По принципам устройства компьютер это
Во второй половине XX века два крупнейших ученых независимо друг от друга сформулировали основные принципы построения компьютера.
К основополагающим принципам Неймана-Лебедева можно отнести следующие:
1. Состав основных компонентов вычислительной машины.
2. Принцип двоичного кодирования.
3. Принцип однородности памяти.
4. Принцип адресности памяти.
5. Принцип иерархической организации памяти.
6. Принцип программного управления.
Рассмотрим подробно каждый из принципов Неймана-Лебедева. Любое устройство, предназначенное для автоматических вычислений, должно содержать определённый состав основных компонентов: блок обработки данных, блок управления, блок памяти и блоки ввода/вывода информации.
Перечисленные в функциональной схеме блоки есть и у современных компьютеров. К ним относятся:
- Арифметико-логическое устройство — АЛУ, в котором происходит обработка данных.
- Устройство управления (УУ) отвечает за выполнение программы и согласование взаимодействий всех узлов компьютера. В современных компьютерах АЛУ и УУ изготавливаются в виде единой интегральной схемы — микропроцессора.
- Память — устройство, где хранятся программы и данные. Различают внутреннюю и внешнюю память. Основная часть внутренней памяти предназначена для оперативного хранения программ и данных, её принято называть оперативным запоминающим устройством — ОЗУ. К внутренней памяти относится и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство, англ. ROM — Read Only Memory для диктора рид онли мемори), в нём содержится программа начальной загрузки компьютера. Основное отличие ПЗУ от ОЗУ заключается в том, что при решении задач пользователя содержимое ПЗУ не может быть изменено. Внешняя память, называемая ещё долговременной, используется для длительного хранения программ и данных.
- Устройства ввода используются для преобразования данных в удобную для обработки компьютером форму.
- Устройства вывода преобразуют работу ЭВМ в удобную для восприятия человеком форму.
Отличительной особенностью функциональной схемы компьютеров первых поколений от являлось то, что программное управление всеми процессами ввода-вывода происходило от процессора.
Рассмотрим принцип двоичного кодирования информации. Он заключается в том, что в ЭВМ используется двоичная система счисления. Это означает, что любая информация, предназначенная для обработки на компьютере, а также и программы, представляются в виде двоичного кода, т. е. последовательности нулей и единиц.
Благодаря использованию двоичного кодирования для представления не только данных, но и программ, форма их представления становится одинаковой, а это означает, что их можно хранить в единой памяти, поскольку нет принципиальной разницы между двоичным представлением машинной команды, числа, символа и др. В этом заключается принцип однородности памяти.
Оперативная память компьютера представляет собой набор битов — однородных элементов с двумя устойчивыми состояниями, одно из которых соответствует нулю, другое — единице. Группы соседних битов объединяются в ячейки памяти, которые пронумерованы, т. е. имеют свой адрес. Это соответствует принципу адресности памяти.
На современных компьютерах может одновременно извлекаться из памяти и обрабатываться до 64 разрядов, т. е. восьми байтовых ячеек. Это стало возможным при реализации принципа параллельной обработки данных.
С позиции пользователя существуют два противоречивых требования, предъявляемых к памяти компьютера: память должна быть как можно больше, а скорость работы — как можно быстрее.
Противоречие заключается в том, что при увеличении объёма памяти неизбежно уменьшается скорость работы, поскольку увеличивается время на поиск данных. С другой стороны, более быстрая память является и более дорогой, что увеличивает общую стоимость компьютера.
Преодолением противоречия между объёмом памяти и её быстродействием стало использование нескольких различных видов памяти, связанных друг с другом. В этом состоит принцип иерархической организации памяти.
Основным отличием компьютеров от любых других технических устройств является программное управление их работой.
Важным элементом устройства управления является счётчик адреса команд, где в любой момент времени хранится адрес следующей по порядку выполнения команды. Используя значение из счётчика, процессор поочередно считывает из памяти команду программы, расшифровывает её и выполняет. Действия выполняются до завершения работы программы.
Современные персональные компьютеры разнообразны — это и настольные, и переносные, и планшетные устройства. Они различаются по размерам, назначению, но фунциональное устройство у них одинаковое.
Оно определяется архитектурой персонального компьютера.
