Средства информационных и коммуникационных технологий

Средства информационных и коммуникационных технологий
История создания вычислительной техники
История вычислительной техники началась тогда, когда сформировалось
понятие числа. Во многих языках слово "цифра" происходит от слова "палец".
Пальцы стали первой "вычислительной машиной". На пальцах можно складывать,
вычитать и умножать довольно большие числа. Знаменитый Фибоначчи в XIII в.
рекомендовал всем осваивать счет на пальцах.
Следующим изобретением был абак - счеты по пять косточек в ряду. Задача
считалась решенной, только если было указано, как необходимые вычисления
выполнить на абаке. Алгоритмы решения на абаке были подробно разработаны
французским ученый Гербертом (950-1003), который впоследствии стал папой
римским Сильвестром II.
В XVII в. появились первые механические счетные устройства и машины:
20-е
годы:
английский
логарифмическую линейку;
математик
Вильям
Оутред
придумал
1632 г.: немецкий ученый Вильгельм Шиккард сконструировал первый в
истории счетный механизм;
1642 г.: французский математик, физик и философ Блез Паскаль (1623-1662)
создал счетную машину, которая могла складывать и вычитать;
1673 г.: немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц (16461716) сконструировал арифмометр, выполнявший четыре арифметических
действия. Лейбниц является одним из основоположников дифференциального и
интегрального исчисления. Он мечтал полностью автоматизировать процесс
вычислений, что в то время было невозможным, но он разработал двоичную
систему счисления, которая и легла в основу автоматизации вычислений в
современных компьютерах.
В первой половине XIX в. англичанин Чарльз Бэббидж (1791-1871)
разработал конструкцию машины, которую можно было бы назвать первым
компьютером. Но он не был построен, так как машина должна была быть
механической, а необходимая точность изготовления деталей для этой машины в
середине XIX в. была недостижима. Устройство компьютера по чертежам
Бэббиджа было описано Августой Адой Лавлейс. Она же разработала теорию
программирования, написала несколько программ для еще не существующей
вычислительной машины. Загружать программу надо было при помощи карточек
с пробитыми дырочками - перфокарт.
Основные части первого компьютера были теми же, что и в любой
современной ЭВМ:
устройство для ввода данных;
запоминающее устройство, способное хранить исходные
промежуточные результаты (Бэббидж назвал его "складом");
арифметико-логическое устройство,
логические операции ("мельница");
выполняющее
данные
и
арифметические
и
устройство управления, руководящее перемещениями со "склада" на
"мельницу" и работой "мельницы" и обеспечивающее выполнение нужных
действий в нужном порядке по заданной программе;
устройство для вывода результата.
Архитектура фон Неймана. Кибернетика
В 40-х годах XX в. американец венгерского происхождения Джон (Янош) фон
Нейман (1903-1957) включился в работу по созданию ЭВМ для управления
береговой ПВО. Разрабатывался "ЭНИАК" - электронный численный интегратор
и автоматический вычислитель. Но эта машина имела принципиальный
недостаток: в ней отсутствовало устройство для запоминания и хранения команд.
В 1945 г. Джон фон Нейман выступил с докладом, в котором были
сформулированы основные принципы организации нового вычислительного
устройства, получившие название "архитектура фон Неймана".
АЛУ - арифметико-логическое устройство для выполнения арифметических и
логических операций;
ОП - оперативная память, устройство для хранения кодов выполняющейся в
данный момент программы;
ВУ - внешние устройства, или периферия. Обычно их делят на два класса:
внешнюю память (накопитель на гибких магнитных дисках, накопитель на
жестких магнитных дисках, CD-диски, магнитооптические диски) и устройства
ввода/вывода информации (устройства ввода: клавиатура, мышь, микрофон,
сканер; устройства вывода: дисплей, принтер, акустические колонки, плоттер);
УУ - управляющее устройство, которое организует работу компьютера
следующим образом:
помещает в ОП коды программы из ВУ;
считывает из ячейки ОП и организует выполнение первой команды
программы;
определяет очередную команду и организует ее выполнение;
постоянно синхронизирует работу устройств, имеющих различную скорость
выполнения операций, путем приостановки выполнения программы.
В 1946 г. фон Нейман начинает разработку новой машины, и в 1949 г. была
построена электронная машина по обработке дискретных переменных "ЭДВАК",
которая впоследствии была признана первым компьютером.
Норберт Винер (1894-1964), работая вместе с Джоном фон Нейманом,
обратил внимание на то, что процессы, управляющие сложной электронной
системой,
аналогичны
процессам
нейрофизиологии,
изучающей
целенаправленную деятельность живых существ. Сохранение работоспособности
таких систем достигается за счет обратной связи, она позволяет отслеживать и
корректировать уже начатое, но еще не законченное до конца действие.
Существование обратной связи позволяет рассматривать сложные системы
различной природы - физической, социальной, биологической - с единой точки
зрения. Это и есть основы кибернетики. В 1948 г. вышла в свет книга Н. Винера
"Кибернетика, или Управление и связь в живом мире и машинах". Термин
"кибернетика" в переводе с древнегреческого обозначает искусство управления
кораблем.
Под кибернетикой сегодня понимают серию научных дисциплин, изучающих
общие законы управления и взаимосвязей, действующие в системах различной
природы.
Функциональная схема компьютера.
Основные устройства компьютера и их функции.
По своему назначению компьютер – это универсальное техническое
средство для работы с информацией.
По принципам устройства компьютер – это модель человека, работающего с
информацией.
Компьютер включает в себя устройства, выполняющие эти функции
мыслящего человека:

устройство ввода;

устройство запоминания – память;

устройство обработки – процессор;

устройство – вывода.
Принципиальное описание устройства и работы компьютера принято
называть архитектурой компьютера.
В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен
магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю
самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при
необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается
на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между модулями.
Обмен
информацией
между
отдельными
устройствами
компьютера
производится по трем многоразрядным шинам (многопроводным линиям),
соединяющим все модули: шине данных, шине адресов и шине управления.
Разрядность шины данных связана с разрядностью процессора (имеются
8-,16-, 32-, 64- разрядные процессоры).
Данные по шине данных могут передаваться от процессора к какому-либо
устройству, либо, наоборот, от устройства к процессору, т.е. шина данных является
двунаправленной. К основным режимам работы процессора с использованием
шины данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной
памяти, запись/чтение данных из внешней памяти, чтение данных с устройства
ввода, пересылка данных на устройство вывода.
Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой процессором
памяти. Имеются 16-, 20-, 24- и 32- разрядные шины адреса.
Каждой шине соответствует свое адресное пространство, т.е. максимальный
объем адресуемой памяти:
216 = 64 Кб
220 = 1 Мб
224 = 16 Мб
232 = 4 Гб
По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена
информацией (ввод/вывод), и сигналы, синхронизирующие взаимодействие
устройств, участвующих в обмене информацией.
Подключение отдельных модулей компьютера к магистрали на физическом
уровне
осуществляется
с
помощью
контроллеров,
адаптеров
устройств
(видиоадаптер, контролер жестких дисков и т.д.), а на програмном уровне
обеспечивается загрузкой в оперативную память драйверов устройств, которые
обычно входят в состав операционной системы.
Обязательный комплект, составляющий персональный компьютер:
системный блок, клавиатура, монитор.
В состав системного блока входят: микропроцессор, внутренняя
память, дисководы блок питания, контроллеры внешних устройств.
Основными техническими характеристиками ПК являются: объём
внутренней
памяти,
тактовая
частота
микропроцессора
разрядность
микропроцессора.
Устройства компьютера
Любой компьютер состоит из четырех частей - устройства ввода информации,
устройства обработки информации, устройства хранения и устройства вывода
информации.
Устройства обработки
Процессор
Процессор - это главная микросхема компьютера, его "мозг". Он разрешает
выполнять программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех
устройств компьютера. Чем выше скорость работы процессора, тем выше
быстродействие компьютера. Процессор имеет специальные ячейки, которые
называются регистрами. Именно в регистрах помещаются команды, которые
выполняются процессором, а также данные, которыми оперируют команды.
Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной
последовательности команд и данных и их выполнении. На этом и базируется
выполнение программ.
Какие параметры отличают один процессор от другого. Это прежде всего
тактовая частота, разрядность, рабочее напряжение, коэффициент внутреннего
умножения тактовой частоты и размер кэш памяти.
Центральный процессор (ЦП) или центральное процессорное устройство
(ЦПУ) (англ. central processing unit - CPU) - процессор машинных инструкций,
часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического
контроллера, отвечающая за выполнение основной доли работ по обработке
информации - вычислительный процесс.
Характеристики процессора
Процессор компьютера предназначен:
1.
управлять работой компьютера по заданной программе;
2.
выполнять операции обработки информации.
Важнейшей
характеристикой
процессора,
определяющей
его
быстродействие, является его тактовая частота. От нее зависит количество базовых
операций, которые производит процессор в секунду.
Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность,
является разрядность. Часто уточняют разрядность процессора и пишут, например,
16/20, что означает, что процессор имеет 16-разрядную шину данных 20-разрядную
шину адреса. Разрядность адресной шины определяет адресное пространство
процессора, т.е. максимальный объем оперативной памяти, который может быть
установлен в компьютере.
Производительность процессора нельзя вычислить, она определяется в
процессоре тестирования, т.е. определения скорости выполнения процессором
определенных операций в какой-либо программной среде.
Устройства ввода информации
Клавиатура
Клавиатура компьютера напоминает клавиатуру пишущей машинки. Ее
назначение аналогично - набирать текст. Однако в компьютере набираемый текст
не печатается сразу на бумаге, а запоминается на диске - запоминающем
устройстве, расположенном в основном блоке. Кроме набора текста клавиатура
используется для управления компьютером, а также для решения других задач, о
чем вы еще узнаете.
Рис.1. Клавиатура
Мышь
Мышь - это небольшая коробочка, с одной, двумя или тремя кнопками на
верхней крышке. Для работы с мышью ее надо передвигать по поверхности стола.
Компьютер следит за перемещениями мыши и передвигает на экране монитора
изображение специального указателя - курсора. Таким образом, передвигая мышь
по поверхности стола вы будете передвигать курсор по экрану монитора. С
помощью мыши вы можете указывать компьютеру на те элементы изображения, с
которыми он должен что-либо сделать. Установив курсор на объект, следует
нажать одну из кнопок. При этом компьютер узнает, что вы установили курсор на
нужный объект. Для выполнения на компьютере некоторых задач (например,
таких как создание графических изображений) мышь даже более нужна чем
клавиатура, так как является графическим устройством ввода компьютера.
рис.2. Мышь
Сканер
Сканер предназначен для ввода в компьютер графических изображений, таких
как черно/белые или цветные фотографии.
С помощью сканера можно ввести в компьютер графическое изображение
страницы книги с текстом.
Компьютер сможет "прочитать" это изображение и преобразовать его в
обычный текст. Этот текст впоследствии можно будет отредактировать или
отформатировать. Однако чаще всего сканер используется для ввода фотографий.
Рис.3. Сканер
Плоттер
С помощью плоттера компьютер может вычертить
географическую карту или другое подобное изображение.
чертеж
детали,
Плоттер рисует специальными цветными фломастерами.
Качество обычно хуже, чем достижимое на лазерном принтере, однако есть
плоттеры, способные работать с бумагой очень большого размера, например,
формата А0 (33,11" x 46,81" или 841 мм х 1189 мм).
Лазерные принтеры обычно используют формат бумаги А4 (8,27" x 11,69" или
210 мм х 297 мм), и только некоторые из них - А3 (11.69" x 16,54" или 297 мм х
420 мм).
Устройства вывода информации
Мониторы
Главное правило при покупке персонального компьютера - не супиться,
приобретая те устройства, которые служат долго, стоят дорого, а меняются редко.
Компьютерные мониторы относятся как раз к таким устройствам - поэтому
особенно важна информации о них, помогающая сделать правильный выбор при
существующем разнообразии моделей и марок. Ведь даже средние по классу
мониторы нередко равны по цене всем остальным частям персонального
компьютера, вместе взятым. В случае же приобретения монитора для
профессиональных целей - например, для оснащения рабочего места дизайнера
или комплектации станции САПР, стоимость монитора уже в несколько раз
превышает стоимость всего остального оборудования. Вообще, в отношении
мониторов характеристика “больше и дороже” зачастую (правда, не всегда)
означает “лучше”.
При покупке компьютера нужно серьезнейшим образом подходить к выбору
монитора еще и потому, что длительная работа за некачественным монитором
может самым пагубным образом влиять на здоровье, особенно на зрение.
Мониторы общего и профессионального назначения
Основной параметр, характеризующий монитор, - его размер. Размеры
монитора обыкновенно определяются длиной диагонали экрана электроннолучевой трубки. Для популярных приложений, работающих в графической среде
Windows, наиболее подходящими являются мониторы размером 15-17 дюймов
(14-дюймовые мониторы уходят в прошлое). Следует отметить, что
действительный размер изображения, как правило, меньше размера ЭЛТ
приблизительно на один дюйм (то есть для 15-дюймового монитора видимая
область экрана соответствует примерно 14-ти дюймам по диагонали), хотя у
разных производителей эта величина может слегка варьироваться.
Другой важный параметр, характеризующий работу в графической среде разрешение. Для количественного описания разрешения используют пиксел (pixel
- от picture element, по-русски - элемент изображения). Режимы разрешения
различаются количественно произведением пикселов, укладывающихся по
горизонтали и вертикали экрана. На мониторах общего назначения обычно
устанавливают режимы: 640x480, 800x600, 1024x768 пикселов. Те, кому
приходится интенсивно работать с офисными приложениями (Word, Excel, Power
Point, Publisher), предпочли бы сесть за 17-дюймовый монитор, позволяющий
установить разрешение 1024x768 или 1280x1024 пикселов. Действительно,
удобно, когда текстовый документ формата А4 помещается на экране в
натуральную величину - при высоком разрешении не так часто приходится менять
масштаб и прокручивать изображение.
С мониторами профессионального назначения (размер экрана - 17, 20, 21
дюйм и более, разрешение - до 1600x1200) работают дизайнеры, использующие
специальные приложения - настольные издательские системы и мощные
графические редакторы. (Это Adobe PageMaker, Corel Draw, Adobe Photoshop и
другие)
Подобные мониторы в ходу и у специалистов в области автоматизированного
проектирования в сферах архитектуры и интерьеров, картографии и ландшафтов,
машиностроения и электроники.
По физическим принципам, лежащим в основе конструкций дисплеев,
подавляющее большинство их относится к дисплеям на базе электронно-лучевых
трубок и к жидкокристаллическим дисплеям (последние особенно часто
встречаются у портативных компьютеров). У первых формирование изображения
производится на внутренней поверхности экрана, покрытого слоем люминофора вещества, светящегося под воздействием электронного луча, генерируемого
специальной “электронной пушкой” и управляемого системами горизонтальной и
вертикальной развертки. Жидкокристаллический экран состоит из крошечных
сегментов, заполненных специальным веществом, способным менять
отражательную способность под воздействием очень слабого электрического
поля, создаваемого электродами, подходящими к каждому сегменту.
Рис.3. Мониторы на основе ЭЛТ
Рис.4. ЖК-мониторы
При выводе на экран любого изображения, независимо от того, в растровом
или векторном форматах оно зафиксировано в графических файлах, в
видеопамяти формируется информация растрового типа, содержащая сведения о
цвете каждого пиксела, задающего наиболее мелкую деталь изображения. Каждый
пиксел однозначно связан с долей видеопамяти - несколькими битами, в которых
программным путем задается яркость (и, при цветном экране, цветность) свечения
этого пиксела. Специальная системная программа десятки раз в секунду
считывает содержимое видеопамяти и обновляет содержимое каждого пиксела,
тем самым создавая и поддерживая на экране изображение.
Основные характеристики дисплеев с точки зрения пользователя таковы:
разрешающая способность, число воспроизводимых цветов (для цветного
дисплея) или оттенков яркости (для монохромного). Для алфавитно-цифрового
дисплея разрешающая способность - число строк на экране и символов в каждой
строке.
В настоящее время (с конца 90-х годов) начался промышленный выпуск
плазменных дисплеев. В основе - возможность управлять возникновением
электрических разрядов в некоторых газах и сопровождающим их свечением.
Такие дисплеи обладают высоким качеством изображения и могут иметь
значительно большие, чем у привычных компьютеров, размеры экранов при
небольшой толщине (экран с диагональю около 1 м при толщине 8-10 см).
Сравнительные характеристики мониторов
Поработав впервые за новым жидкокристаллическим монитором, первая
мысль, которая приходит в голову - "цивилизация, прогресс". После него,
возвращаясь к обычному ЭЛТ-монитору, испытываешь абсолютно реальное
чувство отвращения.
Новый монитор это не только не виданное ранее удобство, но и абсолютное
спокойствие за собственное здоровье. Массовая пропаганда абсолютной
безвредности мониторов подобного класса, стала неотъемлемой частью
рекламной политики фирм производителей.
Несмотря на скрытый намек предыдущих строк, о том, как все на самом деле
плохо, давайте попробуем максимально объективно сравнить преимущества и
недостатки обоих типов мониторов.
Основные факторы,
отрицательно
влияющие на зрение,
здоровье
Радиационное
излучение
Является прибором
активного контраста
Зависим ли от
освещенности рабочего
места
Зависимость от
несовершенства
способов создания
изображения на экране
монитора
Яркости изображения
Возможность наличия
бликов
Несоблюдение
расстояния от глаз до
монитора
Зависимость от
положения дисплея
Недостаточная частота
обновления*
Длительная
неподвижность глазных
и внутриглазных мышц
Длительная работа
требует
сосредоточенности
(напряженность глаз)
Мерцание изображения
Монитор на
основе
электроннолучевой
трубки
да
Монитор на основе
активной матрицы
(жидкокристаллический
монитор)
нет
да
да
да
да
да
достаточ
ная
да
практически
отсутствует
ниже чем в ЭЛТ
да
да
да
да
да
нет
да
да
да
да
да
да
нет
Доступные по цене жидкокристаллические мониторы имеет невысокую
частоту обновления, что доставляет неудобства при игре в игры с трехмерной
графикой. Недостаточной, частота обновления может быть, в зависимости от
настройки, и у мониторов на базе ЭЛТ. Некоторые из пунктов сравнения частично
дублируют другие, например из того, что прибор является устройством активного
контраста и так следует зависимость от освещенности рабочего места. Но чтобы
подчеркнуть основные моменты и сделать сравнение более доступным, добавлена
избыточная информация. Как видно из таблицы, результат не столь
утешительный. Большая часть таблицы осталось красной и с появление
жидкокристаллических мониторов. Теперь давайте пройдемся по пунктам, в
которых наблюдаются отличия:
Радиационное излучение Наибольшее беспокойство от использования
компьютера предыдущие десятилетия доставляла именно эта проблема. С
появлением жидкокристаллических мониторов эта проблема полностью решена.
Жидкокристаллические мониторы используют для создания изображения
излучение видимого диапазона, т.е. свет "лампочки".
Зависимость от несовершенства способов создания изображения на экране
монитора
Для мониторов на базе ЭЛТ это: неоптимальные параметры схем развертки
ЭЛТ, несовместимость параметров монитора и графического адаптера,
недостаточно высокое разрешение монитора, расфокусировка, несведение лучей,
низкий уровень других технических характеристик, неправильно настроенная
яркость. Для жидкокристаллических мониторов это недостаточная яркость; и
недостаточная частота обновления для высоко-динамичной трехмерной графики
игр. Почувствовать самому недостаточную частоту обновления на
жидкокристаллическом мониторе практически невозможно.
Недостаточная яркость.
Очень долгое время недостаточная яркость была непреодолимой преградой
для разработчиков жидкокристаллических мониторов. Первые модели мониторов
создавали изображение, хорошо различимое только в комнате, без прямого
солнечного света. В последних моделях, с использованием дополнительного
четвертого пикселя яркости, проблема решена полностью.
Недостаточная частота обновления.
Объяснение этого пункта приведено выше в тексте.
Мерцание изображения.
Из-за мерцания изображения, при работе с монитором на базе ЭЛТ, быстро
устают глаза, как следствие появляется раздражительность и другие признаки
усталости. У жидкокристаллических мониторов мерцание отсутствует. Пункты, в
которых принципиально различные мониторы, показали одинаковые результаты
можно разделить на две группы, недостатки, связанные с самой конструкцией
монитора, его корпуса и недостатки, связанные с непродуманной организацией
рабочего места. Теперь более детально рассмотрим недостатки, связанные с
конструкцией монитора, его корпуса.
Монитор - прибор активного контраста.
Все приборы активного контраста в большей степени зависят от
интенсивности освещения и угла падения светового потока на экран, чем при
работе с пассивным контрастом, например при чтении с бумаги.
Зависимость от положения монитора.
При работе с дисплеем пользователь ПК зависит от положения дисплея, а при
чтении с бумажного носителя можно легко изменить положение листа, для
наиболее комфортного восприятия информации.
Длительная неподвижность глазных и внутриглазных мышц.
Длительная работа с персональным компьютером требует повышенной
сосредоточенности, что приводит к большим нагрузкам на зрительную систему,
ослабления глазных мышц. Осталось рассмотреть недостатки, связанные с
непродуманной организацией рабочего места.
Наличие бликов, несоблюдение расстояния от глаз до монитора,
отсутствие необходимого освещения рабочего места, неправильно
настроенное изображение.
Поэтому необходимо тщательно изучить возможности монитора и
использовать их для максимально правильной настройки монитора, а также
следует безукоснительно соблюдать Санитарные правила и нормы.
Подводя итог можно сделать вывод, что жидкокристаллический монитор,
является прорывом в развитие компьютерных технологий, но его использование
не является абсолютно безвредным. Если пользователь не научиться выполнять
все предписания по организации своего рабочего места, ежедневно соблюдать
график работы, он не сможет сохранять работоспособность на протяжении всего
рабочего дня, оставаться здоровым.
Принтеры
Огромную роль при выводе информации играют разнообразные печатающие
устройства - принтеры. Наличие дисплея на современных компьютерах
позволяет, работая в интерактивном режиме, экономить огромное количество
бумаги, но все равно наступает, как правило, момент, когда необходима, так
называемая, “твердая копия" информации - текст, данные, рисунок на бумаге. В
процессе эволюции принтеры прошли следующий путь. Первые копировали
пишущую машинку, имея ударные клавиши с буквами, цифрами и т.д. Под
управлением процессора та или иная клавиша наносила удар по красящей ленте,
оставляющей след на бумаге. Таких принтеров давно нет; их прямые наследники точечно-матричные принтеры ударного типа - располагают перемещающейся
вдоль строки печатающей головкой, содержащей от 7 до 24 игл, каждая из
которых может независимо от остальных наносить удар по ленте. Это позволяет
формировать изображения как букв и цифр, так и любых других символов, а
также достаточно сложные рисунки и чертежи.
Для хранения и подачи ленты используют специальную пластмассовую
коробочку - картридж. Принтеры стали “интеллектуальными”, т.е. имеют
собственное ОЗУ и электронный блок управления для того, чтобы разгрузить
основное ОЗУ и не отнимать в процессе печати время у центрального процессора.
Существуют ударные точечно-матричные принтеры цветной печати. В них
используются 4-цветные ленты, и каждая точка изображения формируется
четырьмя последовательными ударами иголки разной силы. Таким образом
можно сформировать на бумаге точки всех основных цветов и множества
оттенков. Крупнейший производитель точечно-матричных принтеров - фирма
“Epson” (Япония).
Все чаще на рабочих местах пользователей персональных компьютеров
появляются вместо точечно-матричных струйные или лазерные принтеры.
Струйные принтеры вместо головки с иглами имеют головку со специальной
краской и микросоплом, через которую эта краска “выстреливается" струйкой на
бумагу (и быстро сохнет). Для формирования изображения либо струйка краски
может отклоняться специально созданным электрическим полем (так как она
электризуется в момент выхода из сопла), либо (чаще) головка имеет столбец из
нескольких сопел - наподобие матрицы игл точечно-матричного принтера
Струйные принтеры могут быть цветными, они смешивают на бумаге
красители, порознь распыляемые разными соплами. Изображение, формируемое
струйными принтерами, по качеству превосходит аналогичное, получаемое на
точечно-матричных. Дополнительное достоинство - меньший уровень шума при
работе.
Самые высококачественные изображения на бумаге на сегодняшний день
дают лазерные принтеры. Один из основных узлов лазерного принтера вращающийся барабан, на внешней поверхности которого нанесен специальный
светочувствительный материал. Управляемый электронным блоком луч лазера
оставляет
на
поверхности
барабана
наэлектризованную
“картинку”,
соответствующую формируемому изображению. Затем на барабан наносится
специальный мелкодисперсный порошок - тонер, частички которого прилипают к
наэлектризованным участкам поверхности. Вслед за этим к барабану прижимается
лист бумаги, на который переходит тонер, после чего изображение на бумаге
фиксируется (“прижигается”) в результате прохождения через горячие валки.
Все это происходит с огромной быстротой, благодаря чему лазерные принтеры
значительно превосходят обсуждавшиеся выше по скорости работы. Лазерные
принтеры - рекордсмены по части количества воспроизводимых шрифтов и
качеству рисунков благодаря высочайшей разрешающей способности.
Существуют как черно-белые, так и цветные лазерные принтеры. Лазерный
принтер работает почти бесшумно. Единственный, но, увы, очень важный
параметр, по которому они существенно уступают принтерам ранее описанных
типов - стоимость; далеко не всякий может себе позволить приобрести принтер,
по стоимости превосходящий точечно-матричный аналог в несколько раз.
Лидирующая фирма в производстве струйных и лазерных принтеров “Hewlett-Packard” (HP), США, хотя в этой области действуют и другие фирмы.
Существуют и принтеры, работающие на других физических принципах, но по
распространенности они значительно уступают тем, которые обсуждались выше.
Плоттеры
Плоттеры, или графопостроители, предназначены для вывода графической
информации, создания схем, сложных архитектурных чертежей, художественной
и иллюстративной графики, карт, объемных изображений. Плоттеры
используются для производства высококачественной, цветной документации и
являются незаменимыми для художников, дизайнеров, оформителей, инженеров,
проМаксимальная длина печатаемого материала ограничена, как правило, длиной
рулона бумаги, а не конструкцией плоттера. Изображение на бумаге получается с
помощью печатающей головки. Точка за точкой наносится изображение на
бумагу (кальку, пленку), отсюда и название графопостроителя - плоттер (to plot “вычерчивать чертеж”).
К основным характеристикам плоттеров относятся:
скорость вычерчивания изображения, измеряемая в миллиметрах в секунду;
скорость вывода, определяемая количеством листов, распечатываемых в
минуту;
разрешающая способность, измеряемая, аналогично принтеру, в dpi.
Плоттеры подключаются к компьютеру через параллельный
последовательный интерфейс, либо в слот расширения встраивается плата.
или
По конструкции плоттеры делятся на планшетные и барабанные. В
планшетных плоттерах бумага неподвижна, а печатающая головка перемещается
по двум направлениям. В барабанных по одной координате двигается головка, а
по другой оси с помощью системы прижима двигается бумага. По принципу
действия плоттеры делятся на перьевые, струйные, электростатические, с
термопереносом, карандашные. Перьевые плоттеры используют для получения
изображения обычные перья. Для получения цветного изображения используется
несколько перьев различного цвета. Струйные плоттеры формируют изображение
подобно струйным принтерам, разбрызгивая капли чернил на бумагу. Качество
печати, превосходящее возможности перьевых плоттеров, определяет широкое
распространение струйных плоттеров в различных областях человеческой
деятельности, включая автоматическое проектирование, инженерный дизайн.
Электростатические
плоттеры
создают
изображение
с
помощью
электрического заряда. Электростатические плоттеры очень дороги
используются, когда требуется высокое качество выходных документов.
и
Плоттеры с термопереносом создают двухцветное изображение, используя
теплочувствительную бумагу и электрически нагреваемые иглы.
Карандашные плоттеры используют для получения изображения обычный
грифель. Они самые дешевые и требуют дешевого расходного материала.
Рис.5. Плоттер
Многофункциональные устройства (МФУ)
Само название говорит за себя. Это такое устройство которое может
выполнять функции как сканера, принтера, так и копира, а иные модели и факса.
Рис.6. МФУ
Синтезаторы звука
Своеобразные устройства вывода - синтезаторы звука. Простейшие из них
есть в арсенале почти у всех персональных компьютеров и представляют собой
обычный малогабаритный динамик, напряжение сигнала на котором с большой
частотой изменяется компьютером. Таким способом удается подать простой
звуковой сигнал, указывающий на наступление какого-либо события. Многие
языки программирования дополняются командами типа ВЕЕР, SOUND,
позволяющими программировать серии звуков. Если звукогенератор физически
реализован так, что частота звучания поддается регулированию, то можно
запрограммировать несложную мелодию, а если есть несколько независимых
звукогенераторов, то - и звучание оркестра. Для этого в современных
компьютерах устанавливается специальная плата - звуковая карта, - способная
преобразовывать аналоговый звуковой сигнал в последовательность двоичных
цифр и наоборот. Существуют и синтезаторы речи, назначение которых понятно
из названия.
Устройства хранения информации
Долговременная память
Магнитные диски
В этих устройствах записывается на вращающихся дисках, покрытых
магнитным материалом, напоминающем покрытие лент обычных аудио - и
видеокассет. И хотя по своему составу магнитное покрытие, используемое в
дисковых накопителях, отличается от покрытия обычных бытовых магнитных
лент, в них используется аналогичный принцип записи информации.
Дорожки образуют на магнитных дисках концентрические круги. Блок
специальных магнитных головок перемещается по радиальной оси к центру или
от центра диска, прочерчивая по поверхности диска воображаемые круги. Эти
круги и называются дорожками или цилиндрами
Рис.7. Магнитный диск
Винчестеры (жесткие диски)
В особом представлении не нуждаются. Выпускаются практически с начала
эры компьютеров. Принцип работы - запись и считывание данных магнитными
головками на поверхности пакета магнитных дисков. Исполнение - внутреннее.
Подключение - IDE или SCSI.
По быстродействию, бесшумности, надежности, емкости, удобству работы и
универсальности интерфейса не имеют равных среди остальных типов носителей.
Максимальная емкость носителя продолжает стремительно возрастать. Жесткая
конкуренция в сфере производства винчестеров и, как следствие, неизбежный
дальнейший рост производительности устройств и снижение цен делают этот тип
накопителей еще более перспективным для пользователей. Единственный
недостаток этого типа устройств - немобильность.
Магнитный диск (гибкий).
Сменные магнитные диски называются гибкими магнитными дисками или
флоппи-дисками (их также называют дискетами) и расположены в специальном
картонном конверте, защищающем их от повреждения. Кстати, пусть название
"гибкие диски" не вводят вас в заблуждение - с такими дисками надо обращаться
осторожно и ни в коем случае не изгибать их!
В настоящее время используются флоппи-диски двух типов - диаметром 5,25"
(рис.1.14) и 3,5" (рис.1.15). В зависимости от конструкции диска и материала
магнитного покрытия вы можете записать на флоппи-диск от 360 Кбайт до 2,88
Мбайт данных. Больше всего распространены флоппи-диски диаметром 3,5" и
емкостью 1,44 Мбайт, диаметром 5,25" и емкостью 1,2 Мбайт, а также диаметром
5,25" и емкостью 360 Кбайт.
Энергозависимая память
Применяется для долговременного хранения информации. Такая память не
имеет движущихся частей и поэтому обеспечивает высокую сохранность данных
при использовании в мобильных устройствах.
Кратковременная память
Оперативная память.
Представляет собой последовательность пронумерованных, начиная с нуля,
ячеек. В каждой ячейке оперативной памяти может храниться двоичный код.
Оперативная память изготавливается в виде модулей памяти.
Характеристики памяти компьютера
У компьютера есть два вида памяти: внутренняя (оперативная и постоянная) и
внешняя память.
Внутренняя, или основная память — это запоминающее устройство, напрямую
связанное с процессором и предназначенное для хранения выполняемых программ
и данных, непосредственно участвующих в вычислениях. Обращение к внутренней
памяти ЭВМ осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет
ограниченный объем, определяемый системой адресации машины.
Внутренняя память, в свою очередь, делится на оперативную (ОЗУ) и
постоянную (ПЗУ) память. Оперативная память, по объему составляющая"
большую часть внутренней памяти, служит для приема, хранения и выдачи
информации. При выключении питания ЭВМ содержимое оперативной памяти в
большинстве случаев теряется. Постоянная память обеспечивает хранение и
выдачу информации. В отличие от содержимого оперативной памяти, содержимое
постоянной заполняется при изготовлении ЭВМ и не может быть изменено в
обычных
условиях
эксплуатации.
В
постоянной
памяти
хранятся
часто
используемые (универсальные) программы, и данные, к примеру, некоторые
программы операционной системы, программы тестирования оборудования ЭВМ и
др. При выключении питания содержимое постоянной памяти сохраняется.
Внешняя память (ВЗУ) предназначена для размещения больших объемов
информации и обмена ею с оперативной памятью. Для построения внешней памяти
используют энергонезависимые носители информации (диски и ленты), которые к
тому же являются переносимыми. Емкость этой памяти практически не имеет
ограничений, а для обращения к ней требуется больше времени, чем ко
внутренней.
Операционная система. Графический интерфейс, элементы окна,
диалогового окна.
Теоретическая часть
А. Операционные системы.
На IBM совместимых компьютерах используются ОС корпорации Ms
Windows, свободно распространяемая ОС LINUX. На персональных компьютерах
фирмы Apple используются различные версии операционной системы Mac OS. До
существования Windows использовалась ОС MS DOS. На рабочих станциях и
серверах наибольшее распространение получили системы Windows NT/2000/XP и
UNIX, в которой работает банковская система. Новая – Windows Vista.
Операционные системы разные, но их назначение и функции одинаковые.
ОС является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения. Без
нее компьютер не работает.
Основные функции и состав ОС.
1.
Управление файловой системой. Обмен файлами между
устройствами.
2.
Командный процессор. Запрашивает у пользователя команды и
выполняет их. (например – вывод на печать, копирование, удаление и т.д.)
3.
Драйверы устройств. В состав ОС входят драйверы устройств –
специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств.
Каждому устройству соответствует свой драйвер. Технология Plug and Play
(подключи и играй) позволяет автоматизировать подключение к компьютеру новых
устройств. При включении компьютера производится загрузка драйверов в
оперативную память.
4.
Графический интерфейс. Для упрощения работы пользователя в
состав современных ОС входят программные модули, создающие графический
пользовательский интерфейс. Пользователь может общаться с компьютером при
помощи мыши. В DOS – черный квадрат Малевича.
5.
Сервисные программы, или утилиты. Позволяют обслуживать
диски (проверять, сжимать, дефрагментировать), выполнять операции с файлами
(архивировать и т.д.), работать в компьютерных сетях.
6.
Справочная система. Позволяет получать необходимую информацию
об ОС в целом, так и об ее модулях.
Графический интерфейс ОС позволяет осуществлять взаимодействие
человека с компьютером при помощи диалога. С использованием окон, меню и
элементов управления.
После загрузки ОС появляется рабочий стол. На нем расположены значки и
ярлыки. (значки с маленькими стрелочками в нижнем левом углу). Для быстрого
доступа к часто испольтзуемым программам целесообразно создавать на раб столе
ярлыки.
Панель задач. В нижней части экрана. На ней находится кнопка ПУСК,
кнопки выполняемых задач и открытых файлов и папок, индикаторы, часы.
Кнопка ПУСК. Открывает Главное меню, которое обеспечивает доступ
практически ко всем ресурсам системы.
Окна. Существуют 2 основных вида окон – окна приложений и окна
документов. Окна документов находятся внутри окон приложений. (Запустили
файл WORD, открывается окно приложения WORD, а внутри окно файла.
Основные элементы окна приложения.
1.
рабочая область.
2.
границы.
3.
заголовок
4.
значок системного меню (кнопка слева в строке заголовка - меню для
перемещения, изменения размеров)
5.
Строка горизонтального меню. Содержит пункты меню,
обеспечивающие доступ к командам.
6.
Панель инструментов. Набор кнопок быстрого доступа к командам.
7.
кнопки свернуть, развернуть, закрыть.
Меню – перечень команд, обычно сгруппированных по темам, из которых
надо сделать выбор. Если за командой меню следует многоточие, то ее выбор
приведет у появлению диалоговой панели, которая позволяет получить и ввести
дополнительную информацию.
Диалоговые панели могут включать в себя след элементы:
Вкладки. – если панель содержит не 1, а несколько страниц. Например –
ФОРМАТ – ШРИФТ 3 закладки – шрифт, интервал, анимация.
Командные кнопки. Надпись на кнопке обычно поясняет ее действие.
Например, отменить.
Текстовые поля. Можно ввести дополнительную информацию. Например –
ПРАВКА Заменить. Что на что. Всех Юля на Маша.
Списки. Предлагает набор всех существующих значений. Раскрывающийся
список ыглядит, как текстовое поле с направленной вниз стрелочкой справа.
Например – ФОРМАТ – АБЗАЦ – закладка ОТСТУПЫ и ИНТЕРВАЛЫ – все
возможные значения интервалов.
Переключатели. Служат для выбора 1 из нескольких взаимоисключающих
вариантов. Набор кружков. С точкой внутри – выбранный вариант. Например:
ФАЙЛ – ПЕЧАТЬ – СТРАНИЦЫ – все номера или начиная с какого-то номера.
Флажки. Обеспечивает присваивание какому-либо параметру определенное
значение. Стоит галочка, флажок установлен. Флажки могут располагаться
группами или по одиночке. ФОРМАТ – ШРИФТ – зачеркнутый, с тенью,
подстрочный.
Счетчики. Пара стрелок, которые позволяют увеличивать, уменьшать
значение в связанном с ним поле. ФОРМАТ – АБЗАЦ – ОТСТУП - СЛЕВА.
Ползунки. Позволяет плавно изменять значение параметра. Например, менять
уровень громкости звука.
Файлы и файловая система
Все программы и данные хранятся в долговременной (внешней) памяти
компьютера в виде файлов.
Файл - это определенное количество информации (программа или
данные), имеющее имя и хранящееся в долговременной (внешней)
памяти.
Имя файла. Имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой:
собственно имя файла и расширение, определяющее его тип (программа,
данные и так далее). Собственно имя файлу дает пользователь, а тип
файла обычно задается программой автоматически при его создании (табл.
4.2).
В различных операционных системах существуют различные форматы
имен файлов. В операционной системе MS-DOS собственно имя файла
должно содержать не более 8 букв латинского алфавита, цифр и некоторых
специальных знаков, а расширение состоит из трех латинских букв,
например: proba.txt
В операционной системе Windows имя файла может иметь длину до 255
символов, причем можно использовать русский алфавит, например:
Единицы измерения информации.doc
Таблица 4.2. Типы файлов и расширений
Тип файла
Расширения
Программы
exe, com
Текстовые файлы
Графические файлы
txt, doc
bmp, gif, jpg и др.
Звуковые файлы
wav, mid
Видеофайлы
avi
Программы на языках программирования bas, pas и др.
Файловая система. На каждом носителе информации (гибком, жестком
или лазерном диске) может храниться большое количество файлов.
Порядок хранения файлов на диске определяется используемой файловой
системой.
Каждый диск разбивается на две области: область хранения файлов и
каталог. Каталог содержит имя файла и указание на начало его
размещения на диске. Если провести аналогию диска с книгой, то область
хранения файлов соответствует ее содержанию, а каталог - оглавлению.
Причем книга состоит из страниц, а диск - из секторов.
Для дисков с небольшим количеством файлов (до нескольких десятков)
может использоваться одноуровневая файловая система, когда каталог
(оглавление диска) представляет собой линейную последовательность
имен файлов (табл. 4.3). Такой каталог можно сравнить с оглавлением
детской книжки, которое содержит только названия отдельных рассказов.
Таблица 4.3. Одноуровневый каталог
Имя файла
Файл_1
Файл_2
...
Файл_112
Номер начального сектора
56
89
1200
Если на диске хранятся сотни и тысячи файлов, то для удобства поиска
используется многоуровневая иерархическая файловая система, которая
имеет древовидную структуру. Такую иерархическую систему можно
сравнить, например, с оглавлением данного учебника, которое
представляет собой иерархическую систему разделов, глав, параграфов и
пунктов.
Начальный, корневой каталог содержит вложенные каталоги 1-го уровня,
в свою очередь, каждый из последних может содержать вложенные
каталоги 2-го уровня и так далее. Необходимо отметить, что в каталогах
всех уровней могут храниться и файлы.
Например, в корневом каталоге могут находиться два вложенных
каталога 1-го уровня (Каталог_1, Каталог_2) и один файл (Файл_1). В свою
очередь, в каталоге 1-го уровня (Каталог_1) находятся два вложенных
каталога второго уровня (Каталог_1.1 и Каталог_1.2) и один файл
(Файл_1.1) - рис. 4.21.
Файловая система - это система хранения файлов и организации
каталогов.
Рис. 4.21. Иерархическая файловая система
Рассмотрим иерархическую файловую систему на конкретном примере.
Каждый диск имеет логическое имя (А:, В: - гибкие диски, С:, D:, Е: и так
далее - жесткие и лазерные диски).
Пусть в корневом каталоге диска С: имеются два каталога 1-го уровня
(GAMES, TEXT), а в каталоге GAMES один каталог 2-го уровня (CHESS).
При этом в каталоге TEXT имеется файл proba.txt, а в каталоге CHESS файл chess.exe (рис. 4.22).
Рис. 4.22. Пример иерархической файловой системы
Путь к файлу. Как найти имеющиеся файлы (chess.exe, proba.txt) в
данной иерархической файловой системе? Для этого необходимо указать
путь к файлу. В путь к файлу входят записываемые через разделитель "\"
логическое имя диска и последовательность имен вложенных друг в друга
каталогов, в последнем из которых содержится нужный файл. Пути к
вышеперечисленным файлам можно записать следующим образом:
C:\GAMES\CHESS\
С:\ТЕХТ\
Путь к файлу вместе с именем файла называют иногда полным именем
файла.
Пример полного имени файла:
С \GAMES\CHESS\chess.exe
Представление файловой системы с помощью графического
интерфейса. Иерархическая файловая система MS-DOS, содержащая
каталоги и файлы, представлена в операционной системе Windows с
помощью графического интерфейса в форме иерархической системы папок
и документов. Папка в Windows является аналогом каталога MS-DOS
Однако иерархическая структура этих систем несколько различается. В
иерархической файловой системе MS-DOS вершиной иерархии объектов
является корневой каталог диска, который можно сравнить со стволом
дерева, на котором растут ветки (подкаталоги), а на ветках располагаются
листья (файлы).
В Windows на вершине иерархии папок находится папка Рабочий стол.
Следующий уровень представлен папками Мой компьютер, Корзина и
Сетевое окружение (если компьютер подключен к локальной сети) - рис.
4.23.
Рис. 4.23. Иерархическая структура папок
Если мы хотим ознакомиться с ресурсами компьютера, необходимо
открыть папку Мой компьютер.
Иерархическая система папок Windows
1. В окне Мой компьютер находятся значки имеющихся в компьютере
дисков. Активизация (щелчок) значка любого диска выводит в левой части
окна информацию о его емкости, занятой и свободной частях.
2. Выбрав один из пунктов меню Вид (Крупные значки, Мелкие значки,
Список, Таблица), можно настроить форму представления содержимого
папки.
Папка Сетевое окружение содержит папки
подключенных в данный момент к локальной сети.
всех
компьютеров,
Папка Корзина временно содержит все удаленные папки и файлы. При
необходимости удаленные и хранящиеся в Корзине папки и документы
можно восстановить.
3. Для окончательного удаления файлов необходимо ввести команду
[Файл-Очистить корзину].
Операции над файлами. В процессе работы на компьютере наиболее
часто над файлами производятся следующие операции:




копирование (копия файла помещается в другой каталог);
перемещение (сам файл перемещается в другой каталог);
удаление (запись о файле удаляется из каталога);
переименование (изменяется имя файла).
Графический интерфейс Windows позволяет проводить операции над
файлами с помощью мыши с использованием метода Drag&Drop (перетащи
и оставь). Существуют также специализированные приложения для работы
с файлами, так называемые файловые менеджеры: Norton Commander,
Windows Commander, Проводник и др.
В некоторых случаях возникает необходимость работать с интерфейсом
командной строки. В Windows предусмотрен режим работы с интерфейсом
командной строки MS-DOS.