Инструментарий программирования

Программы	Пояснение	Примеры
Трансляторы	Переводчики программ языков программирования и машинные коды
Отладчики	Средства поиска и исправления ошибок
Интегрированные среды разработки приложений	Объектно-ориентированные языки программирования	Visual Basic Delphi
Языки программирования	Средства создания программ для компьютера	Basic Pascal

5. Магистрально-модульный принцип построения ПК

Информация, представленная в цифровой форме и обрабатываемая на компьютере, называется данными. Последовательность команд, которую выполняет компьютер в процессе обработки данных, называется программой.

Обработка данных на компьютере:
1. Пользователь запускает программу, хранящуюся в долговременной памяти, она загружается в оперативную и начинает выполняться.
2. Выполнение: процессор считывает команды и выполняет их. Необходимые данные загружаются в оперативную память из долговременной памяти или вводятся с помощью устройств ввода.
3. Выходные (полученные) данные записываются процессором в оперативную или долговременную память, а также предоставляются пользователю с помощью устройств вывода информации.

Для обеспечения информационного обмена между различными устройствами должна быть предусмотрена какая-то магистраль для перемещения потоков информации.

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении — от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса.

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию — считывание или запись информации из памяти — нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Каждая отдельная функция компьютера реализуется одним или несколькими модулями – конструктивно и функционально законченных электронных блоков в стандартном исполнении. Организация структуры компьютера на модульной основе аналогична строительству блочного дома. Основными модулями компьютера являются память и процессор. Процессор – это устройство управляющее работой всех блоков компьютера. Действия процессора определяются командами программы, хранящейся в памяти.

Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Магистрально-модульный принцип имеет ряд достоинств:

1. для работы с внешними устройствами используются те же команды процессора, что и дл работы с памятью.

2. подключение к магистрали дополнительных устройств не требует изменений в уже существующих устройствах, процессоре, памяти.

3. меняя состав модулей можно изменять мощность и назначение компьютера в процессе его эксплуатации.

Принцип открытой архитектуры – правила построения компьютера, в соответствии с которыми каждый новый блок должен быть совместим со старым и легко устанавливаться в том же месте в компьютере.

В компьютере столь же легко можно заменить старые блоки на новые, где бы они ни располагались, в результате чего работа компьютера не только не нарушается, но и становится более производительной. Этот принцип позволяет не выбрасывать, а модернизировать ранее купленный компьютер, легко заменяя в нем устаревшие блоки на более совершенные и удобные, а так же приобретать и устанавливать новые блоки. Причем во всех разъемы для их подключения являются стандартными и не требуют никаких изменений в самой конструкции компьютера.

6. Процессор, назначение, основные параметры

Центральный процессор – это «мыслящая» часть ПК, которая отвечает за обработку информации. Центральный процессор (в системе есть и другие процессоры, например, математический сопроцессор, видеопроцессор) умеет сложить или сравнить два двоичных числа. На основе этих примитивов строятся более сложные операции (команды процессора), из которых – еще более сложные. В современном центральном процессоре описано несколько сот внутренних команд. Кроме вычислительных задач центральный процессор управляет работой других устройств системы, через систему специальных команд. Для синхронизации работы различных устройств на материнской плате располагается генератор тактовых импульсов, от которого, через умножители, затактовывается вся система – своеобразный «метроном». Центральный процессор, в большей степени, определяет производительность системы в целом.

1. В качестве характеристики процессора указывается его тактовая частота, которая измеряется в Мгц. Тактом называют интервал времени менаду началом подачи двух последовательных импульсов электрического тока, синхронизирующих работу, различных устройств компьютера. Специальные импульсы для отсчета времени для всех электронных устройств вырабатывает тактовый генератор частоты, расположенный на СИСТЕМНОЙ плате Его главный элемент представляет собой кристалл кварца, обладающий стабильностью резонансной частоты. Тактовая частота определяется как количество тактов в секунду и измеряется в мегагерцах (1МГц = 1 млн тактов/с). Тактовая частота влияет на скорость работы, быстродействие МП. Переход к микропроцессору с большей тактовой частотой означает повышение скорое обработки информации. Говоря о быстродействии процессор имеют в виду количество операций, выполняемых им в секунду

Один из способов повышения быстродействия МП -- использование кэш-памяти. Это позволяет избежать циклов ожидания в работе МП, пока информация из соответствующих схем памяти установится на системной шине данных компьютера. Таким образом кэш-память функционально предназначена для согласования скорости-работы сравнительно медленных устройств с относительно быстрым МП. Благодаря преимуществам в архитектуре процессоры с меньшей тактовой частотой могут иметь большее быстродействие.

Для определения производительности МП в настоящее время рассматривают четыре аспекта – целочисленные вычисления, вычисления с плавающей запятой, графика, видео, сравнивая их с производительностью процессора i486 SX-25 МГц, чьи показатели в 1992 г. были приняты за 100. Подчеркнем, что речь идет о производительности лишь самих процессоров, а не всей компьютерной системы в целом, которая зависит, помимо центрального процессора, от множества других факторов.

Для улучшения показателей при выполнении операций с плавающей запятой, на которые даже самые мощные универсальные микропроцессоры тратят достаточно много времени, создано и пользуется специальное устройство – математический сопроцессор. Это интегральная схема, работающая во взаимодействии центральным МП. Она предназначена только для выполнения математических операций. В них нет нужды, если работа на компьютере выполняется с базами данных или с обычными текстовыми редакторами, но если работают с электронными таблицами, с трехмерной графикой, издательскими пакетами, пакетами САПР, специальными программами по математическому моделированию, то отсутствие математического сопроцессора нежелательно. Поэтому все МП фирмы, начиная с i486, имеют встроенные сопроцессоры, что заметно повышает их производительность.

2. Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность, является разрядность. В общем случае производительность процессора тем выше, чем больше его разрядность. В настоящее время используются 18,16-, 32- и 64-разрядные процессоры, причем практически все современные программы рассчитаны на 32- и 64-разрядные процессоры.

Часто уточняют разрядность процессора и пишут, например, 16/20, что означает, что процессор имеет 16-разрядную шину данных и 20-разрядную шину адреса. Разрядность адресной шины определяет адресное пространство процессора, т.е. максимальный объем оперативной памяти, который может быть установлен в компьютере.

3. Интерфейс с системной шиной. Разрядность внутренней шины данных ПМ может не совпадать с количеством внешних выводов для линии данных. Например, МП с 32-разрядной внутренней шиной данных может иметь только 16 внешних линий данных. Это означает, что разрядность интерфейса с внешней шиной данных равна 16. Аналогичная ситуация может наблюдаться с другой частью системной шины -- адресной шиной. Как уже отмечалось выполнение процессором команды предусматривает наряду с арифметическими действиями и логическими операциями передачу управления и перемещение данных из одного места памяти в другое. Поэтому важна не только разрядность внутренних шин процессора, но и его интерфейс с системной шиной.

4. Адресное пространство (адресация памяти). Одна из функций процессора состоит в перемещении данных, в организации их обмена с внешними устройствами и оперативной памятью. При этом процессор формирует код устройства а, а для ОЗУ – адрес ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине. Объем физически адресуемой микропроцессором оперативной памяти называется его адресным пространством. Он определяется разрядностью внешней шины адреса. Действительно, пусть разрядность адресной шины, тогда количество различных двоичных чисел, которые можно по ней передать, равно 2^N. Известно, что число, передаваемое по адресной шине при обращении процессора к оперативной памяти, есть адрес ячейки ОЗУ (ее порядковый номер). Значит, 2^N -- это количество ячеек оперативной памяти которым, используя адресную шину, может обратиться (адресоваться) процессор, то есть 2^N -- объем адресного пространства процессора. Следовательно, при 16-, 20-, 24- или 32-разрядной шине адреса создается адресное пространство соответственно 2¹⁶ = 64Кбайта, 2²⁰= 1 Мбайт, 2²⁴ = 16 Мбайт, 2³² = 4 Гбайта. Поэтому разрядность процессора часто уточняют, записывая, например для i80386 -- 32/32, что означает: МП имеет 32-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса, то есть одновременно обрабатывает 32 бита информации, а объем адресного пространства микропроцессора составляет 2³² = 4 Гбайта.

Производительность процессора является интегральной характеристикой, которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а так же особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.). Производительность процессора нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования, т.е. определения скорости выполнения процессором определенных операций в какой-либо программной среде.

7. Оперативная память (назначение, принцип работы)

ОЗУ представляет собой массив электронных ячеек, каждая из которых может хранить 0 или 1. В оперативную память помещаются все коды, предназначенные для исполнения или обработки, т.е. она исполняет роль буфера между центральным процессором и остальными устройствами. Содержимое её сохраняется за счет постоянного обновления зарядов и исчезает после выключения ПК. Для выполнения любой программы ее коды и данные должны быть загружены в ОЗУ. После выполнения программы все это выгружается, и ячейки становятся свободными для других программ. Часть программ загружаются при старте системы (ядро системы, драйверы некоторых устройств) и находятся там все время работы операционной системы. Такие программы называются резидентными.

Операти́вная па́мять (англ. Random Access Memory, память с произвольным доступом; комп. жарг. Память) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции. Обязательным условием является адресуемость (каждое машинное слово имеет индивидуальный адрес) памяти. Передача данных в оперативную память процессором производится непосредственно, либо через сверхбыструю память. Содержащиеся в оперативной памяти данные доступны только тогда, когда компьютер включен. При выключении компьютера содержимое стирается из оперативной памяти, поэтому перед выключением компьютера все данные нужно сохранить. Так же от объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер.

Оперативное запоминающее устройство, ОЗУ — техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти.

ОЗУ большинства современных компьютеров представляет собой модули динамической памяти, содержащие полупроводниковые БИС ЗУ, организованные по принципу устройств с произвольным доступом. Память динамического типа дешевле, чем статического, и её плотность выше, что позволяет на том же пространстве кремниевой подложки размещать больше ячеек памяти, но при этом её быстродействие ниже. Статическая, наоборот, более быстрая память, но она и дороже. В связи с этим массовую оперативную память строят на модулях динамической памяти, а память статического типа используется для построения кеш-памяти внутри микропроцессора.

Память динамического типа (англ. DRAM (Dynamic Random Access Memory))

Экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита или трита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два). Такой вид памяти решает, во-первых, проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевле нескольких транзисторов) и во-вторых, компактности (там, где в SRAM размещается один триггер, то есть один бит, можно уместить восемь конденсаторов и транзисторов). Есть и свои минусы. Во-первых, память на основе конденсаторов работает медленнее, поскольку если в SRAM изменение напряжения на входе триггера сразу же приводит к изменению его состояния, то для того чтобы установить в единицу один разряд (один бит) памяти на основе конденсатора, этот конденсатор нужно зарядить, а для того чтобы разряд установить в ноль, соответственно, разрядить. А это гораздо более длительные операции (в 10 и более раз), чем переключение триггера, даже если конденсатор имеет весьма небольшие размеры. Второй существенный минус — конденсаторы склонны к «стеканию» заряда; проще говоря, со временем конденсаторы разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их ёмкость. За то, что разряды в ней хранятся не статически, а «стекают» динамически во времени, память на конденсаторах получила своё название динамическая память. В связи с этим обстоятельством, дабы не потерять содержимое памяти, заряд конденсаторов для восстановления необходимо «регенерировать» через определённый интервал времени. Регенерация выполняется центральным микропроцессором или контроллером памяти, за определённое количество тактов считывания при адресации по строкам. Так как для регенерации памяти периодически приостанавливаются все операции с памятью, это значительно снижает производительность данного вида ОЗУ.

Память статического типа (англ. SRAM (Static Random Access Memory))

ОЗУ, которое не надо регенерировать (и обычно схемотехнически собранное на триггерах), называется статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью. Достоинство этого вида памяти — скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях, а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера, обходится дороже, даже если они вытравляются миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть вытравлены линии связи. Используется для организации сверхбыстрого ОЗУ, критичного к скорости работы.

8. Внешние устройства ввода-вывода (Монитор, клавиатура, мышь)

Стандартным устройством вывода в системе является монитор. Мониторы различают: на электронно-лучевых трубках, на жидкокристаллических, плазменных экранах и др. Качество мониторов описывается следующими параметрами: размер экрана (измеряется в дюймах по диагонали), размер зерна (в сотых долях мм, например 0,24), максимальное разрешение (в точках, соотношение 4:3, например 1024 х 768), частота кадровой развёрстки при максимальном разрешении (скорость обновления изображения, например, 85 Гц), яркость – для ЖК-мониторов – измеряется в канделлах (например, 300 кд) и др.

К устройствам ввода информации относятся: клавиатура (стандартное устройство ввода), манипуляторы (мышь, трэкбол, джойстик), сенсорные устройства (экран, манипулятор, световое перо, дигитайзер), сканеры и камеры, устройства голосового ввода.

Стандартная компьютерная клавиатура, также называемая клавиатурой PC/AT или AT-клавиатурой (поскольку она начала поставляться вместе с компьютерами серии IBM PC/AT), имеет 101 или 102 клавиши. Клавиатуры, которые поставлялись вместе с предыдущими сериями — IBM PC и IBM PC/XT, — имели 86 клавиш.[источник не указан 882 дня] Расположение клавиш на AT-клавиатуре подчиняется единой общепринятой схеме, спроектированной в расчёте на английский алфавит.

Манипуляторы – это устройства позволяющие управлять курсором.

Мышь –манипулятор, в корпусе которого располагаются кнопки для выполнения команд. Качество мыши определяется разрешающей способностью, измеряемой в dpi.

Трэкбол – устройство управления курсором в виде шарика на неподвижной подставке. Перемещение курсора осуществляется шариком.

Сенсорные устройства ввода. Сенсорный манипулятор – управление курсором осуществляется движением пальца по специальной поверхности. Устройство надёжно, характеризуется высокой разрешающей способностью. Сенсорный экран – это поверхность, покрытая специальным слоем, позволяющая выбирать действие или команду, дотрагиваясь до экрана пальцем. Используется для быстрого доступа к информации. Световое перо – предназначено для ввода информации в карманных микрокомпьютерах, а также в системах проектирования и дизайна. Тачпэд – заменитель мыши в мобильных системах.

Графический планшет или дигитайзер – устройство для ввода в ПК чертежей или рисунков с преобразованием их в цифровой вид. Используются архитекторами и дизайнерами.

Сканеры – устройствадля преобразования изображения в цифровую форму для дальнейшей обработки компьютером.

Устройства голосового ввода – предназначены для облегчения набора текстов: текст вводится не с клавиатуры, а через микрофон. В современных компьютерах возможно программное создание такого устройства (при помощи звуковой карты, микрофона и специальной программы, например, ViaVoice от IBM).

9. Магнитные диски (определение, основные характеристики)

Устройства внешней памяти – это дисковые устройства (даже если в устройстве нет диска, оно в системе выглядит как логический диск): винчестеры, дискеты, компакт-диски, специальные диски (магнитооптические и т.п.), диски DVD, флэш-память, стриммеры. Все они являются энергонезависимыми носителями, т.е. информация на них хранится в отсутствие питания. Винчестер или жёсткий диск (НЖМД) предназначен для долгосрочного хранения информации и является базовым носителем в системе. Он представляет собой неразъемное устройство, в котором находятся привод, магнитные головки чтения-записи и сами носители: один или несколько дисков с ферромагнитным покрытием. Для винчестера главным параметром является ёмкость (измеряется в Гб). Характеристики жёсткого диска: среднее время доступа по чтению и по записи, емкость, скорость вращения дисков, объём кэш-памяти. Дисковод флоппи-дисков (FDD) – это устройство, предназначенное для записи и чтения информации с гибких магнитных дисков (флоппи-диск, дискета). Эти диски позволяют записывать 1,44 Мб (или 720 кб) информации (формат 2,88 не прижился). Дискеты предназначены для переноса информации (файлов) между системами и являются съемными дисками, т.е. дискета и привод являются отдельными устройствами. В настоящее время такой вид носителей практически не используется. Третий вид носителей – лазерные диски – бывают форматов CD и DVD. Это различные форматы, их объединяет только принцип записи. Приводы для этих дисков бывают только для чтения и для чтения-записи (запись возможна только на специальных дисках). Существуют комбинированные приводы, работающие с обоими форматами. На таких дисках хранят большие объёмы информации, например, программы инсталляции программ (700 Мб – CD, 4,7 Гб – DVD). Стриммер – устройство последовательного доступа для резервного копирования информации. Записывает данные на магнитные ленты (наподобие магнитофона) в специальных картриджах (кассетах). Флэш-память – еще одно устройство для переноса данных между системами построено на микросхемах памяти с возможностью энергонезависимого хранения. В настоящее время информационный объём составляет до 16 Гб. Флэш-память бывает как съёмной, так и несъёмной.

Дата добавления: 2015-04-24