1.1 Режимы обработки данных

При проектировании технологических процессов ориентируются на режимы их реализации. Режим реализации технологии зависит от объемно-временных особенностей решаемых задач: периодичности и срочности, требований к быстроте обработки сообщений, а также от режимных возможностей технических средств, и в первую очередь ЭВМ. Существуют: пакетный режим; режим реального масштаба времени; режим разделения времени; регламентный режим; запросный; диалоговый; телеобработки; интерактивный; однопрограммный; многопрограммный (мультиобработка).

Пакетный режим. При использовании этого режима пользователь не имеет непосредственного общения с ЭВМ. Сбор и регистрация информации, ввод и обработка не совпадают по времени. Вначале пользователь собирает информацию, формируя ее в пакеты в соответствии с видом задач или каким-то др. признаком. (Как правило, это задачи неоперативного характера, с долговременным сроком действия результатов решения). После завершения приема информации производится ее ввод и обработка, т.е., происходит задержка обработки. Этот режим используется, как правило, при централизованном способе обработки информации.

Диалоговый режим (запросный) режим, при котором существует возможность пользователя непосредственно взаимодействовать с вычислительной системой в процессе работы пользователя. Программы обработки данных находятся в памяти ЭВМ постоянно, если ЭВМ доступна в любое время, или в течение определенного промежутка времени, когда ЭВМ доступна пользователю. Взаимодействие пользователя с вычислительной системой в виде диалога может быть многоаспектным и определяться различными факторами: языком общения, активной или пассивной ролью пользователя; кто является инициатором диалога - пользователь или ЭВМ; временем ответа; структурой диалога и т.д. Если инициатором диалога является пользователь, то он должен обладать знаниями по работе с процедурами, форматами данных и т.п. Если инициатор - ЭВМ, то машина сама сообщает на каждом шаге, что нужно делать с разнообразными возможностями выбора. Этот метод работы называется “выбором меню”. Он обеспечивает поддержку действий пользователя и предписывает их последовательность. При этом от пользователя требуется меньшая подготовленность.

Диалоговый режим требует определенного уровня технической оснащенности пользователя, т.е. наличие терминала или ПЭВМ, связанных с центральной вычислительной системой каналами связи. Этот режим используется для доступа к информации, вычислительным или программным ресурсам. Возможность работы в диалоговом режиме может быть ограничена во времени начала и конца работы, а может быть и неограниченной.

Иногда различают диалоговый и запросный режимы, тогда под запросным понимается одноразовое обращение к системе, после которого она выдает ответ и отключается, а под диалоговым - режим, при которым система после запроса выдает ответ и ждет дальнейших действий пользователя.

Режим реального масштаба времени. Означает способность вычислительной системы взаимодействовать с контролируемыми или управляемыми процессами в темпе протекания этих процессов. Время реакции ЭВМ должно удовлетворять темпу контролируемого процесса или требованиям пользователей и иметь минимальную задержку. Как правило, этот режим используется при децентрализованной и распределенной обработке данных.

Режим телеобработки дает возможность удаленному пользователю взаимодействовать с вычислительной системой.

Интерактивный режим предполагает возможность двустороннего взаимодействия пользователя с системой, т.е. у пользователя есть возможность воздействия на процесс обработки данных.

Режим разделения времени предполагает способность системы выделять свои ресурсы группе пользователей поочередно. Вычислительная система настолько быстро обслуживает каждого пользователя, что создается впечатление одновременной работы нескольких пользователей. Такая возможность достигается за счет соответствующего программного обеспечения.

Однопрограммный и многопрограммный режимы характеризуют возможность системы работать одновременно по одной или нескольким программам.

Регламентный режим характеризуется определенностью во времени отдельных задач пользователя. Например, получение результатных сводок по окончании месяца, расчет ведомостей начисления зарплаты к определенным датам и т.д. Сроки решения устанавливаются заранее по регламенту в противоположность к произвольным запросам.

1.2 Способы обработки данных

Различаются следующие способы обработки данных: централизованный, децентрализованный, распределенный и интегрированный.

Централизованная предполагает наличие. При этом способе пользователь доставляет на ВЦ исходную информацию и получают результаты обработки в виде результативных документов. Особенностью такого способа обработки являются сложность и трудоемкость налаживания быстрой, бесперебойной связи, большая загруженность ВЦ информацией (т.к. велик ее объем), регламентацией сроков выполнения операций, организация безопасности системы от возможного несанкционированного доступа.

Децентрализованная обработка. Этот способ связан с появлением ПЭВМ, дающих возможность автоматизировать конкретное рабочие место.

Распределенный способ обработки данных основан на распределении функций обработки между различными ЭВМ, включенными в сеть. Этот способ может быть реализован двумя путями: первый предполагает установку ЭВМ в каждом узле сети (или на каждом уровне системы), при этом обработка данных осуществляется одной или несколькими ЭВМ в зависимости от реальных возможностей системы и ее потребностей на текущий момент времени. Второй путь - размещение большого числа различных процессоров внутри одной системы. Такой путь применяется в системах обработки банковской и финансовой информации, там, где необходима сеть обработки данных (филиалы, отделения и т.д.). Преимущества распределенного способа: возможность обрабатывать в заданные сроки любой объем данных; высокая степень надежности, так как при отказе одного технического средства есть возможность моментальной замены его на другой; сокращение времени и затрат на передачу данных; повышение гибкости систем, упрощение разработки и эксплуатации программного обеспечения и т.д. Распределенный способ основывается на комплексе специализированных процессоров, т.е. каждая ЭВМ предназначена для решения определенных задач, или задач своего уровня.

Интегрированный способ обработки информации. Он предусматривает создание информационной модели управляемого объекта, то есть создание распределенной базы данных. Такой способ обеспечивает максимальное удобство для пользователя. С одной стороны, базы данных предусматривают коллективное пользование и централизованное управление. С другой стороны, объем информации, разнообразие решаемых задач требуют распределения базы данных. Технология интегрированной обработки информации позволяет улучшить качество, достоверность и скорость обработки, т.к. обработка производится на основе единого информационного массива, однократно введенного в ЭВМ. Особенностью этого способа является отделение технологически и по времени процедуры обработки от процедур сбора, подготовки и ввода данных.

Комплекс технических средств обработки информации - это совокупность автономных устройств для сбора, накопления, передачи, обработки и представления информации, а также средств оргтехники, уп­равления, ремонтно-профилактических и других. К комплексу техни­ческих средств предъявляется ряд требований:

Обеспечение решения задач с минимальными затратами, необ­ходимой точности и достоверности;

Возможность технической совместимости устройств, их агре­гативность;

Обеспечение высокой надежности;

Минимальные затраты на приобретения.

Отечественной и зарубежной промышленностью выпускается широ­кая номенклатура технических средств обработки информации, разли­чающихся элементной базой, конструктивным исполнением, использо­ванием различных носителей информации, эксплуатационными характе­ристиками.

Технические средства обработки информации делятся на две большие группы. Это основные и вспомогательные средства обработки (рис.12).Вспомогательные средства информатизации - это оборудование, обеспечивающее работоспособность основных средств, a также оборудование, облег­чающее и делающее управленческий труд комфортнее. К вспомогатель­ным средствам обработки информации относятся средства оргтехники и ремонтно-профилактические средства. Оргтехника представлена весьма широкой номенклатурой средств, от канцелярских товаров, до средств доставления, размножения, храпения, поиска и уничтожения основных данных, средств административно-производственной связи и так далее, что делает работу управленца удобной и комфортной.