Архитектура — это наиболее общие принципы построения компьютера, отражающие программное управление работой и взаимодействием его основных функциональных узлов.
Для рассмотрения взаимодействие основных функциональных узлов обратимся к функциональной схеме компьютера.
На ней представлены основные узлы современного компьютера, к которым, как вам уже известно, относятся процессор, внутренняя память, устройства ввода, устройства вывода и внешняя память.
В компьютерах с классической фон-неймановской архитектурой все процессы ввода-вывода находились под управлением процессора. Поскольку процессор является самым быстрым устройством, то любое обращение к устройствам ввода-вывода и ожидание отклика от них замедляло общее время работы.
В современных компьютерах эту проблему решают специальные электронные схемы, которые обеспечивают обмен данных между процессором и внешними устройствами. Они называются контрОллерами, а на функциональной схеме они обозначены буквой К.
При наличии контроллеров данные могут передаваться по магистрали между внешними устройствами и внутренней памятью без использования процессора.
Это существенно снижает нагрузку на работу центрального процессора, а значит приводит к повышению эффективности работы всей вычислительной системы.
Обмен данными между устройствами осуществляется с помощью магистрали.
Магистраль (шина) — устройство для обмена данными между устройствами компьютера.
Магистраль включает в себя шину адреса, шину данных и шину управления.
Шина адреса используется для указания физического адреса устройства;
Шина данных используется для передачи данных между узлами компьютера;
Шина управления организует сам процесс обмена (сигналы чтение/запись, данные готовы/не готовы, обращение к внутренней/внешней памяти и др.)
В современных компьютерах применяется магистрально-модульная архитектура, главное достоинство которой лежит в гибкости конфигурации, т. е. возможности изменить конфигурацию компьютера путём подключения к шине новых внешних устройств, а также замене старых внешних устройств.
Если спецификация на шину опубликована производителем, т. е. является открытой, то говорят о принципе открытой архитектуры. В этом случае пользователь самостоятельно может выбрать дополнительные устройства для формирования компьютерной системы, учитывающей именно его предпочтения.
Мир современных компьютеров широк и многообразен. Персональные компьютеры давно стали многоядерными. Это относится в том числе к смартфонам и планшетным компьютерам.
Однако, существуют не только персональные компьютеры, но и значительно более нагруженные вычислительные системы. Мы начали урок с путешествия в один из дата-центров Яндекса и вы видели огромное количество серверов, которые позволяет обеспечивать пользователей качественными сервисами в режиме 24х7 с высокой скоростью доступа.
Существуют сегодня и суперкомпьютеры, способные решать научные задачи, производить вычисления, связанные с космическими телами, исследованиями микромира и др.
Технические характеристики электронной техники находятся вблизи предельных значений, а это означает необходимость новых технологических решений. Сегодня ведутся исследования в области нанотехнологий, квантовых и биологических компьютеров. Одна из задач вашего поколения — найти новые технологические решения для увеличения мощности компьютеров будущего.
Архитектура компьютера, организация внутренней и внешней памяти, магистраль, принципы работы и конфигурация компьютера
Для того чтобы понимать возможности и ограничения, существующие при работе с компьютерами, и уметь автоматизировать информационные процессы, недостаточно знать, из каких функциональных устройств состоит компьютер. Необходимо иметь представление о структуре компьютера и понимать принципы организации работы компьютера. Говоря другими словами, необходимо иметь представление об архитектуре компьютера.
Архитектура компьютера — структура и принципы организации работы компьютера, рассматриваемые без особенностей их технической реализации.
Все информационные процессы в компьютере осуществляются автоматически под управлением программ, созданных программистами. Программы состоят из команд. Процессор выполняет последовательность команд, обрабатывает данные и управляет всеми устройствами компьютера автоматически.
Вся информация в компьютере (данные и программы) хранится, обрабатывается и передается с использованием двоичного кода. Иначе говоря, информация в компьютере кодируется последовательностью нулей и единиц.
Адрес ячейки (адрес байта) — порядковый номер ячейки (байта) внутренней памяти компьютера.
Адрес ячейки памяти, как и вся информация в компьютере, представлен с использованием двоичного кода. Количество ячеек (байтов) памяти, а значит, емкость внутренней памяти зависит от количества двоичных разрядов, используемых для кодирования адреса ячейки (байта). Например, если для кодирования адреса ячейки использовано 8 двоичных разрядов (8 битов), то можно закодировать 256 адресов ячеек (28 = 256). А поскольку каждая ячейка содержит 1 байт информации, то информационная емкость всех ячеек памяти, имеющих адреса, составит 256 байтов, нумеруемых с 0 по 255 (табл. 21).
Носители внешней памяти компьютера размечаются (форматируются) на секторы. Каждому сектору присваивается свой порядковый номер, который называется адресом сектора. Информационная емкость одного сектора, как правило, составляет 512 байтов. Поскольку информационная емкость одного сектора довольно мала, то соседние секторы могут быть объединены в кластеры. В зависимости от параметров разметки носителя один кластер может содержать 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 соседних секторов. Обращение к кластеру происходит по адресу — порядковому номеру кластера.
Данные и программы хранятся в памяти компьютера единообразно с использованием двоичного кода. Причем в одних и тех же ячейках или секторах памяти в разное время могут храниться как данные, так и программы. Учитывая это, говорят, что память компьютера однородна.
Взаимодействие всех устройств компьютера осуществляется через общий канал связи — магистраль, которую также называют системной шиной. По магистрали передаются команды и обрабатываемые данные, адреса ячеек памяти, где хранятся данные или команды, управляющие сигналы, координирующие работу устройств компьютера. Через магистраль процессор управляет и высокоскоростными (регистры процессора, оперативная память, кэш-память) и низкоскоростными (внешняя память, устройства ввода и вывода) устройствами компьютера. Взаимодействие с низкоскоростными устройствами, как правило, требует преобразования сигналов (например, из аналогового сигнала в цифровой сигнал) и выполнения определенных операций. Для того чтобы процессор не ждал, пока низкоскоростные устройства выполнят его команды, используются контроллеры, которые управляют работой таких устройств. Контроллеры частично выполняют функцию процессора, и в этом случае говорят уже не о процессоре, а о центральном процессоре и контроллерах.
Магистраль компьютера (системная шина компьютера) — совокупность проводников, связывающих центральный процессор и внутреннюю память с устройствами управления внешней памятью, устройствами ввода и вывода для передачи адресов ячеек памяти, данных, программ и служебных сигналов.
Основной характеристикой магистрали является ее разрядность, которая определяется количеством одновременно передаваемых битов информации. Разрядность магистрали напрямую связана с количеством двоичных разрядов, отводимых для кодирования адреса ячейки памяти, а значит, и с емкостью внутренней памяти компьютера. Разрядность магистрали должна быть согласована с разрядностью процессора.
Компьютер собирается из отдельных блоков (модулей) аналогично тому, как собирается игрушечный дом из кубиков детского конструктора. В компьютере можно заменять и добавлять блоки при условии их совместимости. Это не только не нарушит работу компьютера, но и, возможно, повысит его производительность или увеличит количество выполняемых им функций.
Таким образом, можно выделить следующие основные принципы, которые лежат в основе архитектуры как ранее разработанных, так и большинства современных компьютеров.
Принцип программного управления компьютером — компьютер автоматически управляется командами программы, которые понятны процессору.
Принцип двоичного представления данных и команд в компьютере — вся обрабатываемая информация (данные и команды программы) представляется с использованием двоичного кода, а значит, единообразно представляется в виде последовательности нулей и единиц.
Принцип адресности памяти компьютера — внутренняя память состоит из ячеек, каждая из которых имеет свой адрес, аналогично внешняя память состоит из секторов, каждый из которых также имеет свой адрес.
Принцип однородности памяти компьютера — обрабатываемые данные и исполняемые программы могут храниться в одной и той же памяти компьютера.
Принцип магистрально-модульного устройства компьютера — все устройства компьютера взаимодействуют через магистраль (системную шину), каждое устройство конструктивно выполнено в виде отдельного блока (модуля), который легко подключается или заменяется.
Принцип открытой архитектуры компьютера — каждый физически неисправный или устаревший по характеристикам блок можно заменить на новый блок без внесения изменений в конструкцию компьютера.
Говорят, что компьютеры, построенные с учетом этих принципов, имеют магистрально-модульную архитектуру (рис. 20).
Все устройства компьютера взаимодействуют через магистраль. Непосредственно к магистрали подсоединяются центральный процессор и основная память компьютера. Остальные устройства подключены к магистрали через контроллеры. Центральный процессор управляет всеми устройствами с помощью команд.
Устройства компьютера могут быть изготовлены как в виде отдельных элементов (например, мышь, клавиатура, видеоадаптер), так и конструктивно объединены в единый блок (например, жесткий диск состоит из самого носителя, накопителя на жестком ди ске и контроллера жесткого диска). Подсоединяя к магистрали наборы разных модулей, можно собирать компьютеры, различные по возможностям, характеристикам и составу устройств. Иначе говоря, можно получать компьютеры разной конфигурации.
Рис. 20. Магистрально-модульная архитектура компьютера
Конфигурация компьютера — совокупность взаимосвязанных устройств, составляющих компьютеры, и их основные технические характеристики.
Приведем пример конфигурации современного персонального компьютера: 32-разрядный центральный процессор с тактовой частотой 3,3 ГГц, оперативная память объемом 1 Гбайт с частотой работы 800 МГц, жесткий диск объемом 320 Гбайтов со скоростью вращения 7200 оборотов в минуту, кэш-память объемом 16 Мбайтов, видеопамять объемом 512 Мбайтов, накопитель DVD ± RW.
Для организации взаимодействия компьютеров в сети каждому компьютеру присваивается уникальный адрес. Так, например, в сетях Интернет и Интранет он называется IP-адрес (Ай Пи адрес). Поскольку IP-адрес состоит из 32 двоичных разрядов, то, используя их, можно закодировать адреса нескольких миллиардов компьютеров. Подключение компьютера к сети обеспечивается устройством ввода-вывода (сетевой картой), которое, с одной стороны, взаимодействует через контроллер с магистралью этого компьютера, а с другой — с компьютерной сетью.
Развитие архитектуры компьютера происходит в нескольких направлениях. Среди них основными являются параллельное выполнение нескольких операций и одновременное использование нескольких процессоров (многопроцессорных систем) в компьютере. Это позволит повысить быстродействие компьютеров и сделать работу человека более эффективной.
Основные компоненты машины. В самом первом разделе с таким названием фон Нейман с соавторами определили и обосновали состав ЭВМ: «Так как законченное устройство будет универсальной вычислительной машиной, оно должно содержать несколько основных органов, таких как орган арифметики, памяти, управления и связи с оператором. Мы хотим, чтобы машина была полностью автоматической, т. е. после начала вычислений работа машины не зависела от оператора».
Таким образом, ЭВМ должна состоять из нескольких блоков, каждый из которых выполняет вполне определённую функцию. Эти блоки есть и в сегодняшних компьютерах:
• арифметико-логическое устройство (АЛУ), в котором выполняется обработка данных;
• устройство управления (УУ), обеспечивающее выполнение программы и организующее согласованное взаимодействие всех узлов машины; сейчас АЛУ и УУ изготавливают в виде единой интегральной схемы — микропроцессора;
• память — устройство для хранения программ и данных; память обычно делится на внутреннюю (для временного хранения данных во время обработки) и внешнюю (для длительного хранения между сеансами обработки);
• устройства ввода, преобразующие входные данные в форму, доступную компьютеру;
• устройства вывода, преобразующие результаты работы ЭВМ в форму, удобную для восприятия человеком.
В классическом варианте все эти устройства взаимодействовали через процессор (рис. 5.7).
Рис. 5.7
Принцип двоичного кодирования. Устройства для хранения двоичной информации и методы её обработки наиболее просты и дёшевы. Поскольку в ЭВМ используется двоичная система счисления, необходимо переводить данные из десятичной формы в двоичную (при вводе) и наоборот (при выводе результатов). Однако такой перевод легко автоматизируется, и многие пользователи даже не знают об этих внутренних преобразованиях.
В первых машинах использовались только числовые данные. В дальнейшем ЭВМ стали обрабатывать и другие виды информации (текст, графика, звук, видео), но это не привело к отмене принципа двоичного кодирования. Даже цифровые сигнальные процессоры 1 , предназначенные для обработки цифровых сигналов в реальном времени, используют двоичное представление данных.
1 В англоязычной литературе их называют DSP — Digital Signal Processor.
В истории известен пример успешной реализации троичной ЭВМ «Сетунь» (1959 г., руководитель проекта Н. П. Брусенцов), но он так и остался оригинальным эпизодом и не оказал влияния на эволюцию вычислительной техники. В первую очередь это связано с серьёзными проблемами, которые возникают при изготовлении элементов троичного компьютера на основе полупроводниковых технологий. Эти проблемы так и не были решены, тогда как наладить массовое производство аналогичных устройств для двоичных компьютеров оказалось значительно проще.
Следующая страница Принципы организации памяти
Cкачать материалы урока
§5. Назначение и устройство компьютера
§6. Компьютерная память
Назначение и устройство компьютера
Основные темы, параграфа:
- что общего между компьютером и человеком;
- какие устройства входят в состав компьютера;
- что такое данные и программа;
- принципы фон Неймана.
Изучаемые вопросы:
- Компьютер как модель человека, работающего с информацией.
- Схема информационного обмена в компьютере.
- Отличие программы и данных.
- Отличие внутренней и внешней памяти компьютера.
- Принцип двоичной кодировки информации.
- Структура внутренней памяти компьютера, её свойства.
- Носители и устройства внешней памяти.
Что общего между компьютером и человеком
С этого урока мы начинаем знакомство с компьютером. Для информатики компьютер — это не только инструмент для работы с информацией, но и объект изучения. Вы узнаете, как компьютер устроен, какую работу с его помощью можно выполнять, какие для этого существуют программные средства.
С давних времен люди стремились облегчить свой труд. С этой целью создавались различные машины и механизмы, усиливающие физические возможности человека. Электронная вычислительная машина (в современной терминологии — компьютер) (рис. 2.1) была изобретена в середине XX века для усиления возможностей умственной работы человека, т. е. работы с информацией.
Из истории науки и техники известно, что идеи многих своих изобретений человек «подглядел» в природе.
Например, еще в XV веке великий итальянский ученый и художник Леонардо да Винчи изучал строение тел птиц и использовал эти знания для конструирования летательных аппаратов.
Русский ученый Н. Е. Жуковский, основоположник аэродинамики, также исследовал механизм полета птиц. Результаты этих исследований используются при расчетах конструкций самолетов.
А есть ли в природе прототип у компьютера? Да! Таким прототипом является сам человек. Только изобретатели стремились передать компьютеру не физические, а интеллектуальные возможности человека.
По своему назначению компьютер — универсальное техническое средство для работы человека с информацией.
По принципам устройства компьютер — это модель человека, работающего с информацией.
Какие устройства входят в состав компьютера
Информационная деятельность человека делится на составляющие:
• прием (ввод) информации;
• запоминание информации (сохранение в памяти);
• процесс мышления (обработка информации);
• передача (вывод) информации.
В состав компьютера входят устройства, выполняющие аналогичные функции:
• устройства ввода;
• устройства запоминания — память;
• устройство обработки — процессор;
• устройства вывода.
В ходе работы компьютера информация через устройства ввода попадает в память; процессор извлекает из памяти обрабатываемую информацию, работает с ней и помещает в память результаты обработки; полученные результаты через устройства вывода сообщаются человеку.
Чаще всего в качестве устройства ввода используется клавиатура, а устройства вывода — монитор или принтер (устройство печати).
Что такое данные и программа
И все-таки нельзя отождествлять «ум компьютера» с умом человека. Важнейшее отличие состоит в том, что работа компьютера строго подчинена заложенной в него программе, человек же сам управляет своими действиями.
В памяти компьютера хранятся данные и программы.
Данные — это обрабатываемая информация, представленная в памяти компьютера в специальной форме.
Программа — это описание последовательности действий, которые должен выполнить компьютер для решения поставленной задачи обработки данных.
Если информация для человека — это знания, которыми он обладает, то информация для компьютера — это данные и программы, хранящиеся в памяти. Данные — это «декларативные знания», программы — «процедурные знания» компьютера.
Принципы фон Неймана
В 1946 году американский ученый Джон фон Нейман сформулировал основные принципы устройства и работы ЭВМ. Описанный выше состав устройств ЭВМ и взаимодействие между ними называют архитектурой фон Неймана. Для неймановской архитектуры характерно наличие одного процессора, который управляет работой всех остальных устройств. С другими принципами фон Неймана вам еще предстоит познакомиться.
Коротко о главном
Компьютер — это программно управляемое устройство для выполнения любых видов работы с информацией.
В состав компьютера входят: процессор, память, устройства ввода, устройства вывода.
В памяти компьютера хранятся данные и программы.
Компьютер работает по программам, созданным человеком.
Вопросы и задания
1. Какие возможности человека воспроизводит компьютер?
2. Перечислите основные устройства, входящие в состав компьютера. Какое назначение каждого из них?
3. Опишите процесс обмена информацией между устройствами компьютера.
4. Что такое компьютерная программа?
5. Чем отличаются данные от программы?
6. Подготовьте доклад о принципах, сформулированных фон Нейманом.
Компьютерная память
Основные темы, параграфа:
- внутренняя и внешняя память;
- структура внутренней памяти компьютера;
- программа в памяти компьютера;
- носители и устройства внешней памяти.
Изучаемые вопросы:
- Компьютер как модель человека, работающего с информацией.
- Схема информационного обмена в компьютере.
- Отличие программы и данных.
- Отличие внутренней и внешней памяти компьютера.
- Принцип двоичной кодировки информации.
- Структура внутренней памяти компьютера, её свойства.
- Носители и устройства внешней памяти.
Внутренняя и внешняя память
Работая с информацией, человек пользуется не только своими знаниями, но и книгами, справочниками и другими внешними источниками. В главе I «Человек и информация» было отмечено, что информацию можно хранить в памяти человека и на внешних носителях. Заученную информацию человек может забыть, а записи сохраняются надежнее.
У компьютера тоже есть два вида памяти: внутренняя (оперативная) и внешняя (долговременная) память.
Внутренняя память — это электронное устройство, которое хранит информацию пока питается электроэнергией. При отключении компьютера от сети информация из оперативной памяти исчезает. Программа во время ее выполнения хранится во внутренней памяти компьютера.
Сформулированное правило относится к принципам Неймана. Это правило называют принципом хранимой программы.
Внешняя память — это различные магнитные носители (ленты, диски), оптические диски, флеш-карты памяти. Сохранение информации на внешних носителях не требует постоянного электропитания.
В современных компьютерах имеется еще один вид внутренней памяти, который называется постоянным запоминающим устройством — ПЗУ. Это энергонезависимая память, информация из которой может только читаться.
На рисунке 2.2 показан состав устройств компьютера. Стрелки указывают направления информационного обмена.
Структура внутренней памяти компьютера
Устройства компьютера производят определенную работу с информацией (данными и программами). А как же представляется в компьютере сама информация? Для ответа на этот вопрос «заглянем» внутрь машинной памяти. Структуру внутренней памяти компьютера можно условно изобразить так, как показано на рис. 2.3.
Наименьший элемент памяти компьютера называется битом памяти. На рисунке 2.3 каждая клетка изображает бит. Вы видите, что у слова «бит» есть два значения: единица измерения количества информации и частица памяти компьютера. Покажем, как связаны между собой эти понятия.
В каждом бите памяти может храниться в данный момент одно из двух значений: нуль или единица. Использование двух знаков для представления информации называется двоичной кодировкой.
Данные и программы в памяти компьютера хранятся в виде двоичного кода.
Один символ двухсимвольного алфавита несет 1 бит информации.
В одном бите памяти содержится один бит информации.
Битовая структура определяет первое свойство внутренней памяти компьютера — дискретность. Дискретные объекты составлены из отдельных частиц. Например, песок дискретен, так как состоит из песчинок. «Песчинками» компьютерной памяти являются биты.
Второе свойство внутренней памяти компьютера — адресуемость. Восемь расположенных подряд битов памяти образуют байт. Вы знаете, что это слово также обозначает единицу количества информации, равную восьми битам. Следовательно, в одном байте памяти хранится один байт информации.
Во внутренней памяти компьютера все байты пронумерованы. Нумерация начинается с нуля.
Порядковый номер байта называется его адресом.
Принцип адресуемости означает, что:
Запись информации в память, а также чтение ее из памяти производится по адресам.
Программа в памяти компьютера
Несколько последовательно расположенных байтов памяти образуют ячейку памяти, адресом которой является адрес младшего байта, т. е. байта с наименьшим номером. На рисунке 2.4 показан принцип адресации на примере 4-байтовых ячеек памяти.
Одна ячейка памяти может хранить одну команду программы или элемент данных, обрабатываемых программой (например, число). Машинная программа — это множество команд, расположенных в последовательных ячейках памяти (рис. 2.5).
Команда программы состоит из операционной части — кода операции и адресной части — адресов размещения в памяти обрабатываемых данных. Код операции определяет действие, выполняемое процессором по команде. Работа процессора заключается в автоматическом выполнении последовательности команд программы до ее завершения (команды остановки).
Носители и устройства внешней памяти
Устройства внешней памяти — это устройства чтения и записи информации на внешние носители. Информация на внешних носителях хранится в виде файлов. Что такое файлы, вы подробнее узнаете позже.
Важнейшими устройствами внешней памяти в современных компьютерах являются накопители на магнитных дисках (НМД), или дисководы.
Принцип магнитной записи был изобретен в 20-х годах прошлого столетия. Тогда появились акустические магнитофоны, которые позволяли записывать на магнитную ленту речь, музыку, а затем воспроизводить записанные звуки. Первым видом устройств внешней памяти на ЭВМ были накопители на магнитной ленте — аналоги акустических магнитофонов.
Современный НМД работает аналогично магнитофону. На поверхности диска, покрытой тонким ферромагнитным слоем, записывается двоичный код: намагниченный участок — единица, ненамагни- ченный — нуль. При чтении с диска эта запись превращается в нули и единицы в битах внутренней памяти.
К магнитной поверхности диска подводится записывающая головка (рис. 2.6), которая может перемещаться по радиусу. Во время работы НМД диск вращается. В каждом фиксированном положении головка взаимодействует с круговой дорожкой. На эти концентрические дорожки и производится запись двоичной информации.
Другим видом внешних носителей являются оптические диски (другое их название — лазерные диски). На них используется не магнитный, а оптико-механический способ записи и чтения информации.
Сначала появились лазерные диски, на которые информация записывается только один раз. Стереть или перезаписать ее невозможно. Такие диски называются CD-ROM — Compact Disk-Read Only Memory, что в переводе означает «компактный диск — только для чтения». Позже были изобретены перезаписываемые лазерные диски — CD-RW. На них, как и на магнитных носителях, хранимую информацию можно стирать и записывать заново.
Носители, которые пользователь может извлекать из дисковода, называют сменными.
Наибольшей информационной емкостью из сменных носителей обладают лазерные диски типа DVD (Digital Versatile Disk — универсальный цифровой диск). Иногда их называют видеодисками. Объем информации, хранящейся на DVD, измеряется в гигабайтах. Видеофильмы, записанные на DVD, можно просматривать с помощью компьютера, как по телевизору.
Сравнительно новым видом устройств внешней памяти является флеш-память. Устройство флеш-памяти подключается к компьютеру через универсальный разъем USB.
Коротко о главном
В состав компьютера входят внутренняя и внешняя память.
Исполняемая программа хранится во внутренней памяти (принцип хранимой программы).
Информация в памяти компьютера имеет двоичную форму.
Наименьшим элементом внутренней памяти компьютера является бит. Один бит памяти хранит один бит информации: значение О или 1.
Восемь подряд расположенных битов образуют байт памяти. Байты пронумерованы, начиная с нуля. Порядковый номер байта называется его адресом.
Во внутренней памяти запись и чтение информации производятся по адресам.
Машинная программа — множество команд, расположенных в последовательных ячейках памяти.
Внешняя память: магнитные диски; оптические (лазерные) диски — CD, DVD; флеш-память.
Вопросы и задания
2. Что такое принцип хранимой программы?
3. В чем заключается свойство дискретности внутренней памяти компьютера?
4. Какие два значения имеет слово «бит»? Как они связаны между собой?
5. В чем заключается свойство адресуемости внутренней памяти компьютера?
6. Что представляет собой машинная программа? Какая информация содержится в команде программы?
7. Назовите устройства внешней памяти компьютера и сделайте их фотографии.
8. Какие типы оптических дисков вы знаете?
Электронное приложение к уроку
| Вернуться к материалам урока | |
| Презентации, плакаты, текстовые файлы | Ресурсы ЕК ЦОР |
| Видео к уроку |
Cкачать материалы урока
Читайте также: