Программный принцип работы компьютера

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

 

Темы 7: «Программный принцип работы компьютера. Устройства компьютера»

 

дисциплины «Информатика и ИКТ»

 

для групп первого курса СПО

технический профиль

 

 

Программный принцип работы компьютера

Компьютер – это техническое устройство, которое действует как автоматический формальный исполнитель алгоритмов обработки информации. Автоматизм в его работе означает наличие общих принципов.

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.

1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности

Рис. 1. Джон фон Нейман, 1945 г.

Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды.

А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.

Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”.

.Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).

Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских.

! Компьютер (ЭВМ – электронная вычислительная машина, англ. computer — вычислитель) - универсальное, электронное, программно-управляемое устройство для хранения, обработки и передачи информации

Существует два основных класса компьютеров:

· цифровые компьютеры, обрабатывающие данные в виде числовых двоичных кодов;

· аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся физические величины (электрическое напряжение, время и т.д.), которые являются аналогами вычисляемых величин.

Поскольку в настоящее время подавляющее большинство компьютеров являются цифровыми, далее будем рассматривать только этот класс компьютеров и слово " компьютер " употреблять в значении " цифровой компьютер ".

Компьютер обычно представляют состоящим из двух частей:

Технические средства;

Программные средства.

Технические средства, то есть аппаратура компьютеров (Hardware - "твёрдые изделия), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств.

! Hardware – одна из составляющих информационной технологии – аппаратное обеспечение.

Программные средства, программное обеспечение (Software — "мягкие изделия ") — это совокупность всех программ, используемых компьютерами, а также вся область деятельности по их созданию и применению.

! Software – одна из составляющих информационной технологии –программное обеспечение.

Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций. Любая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных команд. Команда — это описание операции, которую должен выполнить компьютер. Как правило, у команды есть свой код (условное обозначение), исходные данные (операнды) и результат. Совокупность команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд этого компьютера.

Процессор

Ядро компьютера образуют процессор (центральный микропроцессор) и основная память, состоящая из оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) или перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства ППЗУ. ПЗУ предназначается для записи и постоянного хранения данных.

Микропроцессор. Центральный микропроцессор (небольшая микросхема, выполняющая все вычисления и обработку информации) – это ядро ПК. В компьютерах типа IBM PC используются микропроцессоры фирмы Intel и совместимые с ними микропроцессоры других фирм.

Основные характеристики процессора:

• Разрядность – число двоичных разрядов, одновременно обрабатываемых при выполнении одной команды (16,  32, 64 – разрядные процессоры).
• Тактовая частота – количество циклов работы устройства за единицу времени. Чем выше тактовая частота, тем выше производительность.
• Наличие встроенного математического сопроцессора.
• Наличие и размер Кэш- памяти.

 

! Функции процессора:

· обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;

· программное управление работой устройств компьютера.

Память компьютера

Различают два основных вида памяти — внутреннюю (основную) и внешнюю (ВЗУ – внешние запоминающие устройства).

Функции памяти:

· приём информации из других устройств;

· запоминание информации;

· выдача информации по запросу в другие устройства машины.

В состав внутренней памяти входят:

Оперативная память (ОЗУ);

Кэш-память;

Порты ввода / вывода

Порты (специальные разъемы в системном блоке) используются для подключения периферийных устройств к системному блоку.

Порты устройств - это электронные схемы, содержащие один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам компьютера.

Портами также называют устройства стандартного интерфейса: последовательный, параллельный и игровой порты (или интерфейсы) и другие.

Современные компьютеры, как правило, имеют следующие порты:

- COM – последовательный порт, передает электрические импульсы, несущие информацию в машинном коде, последовательно один за другим. Последовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройствами — побитно.

Это медленный порт, к нему обычно подсоединяют медленно действующие или достаточно удалённые устройства, такие, как мышь и модем.

- LPT - параллельный порт передает одновременно 8 электрических импульсов, несущих информацию в машинном коде, это дает более высокую скорость передачи данных. Он получает и посылает данные побайтно. К параллельному порту подсоединяют более "быстрые" устройства принтер и сканер.

- VGA - интегрированный в материнскую плату VGA – контроллер для подключения монитора для офисного или делового ПК.

- USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина) – обеспечивает высокоскоростное подключение к компьютеру сразу нескольких периферийных устройств. К нему подключаются цифровые камеры, графические планшеты, сканеры и др. Подключать и отключать устройства от такого разъема можно во время работы ПК, с портами COM и LPT проделывать такое не рекомендуется.

- IEEE 1394 (FireWire, i-Link) — последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами (для подключения цифровых видеокамер, внешних жестких дисков, сканеров и другого высокоскоростного оборудования). Интерфейсом FireWire оснащены все видеокамеры, работающие в цифровом формате. Может использоваться и для создания локальных сетей

- iRDA - инфракрасные порты предназначены для беспроводного подключения карманных или блокнотных ПК или сотового телефона к настольному компьютеру. Связь обеспечивается при условии прямой видимости, дальность передачи данных не более 1 м. Если в ПК нет встроенного iRDA адаптера, то он может быть выполнен в виде дополнительного внешнего устройства (USB iRDA адаптера), подключаемого через USB-порт.

- Bluetooth ("блутус") - высокоскоростной микроволновый стандарт, позволяющий передавать данные на расстояниях до 10 метров. Если нет встроенного Bluetooth адаптера, то он может быть выполнен в виде дополнительного внешнего устройства (USB bluetooth адаптера), подключаемого через USB-порт. USB bluetooth адаптеры предназначены для беспроводного подключения карманных или блокнотных ПК, или сотового телефона к настольному компьютеру

- Разъемы звуковой карты: для подключения колонок, микрофона.

- PS/2 – порт для подключения мыши и клавиатуры, это специализированным порт, который представляет собой просто разъёмы

- GAME -порт - через игровой порт подсоединяется джойстик.

Контрольные вопросы

1. Что такое HardWare?

2. Что такое SoftWare?

3. Дайте определение компьютеру.

4. Каков минимально необходимый набор аппаратных средств у современного ПК?

5. Какие основные компоненты ПК размещаются в системном блоке?

6. Сформулируйте общие принципы построения компьютеров.

7. Процессор, его основные функции.

8. Назовите основные характеристики процессора.

9. Какие основные устройства входят в состав системного блока?

10. Назовите основные порты компьютера и их назначение.

Домашнее задание

Угринович Н.Д. «Информатика и ИКТ» Учебник для 10 класса (Профильный уровень), 4-е издание, М., БИНОМ, Лаборатория знаний, ОАО «Московские учебники», 2008 г. Гл. 1, §1.1-1.3.

ЛИТЕРАТУРА

1. Н.В. Макарова «Информатика и ИКТ. Учебник 10 класс (Базовый уровень)», ООО «Питер Пресс», ОАО «Московские учебники», 2008 г.

2. Н.В. Макарова «Информатика и ИКТ» Учебник 11 класс (Базовый уровень)», ООО «Питер Пресс», ОАО «Московские учебники», 2008 г

3. Угринович Н.Д. «Информатика и ИКТ» Учебник для 10 класса (Профильный уровень), 4-е издание, М., БИНОМ, Лаборатория знаний, ОАО «Московские учебники», 2008 г.

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

 

Темы 7: «Программный принцип работы компьютера. Устройства компьютера»

 

дисциплины «Информатика и ИКТ»

 

для групп первого курса СПО

технический профиль

 

 

Программный принцип работы компьютера

Компьютер – это техническое устройство, которое действует как автоматический формальный исполнитель алгоритмов обработки информации. Автоматизм в его работе означает наличие общих принципов.

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.

1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности

Рис. 1. Джон фон Нейман, 1945 г.

Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды.

А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.

Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”.

.Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).

Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских.

! Компьютер (ЭВМ – электронная вычислительная машина, англ. computer — вычислитель) - универсальное, электронное, программно-управляемое устройство для хранения, обработки и передачи информации