Рис. 12. Классификация технических средств обработки информации

Основные средства информатизации - это орудия труда по автоматизированной обработке информации. Известно, что для управления теми или иными процессами необходима определенная управленческая информация, ха­рактеризующая состояния и параметры технологических процессов, количественные, стоимостные и трудовые показатели производства, снабжения, сбыта, финансовой деятельности. К основным средствам технической обработки относятся: средства регистрации и сбора ин­формации, средства приема и передачи данных, средства подготовки данных, средства ввода, средства обработки информации и средства отображения информации.

Получение первичной информации и регистрация является одним из трудоемких процессов. Поэтому широко применяются устройства для механизированного и автоматизированного измерения, сбора и регистрации данных. Номенклатура этих средств весьма обширна. К ним относят: электронные весы, разнообразные счетчики, табло, расходомеры, кассовые аппараты, машинки для счета банкнот, банко­маты и многое другое. А также различные регистраторы производс­тва, предназначенные для оформления и фиксации сведений о хозяйс­твенных операциях на машинных носителях.

Средства приема и передачи информации. Под передачей инфор­мации понимается процесс пересылки данных (сообщений) от одного устройства к другому.

Средства подготовки данных представлены устройствами подго­товки информации на машинных носителях, устройствами для передачи информации документов на носители.

Средства ввода служат для восприятия данных машинных носите­лей и ввода информации в компьютерные системы.

Средства обработки информации играют важнейшую роль в комп­лексе технических средств обработки информации. К средствам обра­ботки можно отнести компьютеры, которые в свою очередь разделим на четыре класса: микро-ЭВМ, малые (мини) ЭВМ, большие и су­пер-ЭВМ.

Микро-ЭВМ бывают двух видов: универсальные и специализиро­ванные. И универсальные и специализированные могут быть как мно­гопользовательскими - мощные ЭВМ, оборудованные несколькими тер­миналами и функционирующие в режиме разделения времени (серверы), так и однопользовательскими (рабочие станции), которые специали­зируются на выполнении одного вида работ.

Малые ЭВМ - работают в режиме разделения времени и в много­задачном режиме, отличаются надежностью и простотой в эксплуата­ции.

Большие ЭВМ (мейнфермы) характеризуются большим объемом па­мяти, высокой отказоустойчивостью и производительностью, а также высокой надежностью и защитой данных; возможностью подключения большого числа пользователей.

Супер-ЭВМ - это мощные многопроцессорные ЭВМ с быстродейс­твием 40 млрд. операций в секунду.

Сервер - компьютер, выделенный для обработки запросов от всех станций сети и представляющий этим станциям доступ к систем­ным ресурсам и распределяющий эти ресурсы. Универсальный сервер называется - сервер-приложение. Мощные серверы можно отнести к малым и большим ЭВМ.

Средства отображения информации используют для вывода ре­зультатов вычисления, справочных данных и программ на машинные носители, печать, экран. К устройствам вывода можно отнести мо­ниторы, принтеры и плоттеры. Монитор - это устройство, предназначенное для отображения информации, вводимой пользователем с клавиатуры или выводимой компьютером. Принтер - это устройство вывода на бумажный носитель тексто­вой и графической информации. Плоттер - это устройство вывода чертежей и схем больших фор­матов на бумагу.

Офисная техника - неотъемлемая часть технического оборудова­ния любого офиса. Офисная организационная техника (оргтехника) - технические средства, применяемые для механизации и автоматизации управленческих и инженерно-технических работ. Недостаточное применение средств оргтехники приводит к снижению производительности труда и эффективности ра­боты управленческого и технического персонала. Под оргтехникой понимают технические средства, используемые в делопроизводстве для создания информационных бумажных докумен­тов, их копирования, размножения, обработки, хранения, транспор­тирования и средства административно-управленческой связи.

Средства составления и изготовления документов. К ним относятся пишущие машинки, организационные автоматы. Пишущие машинки недавно еще незаменимый вид оборудова­ния все более вытесняется персональными компьютерами, оснащенными принтерами. Механические пишущие машинки самые простые и дешевые, но и самые неудобные в работе. Электрические пишущие машинки требуют от машинистки мини­мальных усилий при нажатии клавиш и в тоже время обеспечивают большое количество копий - до 12. Электронные пишущие машинки, обладая всеми достоинствами электрических, имеют еще и память, что приближает их по эффектив­ности к организационным автоматам. Память электронных пишущих ма­шинок может быть как внутренняя (электронная, магнитная), так и внешняя (магнитные карты, ленты, дискеты). В этой памяти хранится разнообразная информация: стандартные тексты, шаблоны, адреса форматные документы. Печатаемая информация также может записы­ваться в память для дальнейшего анализа и использования. Естест­венно, извлекаемую из памяти информацию можно непосредственно при печати редактировать, менять адреса, фамилии и любые другие фраг­менты текстов. Электронные пишущие машинки могут иметь дисплей для предварительного вывода на экран и редактирования печатаемой информации, могут быть подключены к компьютеру для ввода-вывода необходимой информации и редактирования текстов с помощью более современных компьютерных редакторов. Канцелярские пишущие машинки настольные и труднопереносимые, среди них есть и механические, электрические и электронные. Портативные или дорожные пишущие машинки чаще всего бывают механическими. К специализированным пишущим машинкам, в зависимости от наз­начения, относятся пишущие машинки с шрифтом для слепых, набор­но-пишущие машины и автоматы для подготовки форм для последующего тиражирования, стенографические машины и приставки для формирова­ния стенографических отчетов о совещаниях, плоскопечатающие пишу­щие машинки для впечатывания текстов в паспортах и бланках и на­несения надписей на чертежи.

Организационные автоматы - э то зарегистрированный комплекс электромеханических и электронных устройств, предназначенных дня автоматизации процесса составления, редактирования и изготовления текстовых и табличных документов. Оргавтоматы включают в себя быстродействующие печатающие устройства, различные запоминающие устройства, микропроцессоры и иные устройства управления, дисп­леи. Функциональные возможности оргавтоматов шире, нежели у электронных пишущих машинок. Следует особо отметить целесообразность применения диктофонной техники в качестве промежуточного звена регистрации информации при создании машинописных документов. Ста­тистика показывает, что затраты труда на составление документа с промежуточной задиктовкой текста на диктофон и последующей пе­чатью с диктофона в 2-3 раза меньше, чем при рукописной подготов­ке и последующей печати с черновика. При больших объемах регуляр­ных машинописных работ в организациях целесообразно создавать диктофонномашинописные бюро.

Транспортирование документов между служебными помещениями фирмы, банка, библиотеки или другой организации может осущест­вляться при помощи средств транспортирования документов (тележек, конвейеров, лифтов, пневмопочты). Лифтовые транспортеры (или подъемники) применяются для вер­тикального перемещения документов. По принципу действия они могут быть дискретными и непрерывными. Если лифты имеют непрерывное пе­ремещение, тогда на их платформах (поддонах) используются прог­раммируемые устройства автоматической выгрузки и захвата груза.

Пневматическая почта обеспечивает перемещение документов по пневмотрубопроводу с большой скоростью и на большие расстояния. Многие пневмопочты обеспечивают передачу грузов в разных направ­лениях с автоматической маршрутизацией по заданной программе.

Средства обработки документов предназначены для осуществления адресации, маркирования, брошюрования и осуществления других операций над документами. Адресовальные машины широко используются для впечатывания в документы локальных фрагментов текстов, чаще всего стандартных: адресов клиентов, заголовков счетов, заявлений, извещений платеж­ных документов. Адресовальная машина копирует на документы или на этикетки для последующей наклейки фрагмента текста, оперативно выбираемого из большого числа текстов, хранящихся либо в памяти машины, либо в виде печатных форм в картотеке штемпелей-шаблонов, часто вставленных для удобства ручного выбора в разноцветные стандартные рамки. В адресовальных машинах используются специаль­ные формы для плоской, а иногда и высокой печати. Тексты для рас­печатки могут быть также получены из компьютера.

Маркировальные машины (франкировальные машины) вместо марок на конвертах печатают почтовые штампы с указанием даты почтового отправления и суммы оплаты. При печатании на счетчике франкиро­вальной машины накапливаются суммы платежей, подлежащих исполне­нию. Такой почтовый штамп может содержать краткое рекламное объ­явление, наименование организации, ее адрес, телефон.

Штемпелевальные устройства (нумераторы) служат для печатания на документах коротких цифровых сообщений: номеров, индексов, да­ты.

Ламинаторы - машины для защиты документов от влаги, пыли, масла и от небрежного хранения путем нанесения на поверхность до­кумента защитного покрытия. Документ вставляемся в машину, где он подвергается термообработке, в результате которой на документ на­носится с двух сторон защитная пленка, или на поверхность доку­мента просто приклеивается липкая прозрачная пленка. Ламинировать целесообразно ценные бумаги, объявления, обложки книг и отчетов, меню и многие другие документы.

Фальцевальные машины - устройства для выполнения различных видов фальцовки (сгибания) бумаг по заданному формату и аккурат­ного складывания их. Фальцевальные машины выполняют все стандарт­ные виды фальцевания одинарного, типа письма, зигзаг и др.

Брошюровальные машины устройства для автоматической фальцовки и скрепления брошюр с помощью металлических скрепок. Выпускается и более простые ручные и электрифицированные сшиватели бумаг.

Листоподборочные машины (коллаторы) автоматы для подборки (сортировки) отпечатанных листов в блоки, например для последующего изготовления книг, брошюр.

Средства копирования и размножения документов предназначены для осуществления операций копирования и размножения документов (статей, объ­явлений, рекламных проспектов) весьма распространены в деловом бизнесе и других областях трудовой и общественной деятельности. Для целей копирования и размножения документов используются спе­циальные технические средства. Дня получения небольшого количест­ва копий (до 25 экз.) целесообразно пользоваться средствами копи­рования документации (репрографии), при большом тиражировании (более 25 экз.) - средствами размножения документов (оперативной или малой полиграфии). Электрографическое копирование (электрофотографическое, ксерографическое) является в настоя­щее время наиболее распространенным способом копирования. Более 70% мирового парка копировального оборудования составляют элект­рографические копировальные аппараты, посредством которых изго­тавливается свыше 50% всех копий, получаемых в мире.

Термографическое копирование. Это самый оперативный способ копирования (десятки метров в минуту), позволяющий получать копию на специальной достаточно дорогой термореактивной бумаге или на обычной бумаге, но через термокопировальную бумагу. Фотографическое копирование. Этот способ копирования - самый давний. Он обеспечивает самое высокое качество, но требует доро­гих расходных материалов и длительного процесса. Электронно-графическое копирование. Оно основано на оптичес­ком считывании документов (фотодиоды преобразуют проектируемое на них изображение документа в электрические сигналы) и электроиск­ровой регистрации информации на специальный носитель копии. Копии чаще всего получат на электрофотопленке и на термореактивной бу­маге. Копии на электрофотопленке служат основой для последующего тиражирования документов средствами трафаретной печати, и в ас­пекте подготовки высококачественных трафаретных печатных форм электронно-графическое копирование весьма эффективно и широко ис­пользуется. Диазографическое светокопиро­вание - диазография, синькография. Применяется преимущественно для копирования большеформатной чертежно-технической документа­ции. Оригинал должен быть выполнен на светопроницаемой бумаге, кальке. Процесс заключается в экспонировании оригинала контактным способом на светочувствительную диазобумагу и отбеливании бумаги ярким светом в местах, где нет изображения.

К средствам оперативной полиграфии относятся гектографическая, офсетная, трафаретная печати. Гектографическая печать. Принцип ее основан на изготовлении печатной формы с большим запасом краски, которая постепенно раст­воряется спиртом (отсюда распространенное ее название - спиртовая печать) и расходуется, переносясь на копии. В основе офсетной печати лежит принцип не­совместимости масла и воды. Печать выполняется с плоской поверх­ности (формы), обработанной таким образом, чтобы участки, соот­ветствующие наносимому изображению, удерживали краску на масляной основе и отталкивали воду, а остальная поверхность удерживала во­ду и отталкивала краску. Печатная форма изготавливается на мелованной бумаге путем переноса на нее при помощи специальной копировальной бумаги зер­кального изображения документа. Печать выполняется на гектографах путем увлажнения бумаги спиртом и контактного переноса тонкого слоя краски с печатной формы на эту бумагу. С одной печатной фор­мы можно получить 100-200 оттисков. Гектографическая печать при­меняется при небольшом тиражировании 25-250 экземпляров. Печатная форма изготавливается на металлической (фольга) или гидрофильной бумажной пластине путем печатания на пишущей машинке (принтере) либо электрографическим или термографическим копирова­нием документа, но с обязательным использованием жирового краси­теля. При печати на ротапринтах на пластину накатывается краска, налипающая на жирные мета, а затем контактным способом через про­межуточное эластичное звено (офсетный барабан) краска переносится на бумагу для получения копии.

Трафаретная печать. Печатная форма - трафарет, изготавлива­ется на листе восковой, желатиновой или коллоидной бумаги либо на пленке путем пробивания в ней микроотверстий на специальных пишу­щих машинках или методом электроннографического копирования. Про­цесс печати заключается в продавливании краски через трафарет на машинах, называемых ротаторами.

Электронно-трафаретная печать. Особого внимания заслуживает, безусловно, самый эффективный и перспективный вариант оперативной полиграфии на ризографах, использующий последние достижения циф­ровой электроники и существенно улучшающий все характеристики трафаретной печати. Ризографы - сравнительно новый тип копиро­вально-множительной техники, они совмещают традиционную трафарет­ную печать с современными цифровыми методами изготовления и обра­ботки электронных документов. Подключив ризограф к компьютеру че­рез параллельный порт, его можно использовать для оперативного создания, редактирования и размножения любых полиграфических из­даний.

Ризограф был изобретен и создан в 1980 году в Японии, а уже к началу 1995 года более 70% японских школ были оснащены ризогра­фами; в России первые ризографы появились в 1992 году, в 1995 го­ду их количество у нас превысило 3000, а общие потребности рос­сийского рынка составляют, по оценке специалистов, 200 тыс.шт. При подготовке матрицы тиражируемый оригинал документа поме­щают на встроенный сканер. Сканер считывает информацию, кодирует ее и создает соответствующий цифровой файл. После обработки спе­циальной многослойной мастер-пленки термоголовкой, управляемой SIMM цифровым файлом, создается рабочая матрица, содержащая копи­руемое изображение или текст в виде микроотверстий во внешнем слое пленки. Затем рабочая матрица пропитывается специальным красителем, поглощаемым внутренним слоем пленки, и используется как трафарет для тиражирования документа. С одной рабочей матрицы можно получить не менее 4000 оттисков хорошего качества. Все наз­ванные процедуры выполняются автоматически. Ризографы выпускаются в двух конфигурациях: роликовой и планшетной. Планшетные ризографы позволяют копировать как цветовые, так и сброшюрованные материалы. Но они обычно без автоматической по­дачи оригинала. Ризографы снабжаются дизайнерским планшетом для оформительских работ. С помощью этого планшета без ножниц и клея можно макетировать оригинал и оформить копии лучше, чем оригинал. В оригинале, помещенном на планшет, можно специальным карандашом отметить поля, подлежащие изменению, и для каждого поля указать вид обработки.

Система управления электронными документами - это набор уст­ройств и программ, позволяющих эффективно организовывать процеду­ры создания, хранения, манипулирования и пересылки электронных документов. Создание простых текстовых документов может выполняться на пишущих машинках различного вида с последующим вводом текста с бумажного документа в персональных компьютер с помощью сканера. Но, безусловно, эффективнее даже простые документы создавать непосредственно на персональных компьютерах с использованием широкого арсенала программных средств, обеспечивающих удобный и высоко-эффективный сервис. Тем более этот сервис важен при создании сложных высокохудожественных документов, предназначенных для последующего тиражирования. Сос­тавление таких сложных документов требует исполнения процедур на­бора текста, редактирования, корректуры, подготовки иллюстраций, макетирования и версией страниц, печати.

Часто непосредственными источниками материалов для докумен­тов служат системы сканирования изображений, факсы, электронная почта, электронные таблицы, графики, чертежи. Все процедуры создания документа можно эффективно выполнить на персональном компьютере, оснащенном сканером и набором проб­лемно-ориентированных прикладных программных продуктов, в первую очередь программ текстового редактирования или настольной изда­тельской системы. Сканер может использоваться для ввода в доку­мент отдельно подготовленных фрагментов, рисунков, фотографий, схем, печатей, подписей.

Система хранения электрон­ных документов должна обеспечить эффективное хранение и актуали­зацию документов во внешней памяти ЭВМ, а также их эффективный поиск и конфиденциальный доступ к ним. Хранилищем специальным об­разом организованной информации, в том числе и электронных доку­ментов во внешней памяти ЭВМ, являются базы данных. Манипулирование электронными документами. Основными функция­ми этой подсистемы являются: организация работы с электронными документами, контроль исполнения документов, их электронное расп­ространение, распечатка и тиражирование.

Системы административно-управленческой связи . Компьютер из мощного вычислителя превращается в мощное средство управления электронными документами и в мощное коммуни­кационное средство. Действительно, по разнообразным информационно-вычислительным сетям можно отравлять и получать сообщения в самые отдаленные пункты всего мира, обмениваться данными и программами с сотнями и тысячами абонентов, получать любую справочную информацию из сис­тем оперативных услуг. Компьютер может быть подключен к абонентской телефонной сети и получить доступ к другим абонентам этой сети, к электронной почте, к телетайпам и телефаксам, работающим с этой сетью.

Для подключения ко всем этим сетям необходим модем. Модем устанавливается в слот (разъем) материнской платы пер­сонального компьютера или автономно подключается к последователь­ному порту. Компьютерный модем часто имеет два внешних разъема: один используется для включения в телефонную сеть, второй - для подключения параллельно модему второго телефонного аппарата. Для компьютеров следует использовать высокоскоростные модемы (14400, 28800 и 33600 бод), ибо они, кроме всего прочего существенно э­кономят расходы на аренду каналов связи передача 1 Мбайта данных со скоростью 300 бод занимает около 3 часов, а со скоростью 28800 бод - менее 2 минут.

Компьютер с факс-модемом работает намного надежнее и устой­чивее телефакса, обеспечивает много дополнительных сервисные ус­луг: существенно более удобная и эффективная автоматизация подго­товки текстов факса с использованием всего арсенала компьютерных средств, интеграция с электронной почтой, телексом и базой данных компьютера, наличие больше объемной электронной справочной книги, содержащей самую разнообразную полезную информацию, разграничение прав доступа сотрудников и внешних абонентов к факсу, контроль прохождения корреспонденции, подробная статистика работы с фак­сом. В настоящий момент выпускаются клавиатуры компьютеров, с ко­торых можно непосредственно набирать номер телефона абонента, а также появились компьютеры, оборудованные видеокамерой и микрофо­ном, позволяющие не только обмениваться факсами с партнером, но и видеть его, и разговаривать с ним.

Вопросы для самопроверки

1. Опишите существующие подходы создания АИС и их сущность.

2. Определите понятие информационной модели и требования к ним.

3. Опишите сущность концептуального уровня проектирования АИС.

4. Опишите сущность логического уровня проектирования АИС.

5. Опишите сущность физического уровня проектирования АИС.

6. Опишите сущность принципов проектирования АИС экономико-математического характера.

7. Опишите сущность принципов проектирования АИС системного характера.

8. Опишите сущность принципов проектирования АИС организационно-технического характера.

9. Опишите сущность частных принципов проектирования АИС.

10. Опишите сущность декомпозиции и проблемы декомпозиции АИС.

11. Определите состав подсистем АИС, опишите цели и сущности задач.

12. Определите понятие интеграции АИС и опишите проблемы, связанные с созданием ИАИС.

13. Определите понятия комплексность и адаптивность АИС.

14. Определите понятия АРМ. Опишите их сущность на одном из примеров.

15. Принципы проектирования интерфейса для АРМ.

16. Опишите классификацию технических средств обработки информатизации.

Технологический процесс обработки данных в информационных системах осуществляется при помощи:

технических средств сбора и регистрации данных;

средств телекоммуникаций;

систем хранения, поиска и выборки данных;

средств вычислительной обработки данных;

технических средств оргтехники.

В современных информационных системах технические средства обработки данных используются комплексно, на основе технико-экономического расчета целесообразности их применения, с учетом соотношения “цена/качество” и надежности работы технических средств.

Информационные технологии

Информационные технологии можно определить как совокупность методов – приемов и алгоритмов обработки данных и инструментальных средств – программных и технических средств обработки данных.

Информационные технологии можно условно разделить на категории:

Базовые информационные технологии – это универсальные технологические операции обработки данных, как правило, не зависящие от содержания обрабатываемой информации, например, запуск программ на выполнение, копирование, удаление, перемещение и поиск файлов и т.п. Они основаны на использовании широко применяемых программных и технических средств обработки данных.

Специальные информационные технологии – комплекс информационно связанных базовых информационных технологий, предназначенных для выполнения специальных операций с учетом содержания и/или формы представления данных.

Информационные технологии являются необходимым базисом для создания информационных систем.

Информационные системы

Информационная система (ИС) представляет собой коммуникационную систему по сбору, передаче, переработке информации об объекте, снабжающую работников различного ранга информацией для реализации функции управления.

Пользователями ИС являются организационные единицы управления – структурные подразделения, управленческий персонал, исполнители. Содержательную основу ИС составляют функциональные компоненты – модели, методы и алгоритмы формирования управляющей информации. Функциональная структура ИС представляет собой совокупность функциональных компонентов: подсистем, комплексов задач, процедур обработки информации, определяющих последовательность и условия их выполнения.

Внедрение информационных систем производится с целью повышения эффективности производственно-хозяйственной деятельности объекта за счет не только обработки и хранения рутинной информации, автоматизации конторских работ, но и за счет принципиально новых методов управления. Эти методы основаны на моделировании действий специалистов организации при принятии решений (методы искусственного интеллекта, экспертные системы и т.п.), использовании современных средств телекоммуникаций (электронная почта, телеконференции), глобальных и локальных вычислительных сетей и т. д.

Классификация ИС проводится по следующим признакам:

характер обработки информации;

масштаб и интеграция компонентов ИС;

информационно-технологическая архитектура ИС.

По характеру обработки информации и сложности алгоритмов обработки ИС принято делить на два больших класса:

ИС для оперативной обработки данных. Это традиционные ИС для учета и обработки первичных данных большого объема с применением жестко регламентированных алгоритмов, фиксированной структуры базы данных (БД) и т.п.

ИС поддержки и принятия решений . Они ориентированы на аналитическую обработку больших объемов информации, интеграцию разнородных источников данных, использование методов и средств аналитической обработки.

В настоящее время сложились основные информационно-технологические архитектуры:

ИС с централизованной обработкой данных;

архитектура вида “файл-сервер”;

архитектура вида “клиент-сервер”.

Централизованная обработка предполагает объединение на одном компьютере ПС пользовательского интерфейса, приложений и БД.

В архитектуре “файл-сервер ” многим пользователям сети предоставляются файлы главного компьютера сети, называемого файл-сервером . Это могут быть отдельные файлы пользователей, файлы баз данных и программы приложений. Вся обработка данных производится на компьютерах пользователей. Такой компьютер называется рабочей станцией (РС). На ней устанавливаются ПС пользовательского интерфейса и приложений, которые могут вводиться как с устройств ввода РС, так и передаваться по сети с файл-сервера. Файл-сервер может использоваться также для централизованного хранения файлов отдельных пользователей, пересылаемых ими по сети с РС. Архитектура “файл-сервер ” применяется преимущественно в локальных компьютерных сетях.

В архитектуре “клиент-сервер ” программное обеспечение ориентировано не только на коллективное использование ресурсов, но и на их обработку в месте размещения ресурса по запросам пользователей. Программные системы архитектуры “клиент-сервер” состоят из двух частей: программного обеспечения сервера и программного обеспечения пользователя-клиента. Работа этих систем организуется следующим образом: программы-клиенты выполняются на компьютере пользователя и посылают запросы к программе-серверу, которая работает на компьютере общего доступа. Основная обработка данных производится мощным сервером, а на компьютер пользователя посылаются только результаты выполнения запроса. Так, например, сервер баз данных используется в мощных СУБД, таких как Microsoft SQL Server, Oracle и др., работающих с распределенными базами данных. Серверы баз данных рассчитаны на работу с большими объемами данных (десятки гигабайт и более) и на большое число пользователей и обеспечивают при этом высокую производительность, надежность и защищенность. Архитектура “клиент-сервер” в определенном смысле является основной в приложениях глобальных компьютерных сетей.

Системный блок состоит из корпуса с блоком питания и материнской (системной) платы. Блок питания преобразует переменный ток в постоянный ток низкого напряжения. От мощности блока питания зависит, какое количество дополнительных устройств, которые не имеют собственного блока питания, можно подключать к системному блоку.

Материнская плата - основная часть компьютера, с помощью которой сочетаются другие элементы. Это большая печатная плата, на которой располагаются системная и локальная шины, микропроцессор, оперативная память, дополнительные микросхемы и слоты для подключения дополнительных устройств. Материнские платы унифицированы по типоразмерам (в настоящее время наиболее распространены AT, ATX, LPX, NLX).

Системная шина предназначена для передачи информации между центральным процессором и другими компонентами компьютера. В современных компьютерах применяются шины EISA, PCI, PCMCIA, AGP. Шины делятся на синхронные, где данные передаются соответственно к тактовой частоты (РСИ), и асинхронные, где данные передаются в произвольные моменты времени (EISA).

Центральный процессор (Central Processing Unit - CPU) - это большая интегральная схема, реализованная на одном полупроводниковом кристалле, что предназначена для программно управляемой обработки информации. В зависимости от типа инструкций, которые выполняются, различают микропроцессоры CISC (Complex Instruction Set Computer) и RISC (Reduce Instruction Set Computer). Первые микропроцессоры были CISC-процессорами. В RISC-процессорах используются инструкции одинаковой длины, которые проще и быстрее выполняются.

Разрядность микропроцессора определяет, сколько битов информации обрабатывается в нем за один такт. Первый микропроцессор Intel 4004, появившийся в 1971 p., был чотирирозрядним и имел тактовую частоту 750 КГц. С развитием процессоров их тактовая частота, разрядность регистров и внешней шины данных увеличиваются, улучшается декодирования команд. Современные компьютеры Pentium III имеют тактовую частоту 450 МГц и выше.

Оперативная память бывает динамичной или статичной. Оперативная память динамического типа - это память с произвольным выбором (Dynamic Random Access Memory, DRAM). Каждый бит такой памяти представляется как наличие или отсутствие заряда на конденсаторе, образованном в структуре полупроводникового кристалла. Статическая память (Static RAM - SRAM) как элементарную ячейку использует статический триггер, состоящий из нескольких транзисторов. Эта память имеет высокое быстродействие, но она дороже.

По способу доступа к данным память разделяют на синхронную и асинхронную. Микросхемы динамической памяти выполняются в различных корпусах: SIMM (Single In line Memory Module), DIMM (Dual In line Memory Module). SDRAM синхронизирована с системным таймером, который управляет центральным процессором. SDRAM II (DDR - Double Data Rate) использует более точную внутреннюю синхронизацию, что вдвое увеличивает скорость доступа.

В видеопамяти используется динамическая оперативная память, которая имеет ряд особенностей: доступ осуществляется достаточно крупными блоками, перезаписи данных происходит без прерывания процедуры считывания.

BIOS (Basic Input/Output System) - специальная микросхема, которая содержит набор программ ввода-вывода, с помощью которых операционная система и прикладные программы могут взаимодействовать с устройствами компьютера на физическом уровне; программу тестирования компьютера и его устройств, что запускается при включении компьютера; программу setup для изменения параметров, определяющих конфигурацию компьютера.

Устройства хранения информации

Накопители информации предназначены для длительного хранения больших объемов информации. Этот вид памяти, в отличие от оперативной, энерго-независимый, т.е. информация не теряется после выключения питания компьютера. В основе работы устройств хранения информации лежат разные принципы (магнитные, оптические и т.п.). Стоимость хранения единицы информации на них значительно ниже по сравнению с оперативной памятью, а объем носителей, которые используются в этих устройствах намного больше, однако время доступа к информации в них еще больше. Различают накопители со сменными и неизменными носителями. Надежность сохранения информации на несъемных носителях значительно больше, а время доступа меньше.

Для интеграции в компьютер накопителей информации разработаны специальные интерфейсы, из которых на сегодняшний день наиболее популярные IDE (Integrated Drive Electronics) и SCSI (Small Computer System Interface).

Интерфейс SCSI был разработан в 1970 p. К шине можно подключать до восьми устройств, включая основной контроллер SCSI. Контроллер SCSI имеет собственный BIOS, который управляет вось-мирозрядною шиной SCSI, освобождая центральный процессор.

Интерфейс IDE был предложен в 1988 г. Функции контроллера реализованы в электронной части устройства. Обмен данными может осуществляться как через центральный процессор (РИО - Programmed Input/Output), так и напрямую (DMA - Direct Memory Access).

Стримеры - накопители на магнитных лентах. Они обычно используются для создания архивных копий большого объема и имеют встроенные средства сжатия данных.

Накопители на жестких дисках - это устройства с неизменным носієм. их часто называют винчестерами. Они содержат механический привод, головки считывания записи на несколько носителей и контроллер, обеспечивающий работу устройства и передачу данных. Для записи информации используются магнитные свойства поверхности дисков-носителей.

Накопители на жестких дисках отличаются друг от друга прежде всего своей емкостью и скоростью работы. Скорость работы диска характеризуется двумя показателями: временем доступа к данным на диске и скоростью чтения и записи данных на диск.

При чтении или записи коротких блоков данных, расположенных в разных участках диска, скорость работы определяется временем доступа к данным, а при считывании или записи больших блоков данных гораздо важнее пропускная способность тракта обмена с диском.

Накопители на сменных дисках: приводы для дискет размером "и 5,25" - FDD (Floppy Disk Drive), магнитооптических дисков - MOD (Magneto-Optical Disk), CD-ROM, CD-RW, DVD (Digital Versatile Disk). Они позволяют переносить информацию с одного компьютера на другой и делать архивные копии информации, содержащейся на жестком диске.

Следует заметить, что время доступа и скорость чтения-за-аписи зависят не только от самого устройства, но и от параметров всего тракта обмена с диском: от быстродействия контроллера диска, системной шины и центрального процессора компьютера.

Клавиатура является основным устройством ввода информации в компьютер. Это совокупность механических датчиков, воспринимающих нажатия на клавиши и замыкающих определенную электрическую цепь. Разработано много видов клавиатур, отличающихся в основном по эргономическими качествами. В клавиатуру могут встраиваться дополнительные устройства, например микрофон. Наиболее распространены два вида клавиатур: с механическим и мембранным переключателями. Технология, основанная на мембранных переключателях, считается более прогрессивной, хотя особых преимуществ не имеет.

Мыши и трекболы - это координатные устройства ввода информации в компьютер. Они имеют две или три кнопки управления, но третья кнопка практически не используется. Кроме того, двокнопкова мышь может иметь специальное колесико для быстрого просмотра многостраничной информации. Распространены как механические мыши, так и оптические, которые позволяют достигать большей точности. Есть три способа подключения мыши: через последовательный СОМ-порт, порт PS/2 и порт USB. В трекболі движется не корпус, а только его шарик, что позволяет повысить точность управления курсором и не требует дополнительного пространства для работы. Трекболы обычно используются в портативных компьютерах.

Сканер - это устройство, с помощью которого информация с бумажных носителей вводится в компьютер. Оптическое разрешение сканера определяет размер элементов, которые сканер передает без искажений. Разрешающая способность зависит от количества элементов, используемых на единицу длины в линейке светочувствительных элементов и от шага перемещения устройства сканирования. Она измеряется в dpi - количество точек на дюйм.

Все модели сканеров можно разделить на ручные, планшетные, рулонные и барабанные. Ручные сканеры надо перемещать рукой по материалу, который сканируется. В планшетных сканерах головка сканирования перемещается по изображению с помощью шагового двигателя. Рулонные сканеры протягивают изображения через устройство сканирования. Барабанные сканеры используют фотоэлектронный множитель как светочувствительный элемент.

Кроме того, сканеры разделяют на однопроходные, что используют три линейки для одновременного получения информации о три основные цвета, и трипрохідні, что за один проход получают информацию о какой-то один цвет. Цветовая разрядность сканера определяется количеством битов, используемых для хранения информации о цвете. Современные сканеры используют не менее 24 бит (8 бит на каждый цвет).

Для связи с компьютером сканеры используют последовательный и параллельный порты, а также интерфейсы SCSI и USB.

Электронный планшет - координатный преобразователь, используется в основном для задач САПР.

Джойстик - аналоговый рычажный устройство для ввода координатной информации. Он используется практически только в играх и тренажерах.

Лекция № 3

Основные вопросы лекции:

1. Технические средства информатики.

2. Понятие о принципах работы ЭВМ.

3. Основные компоненты персонального компьютера.

Технические средства информатики

ЭВМ - основное техническое средство обработки информации, классифицируемое по ряду признаков, в частности: по назначению, принципу действия , способам организации вычислительного процесса, размерам и вычислительной мощности, функциональным возможностям, способности к параллельному выполнению программ и др.

По назначению ЭВМ можно разделить на три группы:

· универсальные (общего назначения) - предназначены для решения самых разных инженерно-технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Характерными чертами этих ЭВМ являются высокая производительность, разнообразие форм обрабатываемых данных (двоичных, десятичных, символьных), разнообразие выполняемых операций (арифметических, логических, специальных), большая емкость оперативной памяти, развитая организация ввода-вывода информации;

· проблемно-ориентированные - предназначены для решение более узкого круга задач, связанных обычно с технологическими объектами, регистрацией, накоплением и обработкой небольших объемов данных (управляющие вычислительные комплексы);

· специализированные - для решения узкого круга задач, чтобы снизить сложность и стоимость этих ЭВМ, сохраняя высокую производительность и надежность работы (программируемые микропроцессоры специального назначения, контроллеры, выполняющие функции управления техническими устройствами).

По принципу действия (критерием деления вычислительных машин является форма представления информации, с которой они работают):

· аналоговые вычислительные машины (АВМ) - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной форме, т.е. виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения); в этом случае величина напряжения является аналогом значения некоторой измеряемой переменной. Например, ввод числа 19.42 при масштабе 0.1 эквивалентен подаче на вход напряжения в 1.942 В;

· цифровые вычислительные машины (ЦВМ) - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее в цифровой, форме - в виде нескольких различных напряжений, эквивалентных числу единиц в представляемом значении переменной;

· гибридные вычислительные машины (ГВМ) - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме.

АВМ просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них нетрудоемкое, скорость решения изменяется по желанию оператора (больше, чем у ЦВМ), но точность решения очень низкая (относительная погрешность 2-5 %). На АВМ решают математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не содержащие сложной логики. ЦВМ получили наиболее широкое распространение, именно их подразумевают, когда говорят про ЭВМ. ГВМ целесообразно использовать для управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

По поколениям можно выделить следующие группы:

1 поколение. В 1946г. была опубликована идея использования двоичной арифметики (Джон фон Нейман, А. Бернс) и принципа хранимой программы, активно использующиеся в ЭВМ 1 поколения. ЭВМ отличались большими габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием, низкой надежностью, программированием в кодах. Задачи решались в основном вычислительного характера , содержащие сложные расчеты, необходимые для прогноза погоды, решения задач атомной энергетики, управления летательной техникой и других стратегических задач.

2 поколение. В 1948 г. Bell Telefon Laboratory объявила о создании первого транзистора. По сравнению с ЭВМ предыдущего поколения улучшились все технические характеристики. Для программирования используются алгоритмические языки, предприняты первые попытки автоматического программирования.

3-е поколение. Особенностью ЭВМ 3 поколения считается применение в их конструкции интегральных схем, а в управлении работой компьютера - операционных систем. Появились возможности мультипрограммирования, управления памятью, устройствами ввода-вывода. Восстановление после сбоев взяла на себя операционная система. С середины 60-х до середины 70-х годов важным видом информационных услуг стали базы данных, содержащие разные виды информации по всевозможным отраслям знаний. Впервые возникает информационная технология поддержки принятия решений. Это совсем новый способ взаимодействия человека и компьютера.

4-е поколение. Основные черты этого поколения ЭВМ - наличие запоминающих устройств, запуск ЭВМ с помощью системы самозагрузки из ПЗУ, разнообразие архитектур, мощные ОС, объединение ЭВМ в сети. Начиная с середины 70-х годов, с созданием национальных и глобальных сетей передачи данных ведущим видом информационных услуг стал диалоговый поиск информации в удаленных от пользователя базах данных.

5-е поколение. ЭВМ со многими десятками параллельно работающих процессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельной векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы.

6-е поколение. Оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой - с сетью из большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих структуру нейронных биологических систем.

Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям .

Большие ЭВМ. Исторически первыми появились большие ЭВМ, элементная база которых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверх высокой степенью интеграции. Однако их производительность оказалась недостаточной для моделирования экологических систем, задач генной инженерии, управления сложными оборонными комплексами и др.

Большие ЭВМ часто называют за рубежом MAINFRAME и слухи об их смерти сильно преувеличены.

Как правило, они имеют:

· производительность не менее 10 MIPS (миллионов операций с плавающей точкой в секунду)

· основную память от 64 до 10000 МВ

· внешнюю память не менее 50 ГВ

· многопользовательский режим работы

Основные направления использования - это решение научно-технических задач, работа с большими БД, управление вычислительными сетями и их ресурсами в качестве серверов.

Малые ЭВМ. Малые (мини) ЭВМ - надежные, недорогие и удобные в эксплуатации, обладают несколько более низкими, по сравнению с большими ЭВМ возможностями.

Супер-мини ЭВМ имеют:

· емкость основной памяти - 4-512 МВ

· емкость дисковой памяти - 2 - 100 ГВ

· число поддерживаемых пользователей - 16-512.

Мини-ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов, в системах несложного моделирования, в АСУП, для управления технологическими процессами.

СуперЭВМ. Это мощные многопроцессорные ЭВМ с быстродействием сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду.

Достичь такую производительность на одном микропроцессоре по современным технологиям невозможно, в виду конечного значения скорости распространения электромагнитных волн (300000 км/сек), ибо время распространения сигнала на расстояние в несколько миллиметров становится соизмеримым со временем выполнения одной операции. Поэтому суперЭВМ создают в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем.

В настоящее время в мире насчитывается несколько тысяч суперЭВМ, начиная от простеньких офисных Cray EL до мощных Cray 3, SX-X фирмы NEC, VP2000 фирмы Fujitsu (Япония), VPP 500 фирмы Siemens (Германия).

Микро ЭВМ или персональный компьютер. ПК должен иметь характеристики, удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности:

· малую стоимость

· автономность эксплуатации

· гибкость архитектуры, дающую возможность адаптироваться в сфере образования, науки, управления, в быту;

· дружественность операционной системы;

· высокую надежность (более 5000 часов наработки на отказ).

Большинство из них имеют автономное питание от аккумуляторов, но могут подключаться к сети.

Специальные ЭВМ. Специальные ЭВМ ориентированы на решение специальных вычислительных задач или задач управления. В качестве специальной ЭВМ можно рассматривать также электронные микрокалькуляторы. Программа, которую выполняет процессор, находится в ПЗУ или в ОП, а т.к. машина решает, как правило, одну задачу, то меняются только данные. Это удобно (программу хранить в ПЗУ), в этом случае повышается надежность и быстродействие ЭВМ. Такой подход часто используется в бортовых ЭВМ, управлении режимом работы фотоаппарата, кинокамеры, в спортивных тренажерах.

Понятие о принципах работы ЭВМ

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 устройствами.

Магистраль включает в себя три многоразрядные шины:

· шину данных,

· шину адреса

· и шину управления.

Шины представляют собой многопроводные линии.

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, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Разрядность процессоров постоянно увеличивалась 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 адресное пространство процессора, т.е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 32 бит.

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

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

1. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, выполняющихся процессором автоматически в определенной последовательности.Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются командыусловного илибезусловного перехода, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды «стоп». Таким образом,процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти, поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.Это открывает целый ряд возможностей. Например,программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение цик­лов и подпрограмм).Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаныметоды трансляции - перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен. Компьютеры, построенные на перечисленных принципах, относятся к типуфон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т. е. они могут работать без счетчика команд, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам необязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не фон-неймановскими.

Основные компоненты персонального компьютера

Компьютер имеет модульную структуру, которая включает:

Системный блок

Металлический корпус с блоком питания. В настоящее время системные блоки выпускают стандарта ATX, размером 21x42x40см, блок питания - 230Вт, рабочее напряжение 210-240В, отсеки 3x5.25"" и 2x3.5"", автоматическое выключение по завершению работы. В корпусе также располагается динамик.

1.1. Системная (материнская) плата (motherboard), на которой располагаются различные устройства, входящие в системный блок. Конструкция материнской платы сделана по принципу модульного конструктора, что позволяет каждому пользователю достаточно легко заменять вышедшие из строя или устаревшие элементы системного блока. На системной плате крепятся:

а) Процессор (CPU - Central Processing Unit) - большая интегральная схема на кристалле. Выполняет логические и арифметические операции, осуществляет управление функционированием компьютера. Процессор характеризуется фирмой изготовителем и тактовой частотой . Наиболее известными изготовителями являются Intel и AMD. Процессоры имеют собственные имена Athlon, Pentium 4, Celeron и т.д. Тактовая частота определяет быстродействие процессора и измеряется в Герцах (1\с). Так, Pentium 4 2,2 ГГц, имеет тактовую 2200000000 Гц (выполняет более 2-х миллиардов операций в секунду). Еще одна характеристика процессора – это наличие кэш-памяти (cache) – еще более быстрая, чем RAM память, в которой хранятся наиболее часто используемые CPU данные. Кэш является буфером между процессором и ОЗУ. Кэш полностью прозрачен, не обнаруживается программно. Кэш снижает общее количество тактов ожидания процессора при обращении к ОЗУ.

б) Сопроцессор (FPU - Floating Point Unit). Встроен в CPU. Выполняет арифметические операции с плавающей запятой.

в) Контроллеры - микросхемы, отвечающие за работу различных устройств компьютера (клавиатуры, HDD, FDD, мыши и т.д.). Сюда же отнесем и микросхему ПЗУ (Постоянное Запоминающее Устройство) в которой хранится ROM-BIOS.

г) Слоты (шины) - разъемы (ISA, PCI, SCSI, AGP и т.д.) под различные устройства (оперативная память, видеокарта и т.п.).

Шина - собственно, набор проводов (линий), соединяющий различные компоненты компьютера для подвода к ним питания и обмена данными. Существующие шины: ISA (частота – 8МГц, количество разрядов – 16, скорость передачи данных – 16Мб/с),

д) Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM - Random Access Memory (типы SIMM, DIMM (Dual Inline Memory Module), DRAM (Dynamic RAM), SDRAM (Synchronous DRAM), RDRAM)) - микросхемы, служащие для кратковременного запоминания промежуточных команд, значений вычислений, производимых CPU, а также других данных. Там же для повышения быстродействия хранятся исполняемые программы. ОЗУ - быстродействующая память со временем регенерации 7·10 -9 сек. Емкость до 1Гб. Питание 3.3В.

е) Видеокарта (видеоакселератор) - устройство, расширяющее возможности и ускоряющее работу с графикой. Видеокарта имеет свою видеопамять (16, 32, 64, 128Мб) для хранения графической информации и графический процессор (GPU – Graphic Processor Unit), берущий на себя вычисления при работе с 3D графикой и видео. GPU работает на частоте 350МГц и содержит 60млн. транзисторов. Поддерживается разрешение 2048х1536 60Гц при 32 битном цвете. Производительность: 286 млн. пикселей/сек. Может иметь выход на TV и видеовход. Поддерживаются эффекты: прозрачность и просвечивание, затенение (получение реалистичного освещения), блики, цветовое освещение (источники света разных цветов), смазывание, объемность, затуманивание, отражение, отражение в кривом зеркале, дрожание поверхностей, искажение изображения, вызываемое водой и теплым воздухом, трансформация искажений по шумовым алгоритмам, имитация туч на небе и др.

ж) Звуковая карта - устройство, расширяющее звуковые возможности компьютера. Звуки генерируются с помощью записанных в память (32Мб) образцов звуков разных тембров. Одновременно воспроизводится до 1024 звуков. Поддерживаются различные эффекты. Могут иметь линейный вход/выход, выход на наушники, микрофонный вход, разъем для джойстика, вход для автоответчика, аналоговый и цифровой вход CD аудио.

з) Сетевая карта - устройство, отвечающее за подключение компьютера к сети для возможности обмена информацией.

Кроме материнской платы в системном блоке находятся:

1.2. Накопитель на жестком магнитном диске (винчестер, HDD - Hard Disk Drive) - герметично запаянный корпус с вращающимися магнитными дисками и магнитными головками. Служит для долговременного хранения информации в виде файлов (программы, тексты, графика, фотография, музыка, видео). Емкость - 75 Гб, размер буфера 1-2Мб, скорость передачи данных 66.6Мб/сек. Максимальная скорость вращения шпинделя - 10 000, 15000 об./мин. HDD фирмы IBM имеет емкость 120Гб, скорость вращения шпинделя 7200 об/мин.

1.3. Накопитель на гибком магнитном диске (дисковод, флоппи, FDD - Floppy Disk Drive) - устройство, служащее для записи/считывания информации с дискет, которые можно переносить с компьютера на компьютер. Емкость дискеты: 1.22Мб (размер 5.25"" (1""=2.54см)), 1.44Мб (размер 3.5""). 1.44Мб эквивалентно 620 страницам текста.

1.4. CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) - устройство, служащее только для считывания информации с CD. Двоичная информация с поверхности CD считывается лучом лазера. Емкость CD - 640Мб=74мин. музыки=150000стр. текста. Скорость вращения шпинделя 8560 об/мин., размер буфера 128Кб, максимальная скорость передачи данных 33.3Мб/сек. Скачки и срывы при воспроизведении видео являются причинами не заполнения или переполнения буфера, служащего для промежуточного хранения передаваемых данных. Имеются регулятор громкости и выход на наушники (для прослушивания музыкальных CD).

1.5. CD-R (Compact Disc Recorder) - устройство, служащее для считывания и однократной записи информации на CD. Запись основана на изменении отражающих свойств вещества подложки CD под действием луча лазера.

1.6. DVD-ROM диски (цифровые видео диски) имеют гораздо большую информационную емкость (до 17 Гбайт), т.к. информация может быть записана на двух сторонах, в два слоя на одной стороне, а сами дорожки имеют меньшую толщину.

Первое поколение DVD-ROM накопителей обеспечивало скорость считывания информации примерно 1,3 Мбайт/с. В настоящее время 5-скоростные DVD-ROM достигают скорости считывания до 6,8 Мбайт/с.

Существуют DVD-R диски (R - recordable, записываемый), которые имеют золотистый цвет. Специальные DVD-R дисководы обладают достаточно мощным лазером, который в процессе записи информации меняют отражающую способность участков поверхности записываемого диска. Информация на таких дисках может быть записана только один раз.

1.7. Существуют также CD-RW и DVD-RW диски (RW - Rewritable, перезаписываемый), которые имеют «платиновый» оттенок. Специальные CD-RW и DVD-RW дисководы в процессе записи информации также меняют отражающую способность отдельных участков поверхности дисков, однако информация на таких дисках может быть записана многократно. Перед перезаписью записанную информацию «стирают» путем нагревания участков поверхности диска с помощью лазера.

Состав ЭВМ кроме системного блока входят следующие устройства ввода-вывода информации.

2. Монитор (дисплей) - устройство вывода графической информации. Есть цифровые и жидкокристаллические. Размеры по диагонали - 14"", 15"", 17"", 19"", 21"", 24"". Размер пикселя - 0.2-0.3мм. Частота смены кадров - 77Гц при разрешении 1920x1200 пиксель, 85Гц при 1280x1024, 160Гц при 800x600. Количество цветов определяется количеством разрядов на один пиксель и может быть 256 (2 8 , где 8 - количество разрядов), 65536 (2 16 , режим High Color), 16 777 216 (2 24 , режим True Color, может быть и 2 32). Есть электронно-лучевые и LCD мониторы. Мониторы используют RGB систему образования цвета, т.е. цвет получается смешением 3-х основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue).

3. Клавиатура (keyboard) - устройство ввода команд и символьной информации (108 клавиш). Подключается к последовательному интерфейсу (COM порт).

4. Манипулятор типа мышь (mouse) - устройство ввода команд. Стандартом является 3-х кнопочная мышь с колесом прокрутки (scrolling).

5. Печатающее устройство (принтер) - устройство для вывода информации на бумагу, пленку или другую поверхность. Подключается к параллельному интерфейсу (LPT порт). USB (Universal Serial Bus) – универсальная последовательная шина заменившая устаревшие COM и LPT порты.

а) Матричный . Изображение формируется иголками, пробивающими красящую ленту.

б) Струйный . Изображение формируется выбрасываемыми из сопел (до 256) микрокаплями краски. Скорость движения капель до 40м/с.

в) Лазерный . Изображение на бумагу переносится со специального барабана, наэлектризованного лазером, к которому притягиваются частички краски (тонера).

6. Сканер - устройство для ввода изображений в компьютер. Есть ручной, планшетный, барабанный.

7. Модем (МОдулятор-ДЕМодулятор) - устройство, позволяющее обмениваться информацией между компьютерами через аналоговые или цифровые каналы. Модемы отличаются друг от друга максимальной скоростью передачи данных (2400, 9600, 14400, 19200, 28800, 33600, 56000 бит в секунду), поддерживаемыми протоколами связи. Бывают модемы внутренние и внешние.