечение, операционная система, управляет всеми компонентами компьютерной системы.

Прикладное программное обеспечение предназначено для выполнения определенных задач пользователя:

Создавать текстовую и числовую информацию;
Создавать графики;
Обрабатывать в считанные минуты большие объемы числовой и текстовой информации;
Создавать музыку;
Рисовать картины;
Создавать сложные чертежи и многое другое.

Инструментальное программное обеспечение используется для разработки программ и их сопровождения.

В прикладное программное обеспечение входят следующие программы.

Блокнот — очень простая программа для работы с текстом. Для запуска нажми кнопку Пуск, в главном меню выбери команду «Все программы», далее – «Стандартные» и, наконец, выбери команду «Блокнот». Появится рабочие окно. Можешь вводить текст.

Программа WordPad имеет больше возможностей. С ее помощью можно не только создавать текст, но и отредактировать его и красиво оформить.

Простая программа для рисования картинок - это Paint. Здесь можно сделать чертеж или нарисовать открытку для мамы.

Делать домашнее задание по математике и совершать другие нужные расчеты поможет полезный Калькулятор.

Для проигрывания музыкальных файлов и просмотра мультфильмов и фильмов в составе Windows есть универсальный проигрыватель Windows Media Player.
Создатели Windows позаботились не только об удобной работе своих пользователей, но и об их отдыхе. Во всех версиях этой программы есть игры. Отличная новость, правда?

И не забываем об учебе. С этой целью устанавливаются обучающие программы. Они помогают в легкой игровой форме приобрести серьезные знания и полезные навыки.

Обучающие программы совсем не похожи на нудные учебники. Это увлекательные забавные игры, которые помогут тебе научиться всему, что ты захочешь. Подобные программы сейчас выпускают для детей любого возраста. Единственное, что ты должен уметь, - это читать. Все остальное ты будешь постигать в буквальном смысле играючи.

Если у тебя есть слух, то найдется не одна программа для развития твоего таланта, обучения нотной грамотности и другим тонкостям музыкальной науки. А может, ты захочешь научиться творить настоящие художественные шедевры, и в этом тебе поможет графический редактор Fotoshop.

Офисное программное обеспечение, например, Microsoft Office предлагает следующие приложения:

Microsoft Word - текстовый редактор;
Microsoft Excel - электронный редактор;
Microsoft Access- базы данных;
Power Point- подготовка презентаций;
Outlook- работа с электронной почтой.

Офисное программное обеспечение считается универсальным для выполнения задач большинства специалистов.

Мы обязательно познакомимся с этими программами более подробно на следующих занятиях и, возможно именно ты станешь следующим разработчиком знаменитого робота.

Адрес ячейки (адрес байта) — порядковый номер ячейки (байта) внутренней памяти компьютера.

Рис. 20. Магистрально-модульная архитектура компьютера

Читайте также: