Билет 4. Организация и основные характеристики памяти компьютера

В процессе работы компьютера программы, исходные данные, а также промежуточные и окончательные результаты необходимо где-то хранить и иметь возможность обращаться к ним. Для этого в составе компьютера имеются различные запоминающие устройства, которые называют памятью.

Важными характеристиками компьютерной памяти являются:

§ объём (ёмкость)– максимальное количество хранимой в ней информации. Для измерения объёма памяти используются такие единицы как байты, килобайты, мегабайты, гигабайты.

§ быстродействие (время доступа) – время, необходимое для чтения из памяти или записи в память минимальной порции информации. Время доступа к памяти измеряется в наносекундах (миллиардных долях секунды).

§ надёжность сохранности информации.

Виды компьютерной памяти:

Внутренняя память:

· оперативная память RAM (Random Access Memory- память с произвольным доступом) – это электронное устройство для временного хранения информации.

Оперативная память состоит из ячеек. Каждая ячейка имеет свой уникальный адрес. Чтобы взять информацию из ячейки или поместить её туда, надо указать адрес ячейки. Содержимое ячеек во время работы компьютера постоянно меняется: при записи в ячейку информации прежнее содержимое ячейки исчезает (стирается), а при чтении содержимое ячейки не стирается, а лишь переносится в другую ячейку копия информации. Информация в ячейках представляет собой последовательность из 0 и 1. Такое представление информации называется двоичным кодом.

Оперативная память – память высокого быстродействия и ограниченного объёма (до 1024 Мб). При выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается.

· постоянная память ROM (Read Only Memory–память только для чтения) – электронное устройство для долговременного хранения постоянной информации, которая необходима для начальной загрузки компьютера.

Эта информация, записана на предприятии - изготовителе, она неизменна в течение длительного времени. Постоянная информация включает программы, которые автоматически запускаются при включении компьютера. Эти программы предназначены для проверки исправности компьютера и первоначальной загрузки операционной системы, содержат специальные инструкции, детализирующие выполнение компьютерных операций. Компьютер может читать или исполнять программы из постоянной памяти, но он не может изменять их и добавлять новые. Постоянная память предназначена только для считывания информации. Это энергонезависимая память.

· кэш-память служит для увеличения производительности компьютера, согласования работы устройств различной скорости. Она является промежуточным запоминающим устройством, или буфером. Кэш-память используется при обмене данными между процессором и оперативной памятью, а так же между оперативной и внешней памятью. Использование этого типа памяти сокращает число обращений к жёсткому диску за данными.

Внешняя память компьютера предназначена для долговременного хранения большого объёма информации (программ, документов, аудио- и видеоклипов и т.д.) Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем или дисководом, а хранится информация на носителях (например, дискетах).

В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД или дискетах) и накопителях на жёстких магнитных дисках (НЖМД или винчестерах), в основу записи, хранения и считывания информации положен магнитный принцип, а в лазерных дисководах - оптический принцип.

Основные виды внешних носителей информации.

§ Гибкие магнитные диски (дискеты, флоппи-диски).

Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый защитный корпус.

Дискета вставляется в дисковод - вращающийся диск с постоянной угловой скоростью. Магнитная головка дисковода устанавливается на определённую концентрическую дорожку диска, на которую и записывается (или считывается) информация.

Информационная ёмкость дискеты составляет 1,44 Мбайт.

В целях сохранения информации гибкие магнитные диски следует предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как это может привести к размагничиванию носителя и потере информации.

§ Жёсткие магнитные диски.

Жёсткие магнитные диски представляют собой несколько десятков, размещённых на одной оси, заключённых в металлический корпус и вращающихся с высокой угловой скоростью. За счёт множества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная ёмкость жёстких дисков может в десятки тысяч раз превышать информационную ёмкость дискет и достигать 80 Гбайт.

Чтобы сохранить информацию и работоспособность жёстких дисков, необходимо оберегать их от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.

§ Лазерные дисководы и диски.

Лазерные дисководы используют оптический принцип чтения информации. На лазерных дисках СD (CD - Compact Disk, компакт диск) и DVD (DVD - Digital Video Disk, цифровой видеодиск) информация записана на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью. Лазерный луч падает на поверхность вращающегося диска, а интенсивность отражённого луча зависит от отражающей способности участка дорожки и приобретает значение 0 или 1.

На CD-диске может быть записано до 700 Мбайт информации, на DVD-диске – 4 Гбайта и более.

Для сохранности информации лазерные диски надо предохранять от механических повреждений (царапин), от загрязнения.

Flash-память. Flash-память представляет собой микросхему, помещённую в миниатюрный корпус. Такая память энергонезависима, она не имеет движущихся частей, и обеспечивает высокую сохранность данных при использовании в мобильных устройствах (портативных компьютерах, цифровых камерах). Её информационная ёмкость может достигать 2 Гбайт и более.

Для предотвращения потери информации на flash-диске и выхода его из строя необходимо оберегать flash-память от неправильного отключения от компьютера.

Билет 5. Операционная система компьютера.

В течение нескольких десятилетий создавались программы, необходимые для обеспечения функционирования компьютера и обработки данных различных типов. Совокупность таких программ составляет программное обеспечение (ПО) компьютера.

Базовой и необходимой составляющей ПО компьютера является операционная система (ОС).

На IBM-совместимые персональные компьютеры устанавливаются ОС Windows или Linux, а на персональные компьютеры фирмы Apple – ОС Mac OS.

Операционные системы разные, но их назначение и функции одинаковые. Без ОС компьютер не может работать в принципе. Операционная системаобеспечивает совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.

Современные ОС имеют сложную структуру, каждый элемент которой выполняет определённые функции по управлению компьютером:

· процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к обмену файлами между устройствами. В ОС имеются программные модули, управляющие файловой системой (базовый модуль).

· пользователь общается с компьютером через устройства ввода информации (клавиатура, мышь). После ввода команды операционной системы специальная программа, которая называется командный процессор, расшифровывает команды и исполняет их.

· к магистрали компьютера подключаются различные устройства (дисководы, монитор, клавиатура, принтер и т. д.). Каждое устройство выполняет определённую функцию (ввод информации, хранение информации, вывод информации), при этом техническая реализация устройств существенно различается (они обрабатывает информацию по-разному и с различной скоростью). В состав операционной системы входят драйверы устройств, специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами, а также позволяют производить настройку некоторых параметров устройств. Каждому устройству соответствует свой драйвер.

· процесс общения пользователя с компьютером должен быть удобным. В состав современных операционных систем входят программные модули, создающие графический интерфейс. В ОС с графическим интерфейсом пользователь может вводить команды с помощью мыши, тогда как в режиме командной строки необходимо вводить команды с помощью клавиатуры.

· в состав ОС входят также сервисные программы, или утилиты. Такие программы позволяют обслуживать диски (проверять, сжимать, дефрагментировать и т.д.), выполнять операции с файлами (архивировать и т.д.), работать в компьютерных сетях и т.д.

· для удобства пользователя в состав ОС обычно входит также справочная система. Она позволяет оперативно получить необходимую информацию как о функционировании ОС в целом, так и о работе её отдельных модулей.

ОС распространяются в форме дистрибутивов на лазерных дисках. В первую очередь, необходимо провести установку ОС, в процессе которой файлы ОС копируются с диска дистрибутива на жёсткий диск компьютера.

Программы (в том числе и ОС) могут выполняться, только если они находятся в оперативной памяти, поэтому файлы операционной системы необходимо загрузить с жёсткого диска в оперативную память. Все файлы операционной системы не могут одновременно находиться в оперативной памяти, так как объем современных операционных систем составляет десятки мегабайт. Для функционирования компьютера обязательно должны находиться в оперативной памяти базовый модуль, командный процессор и драйверы подключенных устройств. Модули операционной системы, обеспечивающие графический интерфейс, могут быть загружены по желанию пользователя.

Загрузка ОС начинается после:

1. Включения питания компьютера или
2. Нажатия кнопки Reset на системном блоке компьютера или
3. Одновременного нажатия клавиш Ctrl+Alt+Del на клавиатуре.

В процессе загрузки ОС сначала производится тестирование работоспособности процессора, памяти и других устройств компьютера. Программы тестирования компьютера и начальной загрузки ОС (BIOS) хранятся в ПЗУ – энергонезависимой электронной памяти. Информация о ходе тестирования высвечивается на экране дисплея в виде кратких диагностических сообщений. После проведения тестирования специальная программа, содержащаяся в BIOS, начинает поиск (в начале диска) небольшой программы-загрузчика ОС. Программа-загрузчик считывается в память, и ей передается управление. В свою очередь она ищет на диске базовый модуль операционной системы, загружает его в память и передает ему управление. В состав базового модуля операционной системы входит основной загрузчик, который ищет остальные модули операционной системы и загружает их в оперативную память.

После окончания загрузки ОС управление передаётся командному процессору. Пользователь получает возможность управлять компьютером с использованием графического интерфейса ОС.

Билет 6. Файловая система. Папки. Файлы (имя, тип, путь доступа). Операции с файлами и папками.

Вся информация в компьютере хранится на диске (жёстком, гибком, лазерном) в виде файлов. Некоторые из них называются программными файлами и состоят из команд для компьютера. Другие файлы содержат информацию, которую используют и обрабатывают программы – это файлы данных.

Каждый файл имеет имя. По имени файла компьютер определяет, где файл находится, какая информация в нём содержится, в каком формате она записана и какими программами её можно обработать.

Имя файла состоит из 2-х частей, разделённых точкой: имя файла. расширение

Имя файлу даёт пользователь, а расширение (тип) файла обычно задаётся программой автоматически при его создании.

Расширение указывает, какого рода информация хранится в файле.

.bat,.com,.exe – программные (исполнимые) файлы	.txt,.doc – текстовые файлы
.bmp,.gif,.jpg,.tif – графические файлы	.wav,.snd,.mid – звуковые файлы
.avi,.mov,.mpg – файлы видео	.arj,.rar,.zip – архивные файлы

Виды расширений:

В ОС Windows имя файла вместе с расширением не может содержать более 255 символов. При задании имени файла можно использовать любые символы, имеющиеся на клавиатуре компьютера, кроме \ /: *? “ < > |. Вместо пробелов в «длинных» именах файлов ставится знак подчёркивания _

Для того, чтобы на диске можно было хранить файлы, диск должен быть отформатирован. В процессе форматирования на диске выделяются концентрические дорожки, которые в свою очередь, делятся на секторы (кластеры). Каждой дорожке и каждому сектору (кластеру) присваивается свой порядковый номер.

После форматирования гибкого диска его параметры будут такими:

< сторон – 2

< дорожек на одной стороне – 80

< количество секторов на дорожке – 18

< размер сектора – 512 байтов (0,5 Кбайт)

Общая ёмкость гибкого диска: количество секторов 2×80×18=2880

2880×512=1474560 байт=1440 Кбайт (1,44 Мбайт)

Ёмкость доступная для записи данных:

количество секторов 2880-33=2847

2847×512=1457664 байт=1423,5 Кбайт (1,39 Мбайт)

При записи на гибкий диск каждый файл занимает всегда целое количество секторов, значит минимальный размер файла – один сектор (512 байт), максимальный размер соответствует общему количеству секторов на диске. Файл записывается в произвольные свободные сектора, которые могут находиться на разных дорожках. Например, файл открытка.bmp объёмом 2 Кбайта может занимать секторы 34, 35 (1 дорожка) и 47, 48 (2 дорожка), а файл сочинение.doc объёмом 1 Кбайт – секторы 36 и 49.

Для того чтобы можно было найти файл по его имени, на диске создаётся каталог. Каталог диска содержит имя файла, указание на номер его начального сектора на диске, объём файла, дату и время его создания.

Имя файла	Адрес первого сектора	Объём файла, Кбайт	Дата создания	Время создания
открытка.bmp			15.04.2007	16.30
сочинение.doc			6.05.2007	10.45
…

Запись файлов на гибкий диск производится с 34 сектора. Первый сектор отводится для размещения загрузочной записи операционной системы. 2 - 33 секторы отводятся для размещения каталога.

Существуют два различных вида форматирования дисков: полное и быстрое. Полное форматирование включает в себя разметку диска на дорожки и секторы, поэтому все хранившиеся на диске файлы уничтожаются. Быстрое форматирование производит лишь очистку каталога диска. Сами файлы сохраняются, и существует возможность их восстановления.

Форматирование жёсткого диска сам пользователь не производит, его выполняют специалисты. В процессе форматирования диск разбивается на кластеры. В одном кластере могут содержаться десятки секторов. Размер кластера зависит от размера жёсткого диска и способа записи адреса файла на жёсткий диск (типа каталога диска).

Например, если объём жёсткого диска 4 Гбайт, на запись адреса файла в каталоге диска отводится 16 битов (используется таблица размещения FAT16), то размер кластера составит: 524288 бит =64 Кбайт.

При записи на жёсткий диск каждый файл занимает целое количество кластеров, и каким бы маленьким ни был файл, например объёмом 12 Кбайт, он всё равно займет целый кластер, а все неиспользуемые секторы в нём пропадут. При размещении на жёстком диске большого количества небольших по размеру файлов они будут занимать кластеры частично, что приведёт к большим потерям свободного дискового пространства.

Для борьбы с нерациональными потерями дискового пространства жёсткий диск с помощью специальных программ разбивают на несколько разделов (логических дисков), а так же применяют более «продвинутый» способ записи адреса файла на жёсткий диск (в ОС Windows 98, ХР – FAT32).

Объём диска, Гб	Размер кластера, Кб
До 8
8…16
16…32
Более 32

Размеры кластеров для FAT32:

В среднем количество файлов на дисках составляет десятки тысяч. Для того чтобы свободно ориентироваться в таком количестве, файлы необходимо как-то организовать (упорядочить). Способ размещения файлов на дисках называется файловой системой.

Для организации файлов в ОС Windows принята многоуровневая иерархическая система, которая представляет собой систему вложенных папок. В каждой папке могут храниться папки нижнего уровня, а также файлы. В основе такой системы лежит диск (гибкий, жёсткий или лазерный). Каждый диск имеет имя, которое обозначается латинской буквой со знаком двоеточия: А:, В: – гибкие диски, С:, D:, Е: – жёсткие и лазерные диски. Папка верхнего уровня называется «корневой», её имя совпадает с именем диска.

для диска А: – имя корневой папки А:\ для диска D: – имя корневой папки D:\

Пример иерархической файловой системы:

в корневой папке диска С: имеются две вложенные папки первого уровня GAMES и TEXT, а в папке GAMES – одна вложенная папка второго уровня CHESS. При этом в папке CHESS имеется файл chess.exe, а в папке TEXT – файл proba.txt.

Чтобы найти файл в иерархической файловой структуре необходимо указать путь к файлу (его адрес). В путь файла входит имя диска и последовательность имен вложенных друг в друга папок, в последней из которых содержится нужный файл. Адрес файла chess.exe: C:\GAMES\CHESS\chess.exe, а файла proba.txt: C:\TEXT\proba.txt

С помощью специальных программ – файловых менеджеров – можно производить над файлами следующие операции:

§ Копирование (копия файла помещается в другую папку)

§ Перемещение (сам файл перемещается в другую папку)

§ Удаление (запись о файле удаляется из каталога)

§ Переименование (в каталоге изменяется имя файла)

В операционной системе Windows операции с файлами можно производить с помощью мыши с использованием технологии «возьми и перенеси».

Для долговременного хранения или передачи файлов по компьютерным сетям целесообразно архивировать файлы (уменьшать их информационный объём). В процессе архивации файлы сжимаются без потери информации, то есть при разархивации данные и программы восстанавливаются в исходном виде. Существуют различные методы архивации файлов (ZIP, RAR и другие), которые различаются степенью сжатия файлов, скоростью выполнения и другими параметрами. Лучше всего сжимаются файлы данных и практически не сжимаются файлы программ. Для проведения архивации используются специальные программы – архиваторы, которые входят в состав файловых менеджеров.

Билет 7. Информация и информационные процессы в природе, обществе, технике. Информационная деятельность человека.

В современном мире роль информатики, средств обработки, передачи, накопления информации неизмеримо возросла. Средства информатики и вычислительной техники сейчас во многом определяют научно-технический потенциал страны, уровень развития ее народного хозяйства, образ жизни и деятельности человека.

Для целенаправленного использования информации ее необходимо собирать, преобразовывать, передавать, накапливать и систематизировать. Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией, будем называть информационными процессами. Получение и преобразование информации является необходимым условием жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования. Живые существа способны не только воспринимать информацию из окружающей среды с помощью органов чувств, но и обмениваться ею между собой.

Человек также воспринимает информацию с помощью органов чувств, а для обмена информацией между людьми используются языки. За время развития человеческого общества таких языков возникло очень много. Прежде всего, это родные языки (русский, татарский, английский и др.)» на которых говорят многочисленные народы мира. Роль языка для человечества исключительно велика. Без него, без обмена информацией между людьми было бы невозможным возникновение и развитие общества.
Информационные процессы характерны не только для живой природы, человека, общества. Человечеством созданы технические устройства — автоматы, работа которых также связана с процессами получения, передачи и хранения информации. Например, автоматическое устройство, называемое термостатом, воспринимает информацию о температуре помещения и в зависимости от заданного человеком температурного режима включает или отключает отопительные приборы.
Деятельность человека, связанную с процессами получения, преобразования, накопления и передачи информации, называют информационной деятельностью.

Тысячелетиями предметами труда людей были материальные объекты. Все орудия труда от каменного топора до первой паровой машины, электромотора или токарного станка были связаны с обработкой вещества, использованием и преобразованием энергии. Вместе с тем человечеству пришлось решать задачи управления, задачи накопления, обработки и передачи информации, опыта, знания, возникают группы людей, чья профессия связана исключительно с информационной деятельностью. В древности это были, например, военачальники, жрецы, летописцы, затем ученые и т. д.

Однако число людей, которые могли воспользоваться информацией из письменных источников, было ничтожно мало. Во-первых, грамотность была привилегией крайне ограниченного круга лиц и, во-вторых, древние рукописи создавались в единичных (иногда единственных) экземплярах.

Новой эрой в развитии обмена информацией стало изобретение книгопечатания. Благодаря печатному станку, созданному И. Гуттенбергом в 1440 году, знания, информация стали широко тиражируемыми, доступными многим людям. Это послужило мощным стимулом для увеличения грамотности населения, развития образования, науки, производства.

По мере развития общества постоянно расширялся круг людей, чья профессиональная деятельность была связана с обработкой и накоплением информации. Постоянно рос и объем человеческих знаний, опыта, а вместе с ним количество книг, рукописей и других письменных документов. Появилась необходимость создания специальных хранилищ этих документов — библиотек, архивов. Информацию, содержащуюся в книгах и других документах, необходимо было не просто хранить, а упорядочивать, систематизировать. Так возникли библиотечные классификаторы, предметные и алфавитные каталоги и другие средства систематизации книг и документов, появились профессии библиотекаря, архивариуса.

В результате научно-технического прогресса человечество создавало все новые средства и способы сбора, хранения, передачи информации. Но важнейшее в информационных процессах — обработка, целенаправленное преобразование информации осуществлялось до недавнего времени исключительно человеком.

Вместе с тем постоянное совершенствование техники, производства привело к резкому возрастанию объема информации, с которой приходится оперировать человеку в процессе его профессиональной деятельности.

Развитие науки, образования обусловило быстрый рост объема информации, знаний человека. Если в начале прошлого века общая сумма человеческих знаний удваивалась приблизительно каждые пятьдесят лет, то в последующие годы — каждые пять лет.

Выходом из создавшейся ситуации стало создание компьютеров, которые во много раз ускорили и автоматизировали процесс обработки информации.

Первая электронная вычислительная машина «ЭНИАК» была разработана в США в 1946 году. В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 году под руководством академика В. А. Лебедева.

В настоящее время компьютеры используются для обработки не только числовой, но и других видов информации. Благодаря этому информатика и вычислительная техника прочно вошли в жизнь современного человека, широко применяются в производстве, проектно-конструкторских работах, бизнесе и многих других отраслях.

Компьютеры в производстве используются на всех этапах: от конструирования отдельных деталей изделия, его дизайна до сборки и продажи. Система автоматизированного производства (САПР) позволяет создавать чертежи, сразу получая общий вид объекта, управлять станками по изготовлению деталей. Гибкая производственная система (ГПС) позволяет быстро реагировать на изменение рыночной ситуации, оперативно расширять или сворачивать производство изделия или заменять его другим. Легкость перевода конвейера на выпуск новой продукции дает возможность производить множество различных моделей изделия. Компьютеры позволяют быстро обрабатывать информацию от различных датчиков, в том числе от автоматизированной охраны, от датчиков температуры для регулирования расходов энергии на отопление, от банкоматов, регистрирующих расход денег клиентами, от сложной системы томографа, позволяющей «увидеть» внутреннее строение органов человека и правильно поставить диагноз.

Компьютер находится на рабочем столе специалиста любой профессии. Он позволяет связаться по специальной компьютерной почте с любой точкой земного шара, подсоединиться к фондам крупных библиотек, не выходя из дома, использовать мощные информационные системы — энциклопедии, изучать новые науки и приобретать различные навыки с помощью обучающих программ и тренажеров. Модельеру он помогает разрабатывать выкройки, издателю компоновать текст и иллюстрации, художнику — создавать новые картины, а композитору — музыку. Дорогостоящий эксперимент может быть полностью просчитан и имитирован на компьютере.

Разработка способов и методов представления информации, технологии решения задач с использованием компьютеров, стала важным аспектом деятельности людей многих профессий.

Дата добавления: 2015-04-24