Основы хранения данных в эвм. Хранение данных в памяти ЭВМ. Основное назначение периферийных устройств

Хранение данных в памяти ЭВМ.

Наименование параметра	Значение
Тема статьи:	Хранение данных в памяти ЭВМ.
Рубрика (тематическая категория)	Всякое разное

Различают устройства хранения информации, реализованные в виде электронных схем, и накопители информации, при помощи которых данные записываются на какой-либо носитель, например магнитный или оптический (ранее использовались даже бумажные носители- перфокарты и перфоленты). Устройства, представляющие собой электронные схемы, отличаются небольшим временем доступа к данным, но не позволяют хранить большие объёмы информации. Накопители информации наоборот дают возможность хранить большие объёмы информации, но время её записи и считывания больше.

Способы хранения битов в современных ЭВМ. Хранение бита в машине требует устройства, которое может находиться в двух состояниях, например, такого как выключатель (включен или выключен), реле (открыто или закрыто) пли флаг на флагштоке (поднят или опущен). Одно из состояний используется для обозначения 0, второе для обозначения 1.

Триггер – ϶то схема, которая на выходе имеет значение 0 или 1, и ϶то значение остается неизменным до тех пор, пока кратковременный импульс, исходящий от другой цепи, не заставит ᴇᴦο переключиться на другое значение. Таким образом триггер может находиться в одном из двух состояний, одно из которых соответствует запоминанию двоичного нуля, другое - запоминанию двоичнои̌ единицы.

Современным способом хранения битов аналогичным образом является конденсатор , который состоит из двух небольших металлических пластин, расположенных параллельно друг другу на некотором расстоянии. Если к пластинам подсоединить источник напряжения: к однои̌ пластине - положительный полюс, к другой - отрицательный, заряды из источника перейдут на пластины. Теперь, в случае если убрать источник напряжения, то заряды останутся на пластинах. Если соединить пластины, то возникнет электрический ток, и заряды будут нейтрализованы. Таким образом, конденсатор может находиться в одном из двух состояний (заряжен и разряжен), одно из которых должна быть принято за 0, другое - за 1. Современные технологии позволяют создать миллионы крошечных конденсаторов, объединенных в одну цепь на однои̌ пластине (микросхеме, чипе). По϶тому конденсатор стал распространенным способом для хранения битов в машинах.

Триггеры и конденсаторы являются примерами систем хранения с различными степенями устойчивости. Триггер теряет введенные данные после отключения питания. Заряды конденсатора настолько слабы, что они имеют тенденцию рассеиваться сами по себе, даже когда машина включена. Отсюда следует, что, заряд конденсатора должен постоянно пополняться при помощи так называемой цепи регенерации. По причине ϶той неустойчивости память компьютера, построенная таким способом, часто называется динамической памятью.

Хранение данных в памяти ЭВМ. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Хранение данных в памяти ЭВМ."2017-2018.

Память ЭВМ состоит из двоичных запоминающих элементов - битов (англ. Binary Digit - двоичная цифра). В обычных ЭВМ применяются ячейки, состоящие из четырех последовательно расположенных байтов (из слов), но в ранних ЭВМ используются одно- или двухбайтовые ячейки (полуслова), а в некоторых супер-ЭВМ - восьмибайтовые ячейки.

В каждую ячейку памяти может быть записано только одно число либо одна команда. Двоичный код хранится в ячейке до тех пор, пока в нее не будет записан новый двоичный код или пока не будет обесточена машина. Разбиение памяти на слова для четырехбайтовых ЭВМ представлено на рис. 2.16.

64-разрядный процессор

32-разрядный процессор

16-разрядный

процессор

Полуслово

Двойное слово

Рис. 2.16. Разбиение памяти на слова в ПЭВМ

В современных компьютерах принята 32-разрядная адресация, а это означает, что независимых адресов всего может быть 2 32 . Таким образом, возможна непосредственная адресация к полю памяти размером 2 32 = 4 294 967 296 байт (4,3 Гбайта).

Различают устройства хранения информации, реализованные в виде электронных схем, и накопители информации, с помощью которых данные записываются на какой-либо носитель (рис. 2.17), например магнитный или оптический (ранее использовались бумажные носители - перфокарты и перфоленты).

Внешняя память располагается на магнитных или оптических дисках. Запись и считывание информации при работе с внешней памятью происходят медленнее, чем при работе с ЯАМ, зато внешняя память имеет большой объем и содержимое ее не меняется при выключении компьютера.

Энергонезависимая память представлена микросхемой памяти, в которую записана информация о типе аппаратуры компью-

Электронные схемы Накопители информации

Оперативное Магнитные Магнитные

запоминающее устройство (ОЗУ, RAM) или оперативная память

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM)

диски ленты

Гибкие Жесткие

магнитные магнитные диски диски

(дискеты) (винчестеры)

Оптические Магнитооптические диски диски

Простые С возможностью (CD) записи

Рис. 2.17. Классификация накопителей и устройств

хранения информации

тера и его настройке. Настройка ПК может меняться по желанию пользователя, поэтому энергонезависимая память позволяет не только считывать из нее данные, но и записывать. По существу, здесь используется обычная микросхема RAM, но изготовленная по особой CMOS-технологии, обеспечивающей малое потребление энергии при работе этого устройства, поэтому энергонезависимую память часто называют CMOS-памятью. По CMOS-технологии изготавливают все микросхемы для портативных ПК, чтобы обеспечить длительную работу их батарей питания. Микросхема энергонезависимой памяти подключается к батарейке, что сохраняет записанные в микросхеме данные при выключении ПК из сети.

Устройства, представляющие собой электронные схемы, отличаются небольшим временем доступа к данным, но не позволяют хранить большие объемы информации. Накопители информации, наоборот, дают возможность хранить большие объемы информации, но время ее записи и считывания велико, поэтому эффективная работа на компьютере возможна только при совместном использовании накопителей информации и устройств хранения, реализованных в виде электронных схем.

Микросхема (чип) BIOS (Basic Input/Output System - базовая система ввода-вывода). Это встроенное в компьютер программное обеспечение, которое доступно без обращения к диску; совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера и загрузки операционной системы в оперативную память.

Роль BIOS двоякая: с одной стороны, это неотъемлемый элемент аппаратуры (Hardware), а с другой стороны, важный модуль любой операционной системы (Software). BIOS содержит код, необходимый для управления клавиатурой, видеокартой, дисками, портами и другими устройствами.

Обычно BIOS размещается в микросхеме ПЗУ (ROM), расположенной на материнской плате компьютера (поэтому данный чип часто называют ROM BIOS). Эта технология позволяет BIOS всегда быть доступным, несмотря на повреждения, например, дисковой системы и позволяет компьютеру самостоятельно загружаться. Поскольку доступ к RAM (оперативной памяти) осуществляется значительно быстрее, чем к ROM, производители компьютеров создают системы таким образом, чтобы при включении компьютера выполнялось копирование BIOS из ROM в оперативную память.

Постоянная память предназначена для хранения неизменной информации, которая записывается в микросхему постоянной памяти заводом - изготовителем компьютера. В состав BIOS входят программа самотестирования компьютера при его включении, драйверы некоторых устройств (монитора, дисковых накопителей информации и пр.), а также программа загрузки операционной системы с дисковых устройств. В настоящее время почти все материнские платы комплектуются микросхемой для постоянного хранения начального исполняемого кода загрузки комьютера FLASH BIOS, который в любой момент может быть перезаписан в микросхеме ROM с помощью специальной программы.

Внешнее запоминающее устройство (ВЗУ). Данное устройство делится на оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство и кэш-память.

Внешняя память предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность ее содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. Дополнительными устройствами внешней памяти являются:

FDD (Floppy Disk Drive) - накопитель на гибких магнитных дисках, емкость - 1,44 Мб;
CD-ROM и R/W - накопитель на лазерных компакт-дисках, емкость - 800 Мб;
DVD-ROM и R/W - накопитель на лазерных DVD-дисках, емкость - до 16 Гб;
HDD (Hard Disk Drive) - накопитель на жестких магнитных дисках, емкость - более 100 Гб;
FLASH - накопитель на микросхемах памяти, емкость - до 8 Гб.

Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково доступны для других устройств компьютера.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, англ. Random Access Memory, RAM) - предназначено для записи, считывания и временного хранения программ (системных и прикладных), исходных данных, промежуточных и окончательных результатов.

При выключении компьютера информация в ОЗУ стирается. В современных компьютерах объем памяти обычно составляет от 128 Мб до 2 Гб. Объем памяти - важная характеристика компьютера, она влияет на скорость работы компьютера и на работоспособность программ. Современные прикладные программы часто требуют для выполнения более 4 Мбайт памяти, в противном случае программа просто не сможет работать. Часть ОЗУ, называемая «видеопамять», содержит данные, соответствующие текущему изображению на экране.

Конструктивно элементы оперативной памяти выполняются в виде микросхем типа DIP (Dual In-line Package - двухрядное расположение выводов) или в виде модулей памяти типа SIP (Single In-line Package - однорядное расположение выводов).

Персональный компьютер содержит оперативную память четырех типов: модули SIMM, применяемые в устаревших компьютерах на процессорах 386, 486 и Pentium; более совершенные модули DIMM, используемые в компьютерах от Pentium II и Celeron до Pentium III и Athlon; более современные модули DDR DIMM и МММ, которые используются с новыми процессорами и материнскими платами. Оперативное запоминающее устройство строится на микросхемах памяти с произвольным доступом к любой ячейке. Оперативная память бывает либо статической (на триггерах) и называется SRAM (Static RAM), либо динамической (на основе конденсаторных ячеек) - DRAM (Dynamic RAM).

В статических ОЗУ в качестве ЭП используется статический триггер, который способен сохранять состояние 0 или 1 неограниченно долго (при включенном ПК). Динамические ОЗУ строятся на конденсаторах, реализованных внутри кристалла кремния. Динамические ЭП (конденсаторы) с течением времени са-моразряжаются и записанная информация теряется, поэтому динамическим ЭП требуется периодическое восстановление заряда - регенерация. Во время регенерации запись новой информации должна быть запрещена.

По сравнению со статическими динамические ОЗУ имеют более высокую удельную емкость и меньшую стоимость, но большее энергопотребление и меньшее быстродействие. Оперативные запоминающие устройства имеют модульную структуру. Увеличение емкости ОЗУ производится установкой дополнительных модулей. Время доступа к модулям DRAM составляет 60-70 нс.

Современные компьютеры имеют ОЗУ, составляющую 512-1024 Мбайт. Процессор компьютера может работать только с данными, которые находятся в оперативной памяти. Данные с диска для обработки считываются в оперативную память. Основные фирмы - производители памяти - IBM, Seagate, Maxtor, Western, Digital, Fujitsi и Kingston. Доля продаж памяти DIMM значительно снижается, уступая место модулям памяти DDR DIMM (256 и 512 Мбайт) или RIMM (128 и 256 Мбайт).

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, англ. Real Only Memory - ROM - память только для чтения) - энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не требуют изменения.

Модули и кассеты ПЗУ имеют емкость, как правило, не превышающую нескольких сотен килобайт. Структурно основная память состоит из миллионов отдельных ячеек памяти емкостью 1 байт каждая. Общая емкость основной памяти современных ПК обычно лежит в пределах от 1 до 32 Мбайт.

Перепрограммируемая постоянная память (FLASH Memory) - энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого с дискеты.

Регистровая кэш-память - высокоскоростная память, являющаяся буфером между оперативной памятью и микропроцессором, позволяющая увеличивать скорость выполнения операций. Создавать ее целесообразно в персональном компьютере с тактовой частотой задающего генератора 40 МГц и более. Регистры кэш-памяти недоступны для пользователя, отсюда и название кэш (англ, cache - тайник). По принципу записи результатов различают два типа кэш-памяти:

С обратной записью - результаты операций прежде, чем записать их ОЗУ, фиксируются в кэш-памяти, а затем кон-

троллер кэш-памяти самостоятельно перезаписывает эти данные в ОЗУ;

Со сквозной записью - результаты операций одновременно параллельно записываются и в кэш-память, и в ОЗУ.

Для ускорения операций с основной памятью используется регистровая кэш-память внутри микропроцессора (кэш-память первого уровня) или вне микропроцессора на материнской плате (кэш-память второго уровня). Для ускорения операций с дисковой памятью организуется кэш-память на ячейках электронной памяти.

Микропроцессоры Pentium и Pentium Pro имеют кэш-память отдельно для данных и отдельно для команд, причем если у Pentium емкость этой памяти небольшая - по 8 Кбайт, то у Pentium Pro она достигает 256-512 Кбайт. Следует иметь в виду, что для всех МП может использоваться дополнительная кэш-память, размещаемая на материнской плате вне МП, емкость которой может достигать нескольких мегабайтов.

Основная цель применения кэш-памяти - компенсация разницы в скорости обработки информации процессором (его регистры самые быстродействующие) и несколько менее быстродействующей оперативной памятью. Кэш-память не доступна для пользователя, используется компьютером автоматически. Следует иметь в виду, что наличие кэш-памяти емкостью 256 Кбайт увеличивает производительность ПК примерно на 20 %.

Основная память компьютера делится на две логические области: непосредственно адресуемую память, занимающую первые 1024 Кбайта ячеек с адресами от 0 до 1024 Кбайт - 1, и расширенную память, доступ к ячейкам которой возможен при использовании специальных программ-драйверов.

Стандартной памятью (Conventional Memory Area - СМА) называется непосредственно адресуемая память в диапазоне от 0 до 640 Кбайт. Непосредственно адресуемая память в диапазоне адресов от 640 до 1024 Кбайт называется верхней памятью (UMA - Upper Memory Area). Верхняя память зарезервирована для памяти монитора (видеопамять) и постоянного запоминающего устройства. Однако обычно в ней остаются свободные участки - «окна», которые могут быть использованы с помощью диспетчера памяти в качестве оперативной памяти общего назначения.

Расширенная память - память с адресами 1024 Кбайта и выше. Непосредственный доступ к этой памяти возможен только в защищенном режиме работы микропроцессора. В реальном режиме имеются два способа доступа к этой памяти, но только при использовании драйверов: по спецификациям XMS (extended Memory Specification) и EMS (Expanded Memory Specification).

Доступ к расширенной памяти согласно спецификации XMS организуется при использовании драйверов ХММ (extended Memory Manager). Эту память часто называют дополнительной, учитывая, что в первых моделях персональных компьютеров эта память размещалась на отдельных дополнительных платах. Спецификация EMS - более ранняя, доступ в ней реализуется путем отображения полей Expanded Memory в определенную область верхней памяти. При этом хранится не обрабатываемая информация, а лишь адреса, обеспечивающие доступ к этой информации. Память, организуемая по спецификации EMS, носит название отображаемой.

Расширенная память может быть использована главным образом для хранения данных и некоторых программ ОС. Расширенную память часто применяют для организации виртуальных (электронных) дисков.

Видеопамять (VRAM) - разновидность оперативного ОЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам - процессору и монитору, поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме того, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.

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

Системная (материнская) плата компьютера. Материнская плата - основная плата ПК (рис. 2.18), на которой размещаются:

процессор (микросхема, выполняющая большинство вычислительных операций);
микропроцессорный комплект (чипсет) - набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера;
три шины (наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера);
оперативная память (ОЗУ) - набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных;
ПЗУ - микросхема, предназначенная для длительного хранения данных;
разъемы (слоты) для подключения дополнительных устройств;
средства мониторинга состояния системной платы.

Зоны внешних разъемов Слоты плат

встроенной периферии расширения

Рис. 2.18. Системная плата компьютера

Синхронизация и разгон системной платы. Основной тактовый генератор системной платы вырабатывает высокостабильные импульсы опорной частоты, используемой для синхронизации процессора, памяти и шин ввода-вывода. Поскольку быстродействие этих подсистем существенно различается, каждая из них может синхронизироваться со своей частотой. В чипсетах асинхронного типа частоты относительно независимы, что открывает возможность для оптимизации производительности и разгона. Наиболее частый объект для разгона - центральный процессор. Вполне очевидно, что производительность конкретного процессора зависит от тактовой частоты ядра и частоты системной шины. Первая составляющая определяет темп обработки, а вторая - скорость доставки инструкций и данных. Максимально допустимая тактовая частота определяется задержками между различными сигналами и рассеиваемой мощностью процессора.

Кэш-память - память небольшой емкости, но чрезвычайно высокого быстродействия (время обращения к МПП, т. е. время, необходимое на поиск, запись или считывание информации из этой памяти, измеряется наносекундами). Она предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации в ближайшие такты работы машины, непосредственно участвующей в вычислениях.

Процессор. Это центральная часть любого современного компьютера, управляющая остальными устройствами. В нем расположены арифметико-логическое устройство, устройство управления и регистры для временного хранения информации. Процессор считывает данные из ОЗУ (оперативной памяти) компьютера, туда же он пересылает результат действия над этими данными. Процессор может выполнять следующие операции над двоичными числами: арифметические, логические, операции сравнения, операции с памятью и операции по передаче управления.

Процессор выполняет все действия только по программе, т. е. определенную последовательность команд. Большинство ошибок компьютера во время работы связано именно с ошибками программиста, который не сумел предусмотреть все возможные ситуации.

Процессор выполняет следующие функции:

обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
программное управление работой устройств компьютера.

Скорость работы процессора определяется его тактовой частотой. Чем она больше, тем более быстродействующий процессор. Современные процессоры работают на частотах более 3 ГГц (табл. 2.3).

Каждый конкретный процессор может работать только с определенным количеством оперативной памяти. Максимальное количество памяти, которое процессор может обслужить, назы-

Таблица 2.3. Фирмы-производители процессоров

вается адресным пространством процессора и является важной характеристикой компьютера. Определяется адресное пространство разрядностью адресной шины.

Вычислительная техника - это совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных в информацию.

Вычислительная система - это конкретный набор связанных между собою устройств. Центральным устройством большинства вычислительных систем является электронная вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер.

Компьютер - это устройство, состоящее из электронных и электромеханических компонент, которое выполняет операции ввода, хранения и обработки данных по определенной программе с целью получения информации, вывод которой осуществляется в форме, пригодной для восприятия человеком.

Архитектура компьютера . Под архитектурой ЭВМ надо понимать ту совокупность характеристик, которая необходима пользователю. Это, прежде всего, основные устройства и блоки ЭВМ, а также структура связей между ними и программное управление.

Общие принципы построения ЭВМ, которые относятся к архитектуре:

структура памяти ЭВМ;
способы доступа к памяти и внешним устройствам";
возможность изменения конфигурации;
система команд;
форматы данных;
организация интерфейса.

Исходя из этого, можно дать определение, что Архитектура - это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов.

Классические принципы построения архитектуры ЭВМ были предложены в работе Дж. фон Неймана. Г.Голдстейга и А. Беркса в 1946 году и известны как " принципы фон Неймана". Эти принципы декларируют следующие положения архитектуры:

Использование двоичной системы представления данных . Преимущества двоичной системы для технической реализации дало удобство и простоту выполнения арифметических и логических операций. ЭВМ стали обрабатывать и нечисловые виды информации - текстовую, графическую, звуковую и другие. Двоичное кодирование данных по-прежнему составляет информационную основу любого современного компьютера.
Принцип хранимой программы . Нейман первым догадался, что программа может также храниться в виде нулей и единиц, причем в той же самой памяти, что и обрабатываемые ею числа. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений. Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, которая воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ.
Принцип последовательного выполнения операций . Структурно память состоит из пронумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти так. чтобы к сохраненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.
Принцип произвольного доступа к ячейкам оперативной памяти . Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Рис 3. Устройство управления (УУ). Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Память (ЗУ) хранит информацию (данные) и программы, включает оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и внешние запоминающие устройства (ВЗУ).

Современная архитектура компьютера . Реальная структура компьютера значительно сложнее, чем рассмотренная выше схема (Рис. 3). В современных компьютерах, в частности микрокомпьютерах (персональных), все чаще происходит отход от традиционной архитектуры фон Неймана, обусловленный стремлением разработчиков и пользователей к повышению качества и производительности компьютеров (Рис. 4).

Качество ЭВМ характеризуется многими показателями. Это и набор команд, которые компьютер способный понимать и выполнять, скорость работы (быстродействие) центрального процессора, количество периферийных устройств, присоединяемых к компьютеру одновременно и многое другое. При этом главным показателем, характеризующим компьютер (ЭВМ) является его быстродействие.

Быстродействие - это количество операций, которое процессор способен выполнить за единицу времени. На практике, пользователя больше интересует производительность компьютера - показатель его эффективного быстродействия, то есть способности не просто быстро функционировать, а быстро решать конкретно поставленные задачи.

Как результат, все эти и прочие факторы способствуют принципиальному и конструктивному усовершенствованию элементной базы компьютеров, то есть созданию новых, более быстрых, надежных и удобных в работе процессоров, запоминающих устройств, устройств ввода-вывода и т.д. Тем ее менее, следует учитывать, что скорость работы элементов невозможно увеличивать беспредельно (существуют современные технологические ограничения и ограничения, обусловленные физическими законами). Поэтому разработчики компьютерной техники ищут решения этой проблемы усовершенствованием архитектуры ЭВМ.

Так появились компьютеры с многопроцессорной (или мультипроцессорной) архитектурой, в которой несколько процессоров работают одновременно, а это означает, что производительность такого компьютера равняется сумме производительностей процессоров.

В мощных компьютерах, предназначенных для сложных инженерных расчетов и систем автоматизированного проектирования (САПР), часто устанавливают два или четыре процессора. В сверхмощных ЭВМ (такие машины могут, например, моделировать ядерные реакции в режиме реального времени, прогнозировать погоду в глобальном масштабе, моделировать полномасштабные сцены для кинематографа и мультипликации) количество процессоров достигает нескольких десятков.

Рис. 4. Общая структура современного микрокомпьютера

Все основные архитектурные блоки состоят из отдельных меньших устройств, которые выполняют строго определенные функции.

В частности, в центральный процессор входит арифметико-логическое устройство (АЛУ ). внутреннее запоминающее устройство в виде регистров процессора и внутренней кэш-памяти, управляющее устройство (УУ ).

Устройство ввода, как правило, тоже не является одной конструктивной единицей. Поскольку виды входной информации разнообразны, источников ввода данных может быть несколько. То же касается и устройств вывода.

Процессор - это центральный вычислительный блок в ЭВМ любого типа. Он осуществляет вычисления по хранящейся в оперативной памяти программе и обеспечивает общее управление компьютером.

Процессор, как минимум, содержит:

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) , предназначенное для выполнения арифметических и логических операций;

Устройство управления (УУ) , предназначенное для выполнения общего управления вычислительным процессом по программе и координации всех устройств ЭВМ. УУ в определенной последовательности выбирает из оперативной памяти команду за командой. Затем: каждая, команда декодируется, по потребности элементы данных из указанных в команде ячеек оперативной памяти передаются в АЛУ. АЛУ настраивается на выполнение действия, указанного текущей командой (в этом действии могут принимать участие также устройства ввода-вывода); дается команда на выполнение этого действия. Этот процесс будет продолжаться до тех пор. пока не возникнет одна из следующих ситуаций: исчерпаны входные данные, от одного из устройств поступила команда на прекращение работы, выключено питание компьютера.

Запоминающее устройство (ЗУ) - это архитектурный блок ЭВМ, предназначенный для временного (оперативная память) и продолжительного (постоянная память) хранения программ, входных и результирующих данных, а также промежуточных результатов на устройствах внешнего запоминающего устройства (ВЗУ).

Оперативная память (ОЗУ) - служит для приема, хранения и выдачи информации. В ней содержатся программы и данные, доступные для использования микропроцессором, а также промежуточные и окончательные результаты вычислений. Процесс выполнения программы сводится к преобразованию исходного состояния памяти в заключительное (конечное). ОЗУ является энергозависимым устройством, что означает потерю информации при отключении электропитания. Скорость работы компьютера существенным образом зависит от быстродействия оперативной памяти. Поэтому постоянно ведутся поиски элементов для оперативной памяти, затрачивающих меньше времени на операции чтении-записи. Проблема решается построением многоуровневой памяти.

Оперативная память состоит из двух-трех частей: основная часть большей емкости строится на относительно медленных (более дешевых) элементах, а дополнительная (так называемая кэш-память) состоит из быстродействующих элементов. Данные, к которым чаще всего обращается процессор, находятся в кэш-памяти, а больший объем оперативной информации хранится в основной памяти.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) . Энергонезависимое устройство, предназначенное для долговременного хранения служебной и первичной информации. Представлено в виде микросхем, расположенных на материнской (системной) плате.

Внешнее запоминающее устройство (ВЗУ) . Энергонезависимые устройства, обеспечивающие надежное хранение и выдачу информации. В них хранятся часто используемые программы и данные (см. устройства, хранения). Однако скорость обмена данными между постоянной памятью и центральным процессором, в подавляющем большинстве случаев, значительно меньше, чем у оперативной памяти.

Устройства ввода (УВВ) и вывода (УВ) , относятся к категории периферийных устройств. Раньше работой устройств ввода-вывода руководил центральный процессор, что занимало немало времени. Архитектура современных ЭВМ предусматривает наличие каналов прямого доступа к оперативной памяти для обмена данными с устройствами ввода-вывода без участия центрального процессора, а также передачу большинства функций управления периферийными устройствами специализированным процессорам, разгружающим центральный процессор и повышающим его производительность.

Система прерываний . Прерыванием называется ситуация, требующая каких-либо действий микропроцессора при возникновении определенного события. Под системой прерываний понимают программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий выполнение и обработку прерываний.

Процессор должен оперативно реагировать на различные события, происходящие в компьютере в результате действий оператора или без его ведома. В качестве примеров такого рода можно привести нажатие клавиш на клавиатуре, попытка деления на ноль (в ходе выполнения программы), сбой питания (иные сбои в работе оборудования), запланированные обращения к ядру операционной системы и другое. Необходимую реакцию на прерывания обеспечивает система прерывания.

Обработка прерываний сводится к приостановке исполнения текущей последовательности команд, вместо которой начинает интерпретироваться другая последовательность, соответствующая данному типу прерывания и называемая обработчиком прерывания. После ее реализации, исполнение программы может быть продолжено, если это возможно или целесообразно, что зависит от типа прерывания.

Система портов ввода-вывода обеспечивает непосредственное подключение адаптера периферийного устройства к системной шине, то есть, по сути, является точкой такого подключения периферийного устройства к компьютерной системе. Каждый порт ввода-вывода имеет свой адрес, при этом периферийному устройству может быть присвоено несколько портов ввода-вывода. Совокупность портов ввода-вывода образуют систему портов ввода-вывода . Упрощенно порт ввода-вывода можно считать регистром, в который записывается, информация для передачи ее е Л периферийное устройство или с которого считывается информация, полученная из периферийного устройства.

С точки зрения пользователя, порт - это интерфейс (разъем) для подключения устройства (клавиатуры, мышки, дисплея, принтера, наушников и т.д.) к компьютеру. Обычно порты ввода- вывода располагаются на задней панели корпуса системного модуля, часть из них может выноситься и на переднюю панель.

Адаптер, контроллер . Понятие «адаптер периферийного устройства» можно считать синонимом термина «контроллер», однако последний чаще употребляется для устройства реализующих более сложные функции по управлению периферийными устройствами (Рис. 5).

Рис. 5.Видеоконтроллер. Управляет выводом изображения на дисплей

Развитые контроллеры периферийных устройств включают в свой состав специализированные микропроцессоры и память. Это же относится и к периферийным устройствам со сложными алгоритмами работы, требующими наличия совершенных блоков управления. С точки зрения пользователя, (адаптер или контроллер) представляет собой плату с набором микросхем и портов ввода-вывода, в его задачу входит управление подключенным к нему устройством. Это может быть дисплей, принтер, аудио устройства и др.

Адаптер интерфейса - это средство сопряжения центральной части ЭВМ с периферийными устройствами, в которых все физические и логические параметры отвечают заранее определенным параметрам (определенному протоколу) и широко используются в других устройствах.

Рис. 6. Адаптер интерфейса

Современная архитектура компьютерной системы . Сохранив принципы построения архитектуры ЭВМ по Нейману, современная архитектура обогатилась дополнительными принципами и сегодня архитектура ЭВМ определяют следующие принципы:

Принцип программного управления . Обеспечивает автоматизацию процесса вычислений на ЭВМ, Согласно этому принципу, для решения каждой задачи составляется программа, которая определяет последовательность действий компьютера. Эффективность программного управления будет выше при решении задачи этой же программой много раз (хотя и с разными начальными данными).
Принцип программы, сохраняемой в памяти . Согласно этому принципу, команды программы подаются, как и данные, в виде чисел и обрабатываются так же, как и числа, а сама программа перед выполнением загружается в оперативную память, что ускоряет процесс ее выполнения.
Принцип произвольного доступа к памяти. В соответствии с этим принципом, элементы программ я данных могут записываться в произвольное место оперативной памяти, что позволяет обратиться по любому заданному адресу (к конкретному участку памяти) без просмотра предыдущих.
Принцип разделения функций . Процессор управляет всеми операциями на высшем уровне, в то время как конкретную интерпретацию его общих команд для отдельных устройств реализуют специальные управляющие устройства - контроллеры. Процессор может обрабатывать информацию только в том случае, если она уже подверглась первичной обработке. Эту функцию берут на себя контроллеры устройства ввода. Они приводят входные данные к единому стандарту. Затем данные пересылаются в оперативную память, где они раскладываются по ячейкам и снабжаются ссылками (адресами), необходимыми для их использования. Вывод информации происходит также при посредничестве управляющих устройств вывода, которые вновь производят переформатированные данные в нужный стандарт. В принципе, все устройства компьютера имеют свои контроллеры (накопители, монитор, принтер, плоттер, стример и др.) Исходя из этого, можно сформулировать один из важных принципов работы ЭВМ.

Функциональные подсистемы . В процессе своей работы ЭВМ осуществляет:

Ввод информации извне;
Временное хранение;
Преобразование;
Вывод в виде, доступном для восприятия, ее человеком.

Процесс получения данных компьютером называется кратко «ввод », а выдача ее пользователю - «вывод» . Эти процессы настолько важны, что для их реализации предложено большое количество разнообразных устройств. Кроме того, нельзя забывать, что «ввод» и «вывод» - это две стороны одного процесса обмена информации, причем без одной из них не бывает другой. Поэтому, когда говорят нe о преобразовании данных, а об их передаче компьютеру для вычислений и получения итоговых результате в применяют термин «ввод-вывод».

В процессе ввода данные приводятся к формату, который может быть воспринят компьютером, а при выводе - к виду, привычному для человека .

В каждом из перечисленных этапов процесса реализуется отдельная функциональная подсистема:

подсистема ввода данных;
подсистема хранения данных;
подсистема преобразования данных;
подсистема вывода информации.

Все подсистемы связаны между собой каналами обмена, сгруппированными в потоки. Кроме данных и команд они несут сигналы таймера и питающее напряжение ко всем блокам компьютера. Эти потоки имеют конструктивное выражение в виде проводов и разъемов, имеющие название шины (см. ниже).

Подсистема устройств ввода . Ввод информации в компьютер осуществляется специализированными устройствами как стандартными, (см. ниже), так и нестандартными (факультативными).

Ввод информации в персональный компьютер осуществляется в три этапа:

восприятие информации извне;
приведение данных к определенному формату, понятному компьютеру;
передача данных на компьютерную шину;

Подсистема устройств вывода . Подсистема вывода информации позволяет пользователю компьютера получить результаты работы в привычном для него виде. Устройства вывода информации так же. как и устройства ввода информации, могут быть стандартными (см. ниже) и нестандартными (факультативными).

Вывод информации также осуществляется в три этапа, причем их очередность обратная таковой в процессе ввода:

восприятие информации, передаваемой по каналам шины;
приведение информации к формату, характерному для устройства вывода;
выдача результатов работы на. устройствах вывода информации.

Подсистема преобразования . Преобразованием данных в информацию в компьютере осуществляется процессором. Процессор, как минимум, содержит устройство управления (УУ ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ ). Устройство управления, по существу, является «хозяином» компьютера и выполняет следующие функции:

устанавливает очередность для задач, выполняемых системой;
генерирует управляющие сигналы для распределения операций и потоков данных как внутри арифметико-логического устройства, так и вне его;
управляет передачей информации по адресной шине и шине данных;
воспринимает и обрабатывает служебные сигналы, следующие по управляющей шине системы.

Подсистема хранения . Для того, чтобы эффективно работать с данными, процессору необходимо иметь к ним быстрый и свободный доступ. Функции промежуточного хранения выполняет подсистема хранения информации. Поступив в компьютер из подсистемы ввода, приведенная к определенному внутреннему стандарту информация располагается в ячейках оперативной памяти, после чего, по мере необходимости. обрабатывается процессором.

Память персонального компьютера реализована на электронных элементах и, как уже говорилось выше, является энергозависимой. Этот способ хранения информации весьма уязвим. По окончании сеанса работы содержимое оперативной памяти записывается на диск. Теперь для данных неопасно внезапное выключение электроэнергии, потому, что информация, записанная на диске, восстановит в памяти все. что было до того.

Для долговременного и надежного хранения данных создано множество более надежных устройств; магнитные и магнитооптические накопители, накопители на магнитной ленте и другие.

У внешних запоминающих устройств (ВЗУ ) есть два главных преимущества перед оперативной памятью:

хранение информации не требует обеспечения энергией;
объемы информации могут быть чрезвычайно большими.

На основании этих принципов можно утверждать, что современный компьютер - это техническое устройство, которое после ввода в память начальных данных в виде цифровых кодов и программы их обработки, выраженной тоже цифровыми кодами, способно автоматически осуществить вычислительный процесс, заданный программой, и выдать готовые результаты решения задачи в форме, пригодной для восприятия человеком.

Методы классификации компьютеров . Номенклатура видов компьютеров сегодня огромная: машины различаются по назначению, мощности, размерам, элементной базе и т.д. Поэтому классифицируют ЭВМ по разным признакам. Следует заметить, что любая классификация является в некоторой мере условной, поскольку развитие компьютерной науки и техники настолько бурное, что. например, сегодняшняя ми к по ЭВМ не уступает по мощности миниЭВМ пятилетней давности и даже суперкомпьютерам недавнего прошлого. Кроме того, зачисление компьютеров к определенному классу довольно условно через нечеткость разделения групп, так и вследствие внедрения в практику заказной сборки компьютеров, где номенклатуру узлов и конкретные модели адаптируют к требованиям заказчика. Рассмотрим распространенные критерии классификации компьютеров.

Классификация по назначению

большие электронно-вычислительные машины (БЭВМ);
миниЭВМ;
микроЭВМ:
персональные компьютеры.

Большие ЭВМ (Main Frame ) . Применяют для обслуживания крупных областей народного хозяйства. Они характеризуются мощными параллельно работающими процессорами (количество которых достигает до 100), интегральным быстродействием до десятков миллиардов операций в секунду, многопользовательским режимом работы.

На базе больших ЭВМ создают вычислительный центр, который содержит несколько отделов или групп (Табл. 1). Структура вычислительного центра на базе большой ЭВМ может быть следующая:

Центральный процессор - основной блок БЭВМ. в котором происходит обработка данных и вычисление результатов. Представляет собой несколько системных блоков в отдельной комнате, где поддерживается постоянная температура и влажность воздуха.
Группа системного программирования - занимается разработкой, отладкой и внедрением программного обеспечения, необходимого для функционирования вычислительной системы. Системные программы обеспечивают взаимодействие программ с оборудованием, то есть программно-аппаратный интерфейс вычислительной системы.
Группа прикладного программирования - занимается созданием программ для выполнения конкретных действий с данными, то есть обеспечение пользовательского интерфейса вычислительной системы.
Группа подготовки данных - занимается подготовкой данных, которые будут обработаны на прикладных программах, созданных прикладными программистами. В частности, это набор текста, сканирование изображений, заполнение баз данных.
Группа технического обеспечения - занимается техническим обслуживанием всей вычислительной системы, ремонтом и отладкой аппаратуры, подсоединением новых устройств.
Группа информационного обеспечения - обеспечивает технической информацией все подразделения вычислительного центра, создает и сохраняет архивы разработанных программ (библиотеки программ) и накопленных данных (банки данных).
Отдел выдачи данных - получает данные от центрального процессора и превращает их в форму, удобную для заказчика (распечатка).

Большим ЭВМ присуща высокая стоимость оборудования и обслуживания, поэтому работа организована непрерывным циклом.

Мини ЭВМ . Эта категория похожа на большие ЭВМ, но меньших размеров. Используют на крупных предприятиях, научных учреждениях и организациях. Часто используют для управления производственными, процессами. Характеризуются мультипроцессорной архитектурой, подключением до 200 терминалов, дисковыми запоминающими устройствами, которые наращиваются до сотен гигабайт, разветвленной периферией. Для организации работы с миниЭВМ нужен вычислительный центр, но меньший, чем для больших ЭВМ.

МикроЭВМ . Микрокомпьютер (microcomputer) - вычислительная система, в которой в качестве управляющего и арифметического устройства используется микропроцессор. В более совершенных микро-ЭВМ могут применяться несколько микропроцессоров. Производительность этой системы определяется не только характеристиками применяемого процессора, но и емкостью имеющейся оперативной памяти, типами периферийных устройств, качеством конструктивных решений, расширяемостью и др. Сейчас они превратились в инструментальные средства для решения сложных задач. Микропроцессоры стали более мощными, а периферийные устройства более эффективными, поэтому микро-ЭВМ в настоящий момент вытесняют мини-ЭВМ и разница между ними постепенно уменьшается. На компьютеры именно этой категории и рассчитан данный курс обучения.

Микрокомпьютеры условно можно разделить на профессиональные и бытовые. В связи с удешевлением аппаратного обеспечения, грань между ними постепенно размывается. С 1999 года введен международный сертификационный стандарт - спецификация РС99:

массовый персональный компьютер (Consumer PC) - относительно не дорогие системы, удовлетворяющие требованиям пользователя;
деловой персональный компьютер (Office PC) - имеют минимум средств воспроизведения графики и звука;
портативный персональный компьютер (Mobile PC) - отличаются наличием средств коммуникации отдаленного доступа (компьютерная связь);
рабочая станция (Workstation) - отличаются увеличенными требованиями к устройствам хранения и обработки;
развлекательный персональный компьютер (Entertainment PC) - делают основной акцент на мультимедийность при помощи развитых средств воспроизведения графики и звука.

Классификация микрокомпьютеров по целевому назначению или уровню специализации .

многопользовательские микрокомпьютеры (Серверы) - это микрокомпьютеры, работающие в режиме разделения времени обеспечивая работу нескольких пользователей одновременно. Они выполняются в одной малогабаритной стойке или в настольном варианте и в большинстве случаев являются подмножеством компьютерной сети.
специализированные или рабочие станции (АРМ) - представляют собой микрокомпьютер, оборудованный всеми средствами, необходимыми для выполнения работ определенного типа. Различают АРМ инженерные, графические, автоматизированного проектирования, издательские (настольные издательские системы) и другие.
встроенные микрокомпьютеры - представляют собой вычислительные системы, созданные для решения конкретных задач. Используемые для управления (например, станком или комплексом станков, научным оборудованием, боевой единицей и др.) и обработки измерений. Конструктивно они выполняются в виде одной или нескольких плат и не обеспечивают реализацию широкого спектра вычислительных функций, а также стандартного взаимодействия с пользователем.

Классификация по размеру . Кроме целевого назначения, в зависимости от конструктивного использования, микрокомпьютеры делятся на стационарные и портативные.

Стационарные микрокомпьютеры . Устанавливаются на столе, тумбе или в виде малогабаритной стойки на полу.
Переносные микрокомпьютеры . Имеют сравнительно небольшую массу и габариты, транспортируются одним человеком, как правило, не имеют автономного питания;
Переносные микрокомпьютеры с автономным питанием . Делятся на ряд категорий:
Наколенные (Laptop), выполненные в виде дипломата;
Карманные (Pocket), помещающиеся в кармане.

Наиболее распространенными являются настольные микрокомпьютеры, которые позволяют легко изменять конфигурацию. Портативные удобны для пользования, имеют средства компьютерной связи. Карманные модели можно назвать "интеллектуальными" записными книжками, разрешают хранить оперативные данные и получать к ним быстрый доступ.

Классификация по совместимости . Существует великое множество типов компьютеров, которые собираются из деталей, изготовленных разными производителями. Важным является обеспечение совместимости компьютера, которая имеет несколько уровней:

аппаратная совместимость (платформа IBM PC и Apple Macintosh);
совместимость на уровне операционной системы;
программная совместимость;
совместимость на уровне данных.

Вопросы для самоконтроля

Что называют вычислительной техникой?
1. Что называют вычислительной системой?
2. Что такое компьютер?
3. Что такое архитектура ЭВМ?
4. Перечислите принципы построения архитектуры ЭВМ по Нейману?
5. Что такое быстродействие?
6. Что такое производительность компьютера?
7. Что такое процессор?
8. Что такое арифметико-логическое устройство?
9. Что такое устройство управления?
10. Что такое запоминающее устройство?
11. Что такое оперативная память?
12. Что такое внешнее запоминающее устройство?
13. Что такое прерывание?
14. Что такое система прерываний?
15. Что такое обработка прерываний и обработчик прерываний?
16. Что такое порт ввода-вывода?
17. Что такое адаптер и контроллер?
18. Что такое адаптер интерфейса?
19. Какие функции осуществляет ЭВМ в процессе своей работы?
20. Перечислите функциональные подсистемы ЭВМ.
21. Какие функции осуществляет подсистема ввода данных?
22. Какие функции осуществляет подсистема вывода данных?
23. Какие функции осуществляет подсистема преобразования данных?
24. Что такое микрокомпьютер?
25. Что такое сервер?
26. Что такое АРМ?
27. Перечислите типы совместимости компьютерных систем?

Даже для малых по объему разовых статистических исследований полностью окупаются усилия, затраченные на своевременное и полное описание используемых массивов, входящих в них переменных и всех шагов статистического анализа. Раннее и тщательное изготовление документации снимает много недоразумений. Большие статистические исследования выполняются коллективно, состав участников работы частично меняется в процессе ее осуществления, обработка собранных материалов растягивается во времени и проводится итеративно, когда вновь и вновь обращаются к данным для проверки возникающих по ходу анализа гипотез. Во многих исследованиях (например, медицинских) часто к тому же происходит постоянное пополнение данных новыми сведениями. В этих условиях продуманное и тщательное ведение документации становится просто необходимым как важнейшее условие обеспечения преемственности в осуществлении исследования. Остановимся кратко на отдельных аспектах этого процесса.

Паспортизация исследования, массивов, переменных, способов анализа. Для каждого из указанных выше объектов желательно в ЭВМ иметь следующее: 1) краткое имя, обязательно появляющееся во всех выдачах; 2) полное имя, идущее в основном в отчеты, но иногда и в выдачи, когда краткого имени недостаточно для однозначного понимания их смысла; 3) описание, которое для исследований кратко раскрывает содержание работы и указывает связь между массивами; для массивов уточняет условия их сбора или формирования; для переменных дает способ их получения, измерения или регистрации; для способа анализа - ссылки на источники, где может быть найдено точное описание метода. Описания используются в основном при формировании

отчетов и иногда в качестве вспомогательного комментария, облегчающего понимание отдельных выдач; и только для переменных 4) указание пределов изменения или принимаемых значений, которые обязательно должны использоваться для контроля при вводе данных, а также при построении выходных таблиц.

Если по ходу анализа выделяются отдельные массивы или вводятся новые вспомогательные переменные, то их необходимо описывать столь же подробно, как и основные массивы и переменные.

Описанная выше автоматизация документирования исследования достигается при современном уровне развития математического обеспечения довольно простыми средствами, но позволяет решать очень важные задачи: осуществляет контроль переменных при вводе; обеспечивает «автономную читаемость» всех выдаваемых таблиц; повышает вероятность обнаружения неточностей и ошибок в описаниях; облегчает составление отчетов.

Кроме того, желательно ведение в ЭВМ или с помощью специальных картотек учета: какие виды анализа (программы) и к каким подмассивам применялись; какова при этом была выявленная мера зависимости между признаками, успешности прогноза, адекватности отображения объектов в пространство меньшей размерности и т. п.; адресов, где хранятся в ЭВМ или на полках соответствующие выдачи, а также ведение разноцелевых текстовых комментариев как по логике и ходу анализа, так и к отдельным распечаткам.

10.1.2. Ввод и хранение данных.

Для ввода обычно используются либо перфокарты, либо дисплей с высвечиванием шаблона, в который вписываются кодированные значения, либо дисплей с высвечиванием списка возможных значений переменной - так называемого «меню». Последние два способа позволяют сразу же обнаруживать грубые ошибки при вводе. Использование «меню» требует большего времени на ввод. «Меню» должно настраиваться автоматически по описанию переменных. Хранение данных должно быть организовано так, чтобы их можно было легко редактировать и пополнять.

10.1.3. Просмотр данных.

Очень существенно, чтобы собранные в статистическом исследовании данные были тщательно просмотрены и отредактированы прежде, чем к ним будет применена основная статистическая техника. Ошибки

в данных могут привести к неожиданным результатам, иногда интерпретируемым, иногда нет, но всегда неверным.

Просмотр данных преследует следующие цели:

1) обнаружение грубых ошибок в словаре исследования, а также ошибок, допущенных при кодировании, перфорации и вводе данных в ЭВМ;

2) указание возможных выбросов или аномальных, т. е. резко выделяющихся по своей величине наблюдений, которые могут быть нерепрезентативными для изучаемой популяции (более подробно см. § 11.5);

3) получение первого, грубого представления об одномерных и, частично, двумерных распределениях.

Укажем некоторые приемы, облегчающие проведение просмотра данных, или, как иногда говорят, скрининга.

Распечатка введенных в ЭВМ данных в табличной форме по объектам, иногда с их предварительной сортировкой по величине какого-либо признака. При этом проверяются наличие грубых ошибок при задании формата данных, правильность и удобочитаемость названия исследования и имен переменных, полнота введенного материала и отсутствие лишних данных, а также попадание численных значений переменных или их кодов в предусмотренный диапазон. Просмотр расположенных по столбцам переменных позволяет обычно сразу же выделить грубые ошибки. При желании столбцы можно просмотреть и на экране дисплея. Однако хорошо оформленная бумажная распечатка является удобным справочным документом и по другим вопросам, которые могут возникнуть на последующих стадиях анализа.

Построение одномерных распределений. Если ЭВМ строит гистограмму (см. § 10.3), то ее столбцьгудобно заполнять номерами наблюдений. В крайнем случае если наблюдений слишком много, то указывать отдельно номера наблюдений, вышедших за -ные квантили.

Указание номеров наблюдений удобно использовать и при построении двумерных распечаток. Если в одну точку попадает несколько наблюдений, на графике ставится специальный знак, а номера наблюдений печатаются ниже. Двумерные широкоформатные распечатки очень удобны для формирования предварительных содержательных гипотез о связи переменных. Математические вопросы построения эмпирических распределений рассматриваются в § 10.3.

Центральный процессор имеет доступ к данным, находящимся в оперативной памяти. Работа компьютера с пользовательскими программами начинается после того как данные будут считаны из внешней памяти в ОЗУ.

ОЗУ работает синхронно с центральным процессором и имеет малое время доступа. Оперативная память сохраняет данные только при включенном питании. Отключение питания приводит к необратимой потере данных, поэтому пользователю, работающему с большими массивами данных в течение длительного времени, рекомендуют периодически сохранять промежуточные результаты на внешнем носителе.

Оперативная память

Функции памяти

1) приём информации от других устройств;

2) запоминание информации;

3) передача информации по запросу в другие устройства машины.

Периферийные устройства

К функциям периферийных устройств относятся ввод и вывод информации.

Каждое устройство имеет набор характеристик, которые позволяют подобрать такую конфигурацию устройств, которая наилучшим образом подходит для решения определенного круга задач с помощью компьютера.

Основное назначение периферийных устройств

Обеспечить поступление в ПК из окружающей среды программ и данных для обработки, а также выдачу результатов работы ПК в виде, пригодном для восприятия человека или для передачи на другую ЭВМ, или в иной, необходимой форме.

Периферийные устройства можно разделить на несколько групп по функциональному назначению:

1. Устройства ввода-вывода – предназначены для ввода информации в ПК, вывода в необходимом для оператора формате или обмена информацией с другими ПК. К такому типу ПУ можно отнести внешние накопители, модемы.

2. Устройства вывода – предназначены для вывода информации в необходимом для оператора формате. К этому типу периферийных устройств относятся: принтер, монитор, аудиосистема.

3. Устройства ввода – Устройствами ввода являются устройства, посредством которых можно ввести информацию в компьютер. Главное их предназначение - реализовывать воздействие на машину. К такому виду периферийных устройств относятся: клавиатура, сканер, графический планшет и т.д.

4. Дополнительные ПУ – такие как манипулятор «мышь», который лишь обеспечивает удобное управление графическим интерфейсом операционных систем ПК и не несет ярковыраженных функций ввода либо вывода информации; WEB-камеры, способствующие передаче видео и аудио информации в сети Internet, либо между другими ПК. Последние, правда, можно отнести и к устройствам ввода , благодаря возможности сохранения фото, видео и аудио информации на магнитных или магнитооптических носителях.

Двоичный код

Информация всегда имеет форму сообщения, а сообщение кодируется тем или иным набором знаков, символов, цифр. С технической точки зрения самым удобным и эффективным является использование двоичного кода, то есть набора символов, алфавита, состоящего из пары цифр {0,1}. Поскольку двоичный код используется для хранения информации в вычислительных машинах, его еще называют машинным кодом.

Цифры 0 и 1, образующие набор {0,1}, обычно называют двоичными цифрами, потому что они используются как алфавит в так называемой двоичной системе счисления. Система счисления представляет собой совокупность правил и приемов наименования и записи чисел, а также получения значения чисел из изображающих их символов. Количество знаков в алфавите системы счисления обычно отражается в ее названии: двоичная, троичная, восьмеричная, десятичная, шестнадцатеричная и т. д. Вообще говоря, можно рассматривать системы счисления с любым количеством знаков в алфавите. В настоящее время общепринятой является арабская десятичная система счисления, алфавит которой состоит из десяти цифр {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}. Однако для использования в ЭВМ десятичная система слишком сложна, так как для ее применения необходимо подобрать технические способы изображения десяти различных цифр. С точки зрения технической реализации компьютера, гораздо проще работать всего с двумя цифрами двоичной системы {0,1}.

Элементарное устройство памяти компьютера, которое применяется для изображения одной двоичной цифры, называется двоичным разрядом или битом.

Внутренняя разрядность процессора определяет, какое количество битов он может обрабатывать одновременно при выполнении арифметических операций.

Внешняя разрядность процессора определяет, сколько битов одновременно он может принимать или передавать во внешние устройства.

Литература

1. А.В. Могилев, Н.И. Пак, Е.К. Хеннер. Информатика. М., 2000.

2. А.Я. Савельев. Основы информатики. М., 2001.

3. Статьи журналов Compas за 2007г.

4. Информатика: базовый курс, 2 издание. Издательство «Питер», 2005 год