Тема 14. Безопасность, гигиена, эргономика, ресурсосбережение

При работе в офисе, лаборатории, производственном помещении, где установлены персональные компьютеры и оргтехника, следует выделить следующие вредные и опасные факторы:

- опасность поражения электрическим током;

- метеорологические условия среды (микроклимат помещения);

- аномальное освещение;

- высокий уровень шума;

- повышенный уровень ионизирующего излучения;

- повышенные психофизиологические нагрузки;

- пожароопасность.

Рассмотрим требования, которые могут снизить влияние вышеперечисленных факторов на организм человека.

Требования по электрической безопасности

Действие электрического тока на человеческий организм заключается в способности его раздражать живые ткани организма. Степень нарушения жизненных функций человека зависит от величины силы тока, действующего на организм.

Таким образом, электрооборудование (персональные компьютеры, принтеры, сканеры и т.п.) в офисе, лаборатории, производственном помещении является одним из первых источников опасных факторов, поскольку в основном оборудование в них электрическое. Электрооборудование питается от сети переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц, поэтому персонал подвержен повышенному риску поражения электрическим током. Поражение током может произойти от неизолированной электропроводки, от корпуса системного блока, если на него произошел пробой электричества, при неосторожном обращении с оборудованием, его разборкой и т.п.

На предприятиях, где установлена вычислительная техника, оргтехника, должна быть обеспечена система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

В частности, недопустимо:

- использование некачественных и изношенных компонентов в системе электроснабжения

- производить какие-либо операции, связанные с подключением, отключением или перемещением компонентов компьютерной системы без предварительного отключения питания;

- устанавливать компьютер вблизи электронагревательных приборов и систем отопления;

- размещать на системном блоке, мониторе и периферийных устройствах посторонние предметы: книги, листы бумаги, салфетки. Это приводит к постоянному или временному перекрытию вентиляционных отверстий.

Защита персонала в офисе, лаборатории, производственных помещениях от поражения электрическим током обеспечивается правильным размещением оборудования, правильным выполнением электропроводки, ее надежной изоляцией и выполнением требований по технике безопасности.

Требования по влажности

Пониженная влажность вызывает у человека ощущение сухости слизистых оболочек верхних дыхательных путей, ухудшает самочувствие и снижает работоспособность.

Для нормализации воздуха в помещениях следует использовать вентиляцию, как естественную, так и искусственную. К видам естественной вентиляции, используемой в производственных помещениях, можно отнести неорганизованную естественную вентиляцию

Мероприятия по улучшению состояния воздушной среды рабочих помещений с компьютерами включают:

- применение вентиляции и кондиционирования воздуха;

- уменьшение тепловыделений от мониторов ПК;

- применение ионизаторов;

- использование специальных увлажнителей, комнатных растений;

- влажную ежедневную уборку помещений.

Требования к освещению

Для освещения зоны расположения документов допускается установка светильников местного освещения. В поле зрения оператора должны отсутствовать прямая и отраженная блескость. Для снижения блескости необходимо:

- оборудовать светопроемы солнцезащитными устройствами (шторами, регулируемыми жалюзи, внешними козырьками и т.д.);

- использовать для общего освещения светильники с рассеивателями и экранирующими решетками;

- использовать для местного освещения светильники с непросвечивающим отражателем и защитным углом не менее 40°;

- размещать рабочий стол так, чтобы оконный проем находился сбоку (справа или слева), при этом дисплей должен располагаться на поверхности стола справа или слева от оператора;

- размещать рабочий стол между рядами светильников общего освещения.

Требования к шуму

Уровень шума измеряется в децибелах (дБ) — относительной единице, по десятичной логарифмической шкале измерения показывающей, во сколько раз один звук громче другого. Шум, создаваемый одним персональным компьютером, невелик, он находится в диапазоне 30-68 дБ.

Печатающее оборудование, являющееся источником шума, следует устанавливать на звукопоглощающей поверхности автономно от рабочего места оператора. Уровень шума на рабочем месте оператора при работающем печатающем оборудовании не должен превышать 75 дБ. Если уровень шума на рабочем месте оператора превышает допустимый, то в помещении применяют звукопоглощающие покрытия, экраны или размещают печатающее оборудование вне помещения с дисплеем.

Требования к электромагнитным полям

Благодаря существующим достаточно строгим стандартам дозы рентгеновского излучения от современных видеомониторов не опасны для большинства пользователей. Исключение составляют люди с повышенной чувствительностью к нему

Согласно последним исследованиям человеческий организм наиболее чувствителен к электромагнитному полю, находящемуся на частотах 40 - 70 ГГц, так как длины волн на этих частотах соизмеримы с размерами клеток и достаточно незначительного уровня электромагнитного поля, чтоб нанести существенный урон здоровью человека. Отличительной же особенностью современных компьютеров является увеличение рабочих частот центрального процессора и периферийных устройств, а также повышение потребляемой мощности до 400 - 500 Вт. В результате этого уровень излучения системного блока на частотах 40 - 70 ГГц за последние 2-3 года увеличился в тысячи раз и стал намного более серьезной проблемой, чем излучение монитора.

При повышенном электромагнитном излучении у человека появляется головная боль, повышенная утомляемость, что снижает сосредоточенность работающего к работе, его внимание. ГОСТ Р50948-96 ограничивает мощность дозы рентгеновского излучения величиной 100 мкР/ч на расстоянии 5 см от поверхности экрана монитора.

Требования к психофизиологическим нагрузкам

Психофизиологические опасные и вредные факторы по характеру действия подразделяются на: физические (статические и динамические) и нервно- психические (умственное перенапряжение, перенапряжение анализаторов, монотонность труда и эмоциональные перегрузки).

Различают три группы деятельности при работе с персональным компьютером:

- группа А — работа по считыванию информации с предварительным запросом;

- группа Б — работа по вводу информации;

- группа В — творческая работа в режиме диалога с компьютером.

При 8-часовом рабочем дне регламентированные перерывы следует устанавливать:

- для I категории работ — через 2 часа от начала работы и через 1,5-2 часа после обеденного перерыва продолжительностью 15 минут каждый;

- для II категории работ — через 2 часа от начала смены и через 1,5-2 часа после обеда продолжительностью 15 минут каждый или по 10 минут через каждый час работы;

- для III категории работ — через 1,5-2 часа от начала смены и через 1,5-2 часа после обеда продолжительностью 20 минут каждый или по 15 минут через каждый час работы.

Продолжительность непрерывной работы на персональном компьютере не должна превышать 2 часов.

Меры по организации рационального режима труда и отдыха предусматривают строгое соблюдение перерывов, активное их проведение, регламентацию суммарного и непрерывного времени работы за дисплеем, равномерное распределение заданий.

Пожароопасность в помещениях, главным образом, создается оголенными токоведущими частями электропроводки, коротким замыканием проводки, перегрузкой электросети, статическим электричеством. Что касается причин возникновения пожара, не связанных с электричеством, то сюда можно отнести: неправильное устройство и эксплуатация отопительных систем (использование обогревателей), неисправность вентиляционных систем, неосторожное обращение с огнем персонала лаборатории и др.

Согласно ГОСТ 12.1.004-91 системы пожарной безопасности должны характеризоваться уровнем обеспечения пожарной безопасности людей и материальных ценностей, а также экономическими критериями эффективности этих систем для материальных ценностей с учетом всех стадий (научная разработка, проектирование, строительство, эксплуатация) жизненного цикла объектов и выполнять одну из следующих задач:

- исключать возникновение пожара;

- обеспечивать пожарную безопасность людей;

- обеспечивать пожарную безопасность материальных ценностей;

- обеспечивать пожарную безопасность людей и материальных ценностей одновременно.

Предотвращение образования горючей среды должно обеспечиваться одним из следующих способов или их комбинаций:

- применением в конструкции быстродействующих средств защитного отключения возможных источников зажигания;

- применением технологического процесса и оборудования, удовлетворяющего требованиям электростатической искро-безопасности по ГОСТ 12.1.018;

- устройством молние-защиты зданий, сооружений и оборудования;

- поддержанием температуры нагрева поверхности машин, механизмов, оборудования, устройств, веществ и материалов, которые могут войти в контакт с горючей средой, ниже предельно допустимой, составляющей 80 % наименьшей температуры самовоспламенения горючего;

- исключением возможности появления искрового разряда в горючей среде с энергией, равной и выше минимальной энергии зажигания;

- применением неискрящего инструмента при работе с легковоспламеняющимися жидкостями и горючими газами;

- системами пожарной защиты (системы оповещения о пожаре, наличие первичных средств тушения пожара, аварийное отключение аппаратуры), организационно-техническими мероприятиями.

Управление ресурсосбережением

Согласно ГОСТ Р 52107-2003 «Ресурсосбережение. Классификация и определение показателей» под ресурсосбережением понимается деятельность (организационная, экономическая, техническая, научная, практическая, информационная), методы, процессы, комплекс организационно-технических мер и мероприятий, сопровождающие все стадии жизненного цикла изделий и направленные на рациональное использование и экономию ресурсов. Приведем несколько примеров.

Мероприятия по энергосбережению в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха сводятся к следующему.

1. Устройство вентилируемых окон. Мероприятие предназначено для сокращения воздухопроницаемости и увеличения сопротивления теплопередачи оконных блоков. Снижение потерь теплоты осуществляется при использовании тройных вентилируемых окон. В теплый период движущийся воздух охлаждает нагретые стекла и переплеты, уменьшая теплопоступления снаружи внутрь помещения. В холодный период года через вентилируемое окно проходит удаляемый воздух из помещения, а окно служит теплоизолятором от холодного наружного воздуха. Температура стекла, обращенного в помещение, повышается, а тепловые потери через остекление снижаются.

2. Установка дополнительного (тройного) остекления. Мероприятие предназначено для сокращения воздухопроницаемости и увеличения сопротивления теплопередачи оконных блоков. Между стеклами возможно расположение солнцезащитных жалюзи, а на стеклах, теплопоглощающих и теплоотражающих пленок.

3. Применение теплопоглощающего и теплоотражающего остекления.

Мероприятие предназначено для сокращения теплопоступлений в помещения от солнечной радиации, что приводит к комфорту в помещениях.

4. Периодический режим работы системы отопления. Применяют в производственных, административных зданиях, используемых для работы неполные сутки и дни недели, в которых допускается снижение температуры внутри помещений в нерабочее время. В режиме работы системы отопления в течение суток наблюдаются три характерных промежутка времени:

- основной рабочий режим, когда в помещении поддерживаются заданные параметры температуры и влажности;

- дежурный режим, когда после основного режима система отопления переводится на режим поддержания пониженной температуры в помещении;

- режим форсированного нагрева помещения, в течение которого система отопления переводится на возможно быстрый разогрев помещения после охлаждения.

5. Периодический режим работы систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Периодические режимы работы систем вентиляции и кондиционирования воздуха применяют для стабилизации температуры, влагосодержания и газового состава воздуха.

Экономия электроэнергии при проектировании и монтаже может быть достигнута путем снижения ее потерь:

- в сетях — за счет рационального выбора сечений проводов; применения способов соединения, обладающих малыми переходными сопротивлениями; равномерного распределения нагрузки по фазам;

- в осветительных электроустановках — за счет правильного выбора типа ламп и светильников; применения различных устройств автоматического включения и отключения светильников; поддержания номинального уровня напряжения в сети.

При эксплуатации осветительных установок экономия электроэнергии может быть достигнута за счет:

- замены светильников с лампами накаливания на светильники с газоразрядными лампами;

- своевременной очистки ламп и светильников;

- поддержания номинального уровня напряжения в сети;

- автоматизации управления осветительными установками.

 

Тема 13. Виды программного обеспечения.

1.     Программный принцип управления компьютером.

2.     Классификация программного обеспечения ПК.

 

1. Системное программное обеспечение

2. Прикладные программы

 

1.     Программный принцип управления компьютером.

Компьютер является универсальным инструментом для решения разнообразных задач по преобразованию информации, но его универсальность определяется не столько аппаратным обеспечением, сколько установленными программными средствами, другими словами, все «знания» компьютера сосредоточены в программах, которые представляют собой точную и подробную последовательность инструкций, представленных на понятном для компьютера языке, по обработке информации. Меняя программы на компьютере можно превратить его в рабочее место дизайнера, бухгалтера или конструктора, статистика или агронома, использовать его для прослушивания музыки, просмотра кинофильмов и других развлечений.

В основе построения большинства ЭВМ лежат три общих принципа, сформулированных Дж. фон Нейманом (1945): программное управление, однородность памяти, адресность.

 Принцип программного управления заключается в том, что выполнение программ процессором осуществляется автоматически без вмешательства человека. Реализуется этот принцип за счет того, что программа, состоящая из набора команд, выполняется в строго определенной последовательности. Порядок выполнения команд обеспечивается счетчиком команд, который производит выборку команд из памяти, где они расположены в порядке следования друг за другом.

Принцип однородности памяти заключается в том, что в памяти компьютера хранятся как программы, так и данные. Принцип позволяет создавать более гибкие программы, которые в процессе выполнения могут подвергаться переработке.

Принцип адресности состоит в том, что все ячейки основной памяти компьютера пронумерованы и процессору доступна любая ячейка памяти.

В основе принципа программного управления лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.

Алгоритм – точное предписание, определяющее процесс преобразования исходных данных в конечный результат.

Программа – это упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке. Программа описывает операции, которые нужно выполнить процессору компьютера для решения поставленной задачи.

Команда – это инструкция машине на выполнение элементарной операции. Набор операций, которые может выполнять компьютер, и правил их записи образуют машинный язык.

Исторически сложилась тенденция к увеличению количества команд в машинном языке. Разработчики считали, что чем больше в нем команд, тем шире возможности по обработке данных. В настоящее время совершается переход на RISC-процессоры, основной характеристикой которых является сокращение набора команд и упрощение их структуры.

Суть принципа программного управления заключается в следующем:

· все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов-команд;

· каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, место нахождения (адрес) операндов и ряд служебных признаков. Операнды – это переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных. Список всех переменных (входных и данных, промежуточных значений и результатов вычислений) является неотъемлемым элементом любой программы;

· для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса, в качестве которых выступают номера ячеек памяти компьютера, предназначенных для хранения объектов;

· команды программы расположены в памяти друг за другом, что позволяет микропроцессору организовывать выборку цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти и выполнять команду за командой.

· для перехода к выполнению не следующей по порядку команды, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды «стоп». Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

Обычно программы хранятся во внешней памяти ПЭВМ и для выполнения передаются в оперативную память. Некоторые программы постоянно размещаются в памяти (ядро операционной системы, архиватор Zip Magic, монитор антивирусной программы Касперский АнтиВирус и др.) и называются резидентными, а другие – загружаются только на время выполнения, а затем удаляются из памяти, и называются транзитными.

Часть машинных программ, обеспечивающих автоматическое управление вычислениями и используемых наиболее часто, может размещаться в постоянном запоминающем устройстве – реализовываться аппаратно. Программы, записанные в ПЗУ, составляют базовую систему ввода/вывода (BIOS), которая является промежуточным звеном между программным обеспечением компьютера и его электронными компонентами. Ее компоненты обеспечивают выполнение всех операций ввода/вывода в соответствии со специфическими особенностями работы каждого из периферийных устройств данного компьютера (драйверы стандартных устройств), тестируют работу памяти и устройств компьютера при включении электропитания (тест), а также выполняют загрузку операционной системы.

 2. Классификация программного обеспечения ПК

Программное обеспечение (англ. software) – это совокупность программ, обеспечивающих функционирование компьютеров и решение с их помощью задач предметных областей. Программное обеспечение (ПО) представляет собой неотъемлемую часть компьютерной системы, является логическим продолжением технических средств и определяет сферу применения компьютера.

ПО современных компьютеров включает множество разнообразных программ, которое можно условно разделить на три группы (рис.31):

  1. Системное программное обеспечение (системные программы);

2. Прикладное программное обеспечение (прикладные программы);

3. Инструментальное обеспечение (инструментальные системы).

3.  Системное программное обеспечение 

(СПО) – это программы, управляющие работой компьютера (центральным процессором, памятью, вводом и выводом данных) и выполняющие различные вспомогательные функции, например, управление ресурсами компьютера, создание копий информации, проверка работоспособности устройств компьютера, выдача справочной информации о компьютере и др. Они предназначены для всех категорий пользователей, используются для эффективной работы компьютера и пользователя, а также эффективного выполнения прикладных программ.

 Этот класс программного обеспечения носит общий характер применения и не зависит от предметной области. К системному программному обеспечению предъявляются высокие требования надежности работы, удобства и эффективности использования. Как правило, компьютер приобретается с установленным системным программным обеспечением. Системное программное   обеспечение включает в себя базовое и сервисное программное обеспечение.

Базовое программное обеспечение - набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера.

Сервисное программное обеспечение представляет собой набор обслуживающих (служебных) программ утилит (лат. utilitas - польза) для вспомогательных операций, связанных с управлением ресурсами, настройками и контролем работоспособности компьютера. Утилиты входят в состав операционной системы или устанавливаются дополнительно.

4. Прикладное программное обеспечение 

предназначено для обработки данных в определенной области применения, выполняет функции, необходимые пользователю для решения практической задачи. Прикладная программа (или приложение) разрабатывается для конкретной операционной системы.

Пакет прикладных программ - несколько программ для решения задач определенного класса в конкретной предметной области.

Приведем примеры прикладного программного обеспечения.

Офисные программы предназначены для основной массы пользователей. Сюда относятся: текстовые и табличные процессоры, графические редакторы, средства презентаций, системы управления базами данных, а также их интегрированные пакеты. Эти программы готовят документы для печати и чтения с экрана, выполняют расчеты массивов числовых данных (Microsoft Word, Microsoft Excel, Lotus Smart Suite, Open Office, Libre Office).

Финансовые и бухгалтерские программы (бухгалтерского и финансового учета) для крупных, средних и мелких предприятий: 1С: Предприятие, 1С: Бухгалтерия, 1С: Деньги, БЭСТ, Парус и др.

Программы автоматизации делопроизводства и документооборота и архива организаций помогают в управлении персоналом, подготовке отчетности, составлении договоров, контрактов, писем (1С: кадры, Евфрат).

Лингвистические программы контролируют правописание, готовят аннотации, определяют ключевые слова, проводят лингвистический анализ текстов.

Программы словари содержат толкования терминов, дают перевод слов и словосочетаний (Lingvo, Multilex, Bridge to English, Сократ и др.).

Программы машинного перевода переводят тексты доку- ментов, электронной  почты  и  вебстраниц  (Promt,  Сократ, сайты переводов).

Графические программы готовят и обрабатывают изображения, редактируют, сканируют и печатают графические изображения, повышают их качество.

Системы управления базами данных обеспечивают организацию, хранение и обработку баз данных (Microsoft Access, Lotus ).

Издательские системы - программы компьютерной верстки и графики для типографской печати (Quark XPress, Adobe Page Maker, Adobe InDesign).

Статистические программы анализируют массивы числовых данных с выдачей статистических показателей, проведением прогнозирования, визуализацией данных (Statistica и др.). Математические программы представляют собой многофункциональные вычислительные системы решения разно-

образных математических задач (MathLab, Maple).

Системы автоматизированного проектирования (САПР), такие как AutoCad, MathCAD, предназначены для проектирования изделий разной сложности.

Информационные системы представляют массивы нормативных юридических, правовых документов, справочных сведений, ведомственные базы данных (Гарант, Кодекс, КонсультантПлюс, Право.ru).

Базы знаний - экспертные системы, системы поддержки принятия решений в конкретной области: бизнес планировании, диагностике заболеваний и неисправности техники, расследовании преступлений, финансовом аудите.

Инструментальное программное обеспечение - программы для создания новых приложений (разработки программ) и информационных систем. Применяется программистами в качестве инструмента на технологических этапах процессов проектирования, программирования, отладки, тестирования создаваемых программ. В инструментальное программное обеспечение входят языки и системы программирования, интегрированные среды разработки программных продуктов,  а   также   CASE средства   (Computer   Aided   Software Engineering)- программные комплексы, автоматизирующие процесс разработки программ.

К инструментальному программному обеспечению относят: системы программирования –для разработки новых программ, например, Паскаль, Бейсик. Обычно они включают: редактор текстов, обеспечивающий создание и редактирование программ на исходном языке программирования (исходных программ), транслятор, а также библиотеки подпрограмм; инструментальные среды для разработки приложений, например, C++, Delphi, Visual Basic, Java, которые включают средства визуального программирования; системы моделирования, например, система имитационного моделирования MatLab, системы моделирования бизнес-процессов BpWin и баз данных ErWin и другие.

Транслятор (англ. translator – переводчик) – это программа-переводчик, которая преобразует программу с языка высокого уровня в программу, состоящую из машинных команд. Трансляторы реализуются в виде компиляторов или интерпретаторов, которые существенно различаются по принципам работы.

Компилятор (англ. compiler – составитель, собиратель) читает всю программу целиком, делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном языке, который затем и выполняется. После компилирования получается исполняемая программа, при выполнении которой не нужна ни исходная программа, ни компилятор.

Интерпретатор (англ. interpreter – истолкователь, устный переводчик) переводит и выполняет программу строка за строкой. Программа, обрабатываемая интерпретатором, должна заново переводиться на машинный язык при каждом очередном ее запуске.

Откомпилированные программы работают быстрее, но интерпретируемые проще исправлять и изменять.

Дистрибутив (англ. distributive - распространяемый) - программный продукт, приспособленный для установки на компьютеры. Содержит сжатые (уменьшенные в объеме) файлы самой программы и программу установки. Распространяется на лицензионных компа дисках или через Интернет. Инсталляция (англ. installation - установка) -установка программного обеспечения в компьютер с помощью вспомогательной программы установки setup.exe с носителя – компак диска, флеш карты, жесткого диска.

Обычно пакеты прикладных программ имеют средства настройки, что позволяет при эксплуатации адаптировать их к специфике предметной области.

 

 

Тема 12. Архитектура компьютеров.

1.     1. Классическая архитектура фон Неймана

2.     2. Архитектура современных ПК

Джон Фон-Нейман  — венгеро-американский математик, физик и педагог еврейского происхождения, сделавший важный вклад в квантовую физику, квантовую логику, функциональный анализ, теорию множеств, информатику, экономику и другие отрасли науки.

Наиболее известен как человек, с именем которого связывают архитектуру большинства современных компьютеров (так называемая архитектура фон Неймана)

Джон Фон-Нейман выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ и предложил его структуру, которая воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ. По Нейману основными блоками являются устройства управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ), обычно они объединяются в центральный процессор (память, внешняя память, устройства ввода и вывода).

Архитектура ЭВМ по Фон-Нейману:

1.     Внешнее запоминающее устройство

2.     Процессор АЛУ и УУ

3.     Оперативно-запоминающее устройство

4.     Устройство ввода

5.     Устройство вывода

Принципы Фон-Неймана:

Принцип двоичного кодирования – вся информация, поступающая в ЭВМ кодируется в двоичной системе счисления.

Принцип программного управления – программа состоит из набора команд, которые управляются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности.

Принцип однородности памяти – программа и данные хранятся в одной и той же памяти, что обеспечивает оперативную перенастройку машины с одной задачи на другую без изменений в её схеме и делает машину универсальным вычислительным инструментом; инструкции, входящие в программу закодированы в виде чисел и это даёт возможность прочесть инструкцию как число, переслать в АЛУ (арифметико-логическое устройство), произвести с ней некоторые операции и вернуть в оперативную память, таким образом при выполнении программы может происходить её модификация либо формирование новой программы.

Принцип адресности – структурно-оперативная память состоит из пронумерованных ячеек. УУ (устройству управления) в произвольный момент времени доступна любая ячейка, отсюда следует возможность давать имена областям памяти так, чтобы к хранящимся в них значениях можно было бы впоследствии к ним обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоения имён.

В современном компьютере к этим принципам следует добавить:

Принцип открытой архитектуры – ЭВМ состоит из отдельных блоков, совмещающихся друг с другом через стандартные разъёмы (порты, слоты).

Принцип совместимости «сверху вниз» - новые модели поддерживают и расширяют возможности более старых.

Архитектура современных ПК:  магистрально-модульный принцип.

Центральная часть компьютера – это системный блок, он не является единым целым, в нём находится ряд взаимосвязанных устройств. Основной элемент – это материнская (системная) плата, на которой смонтированы все важнейшие микросхемы; важнейшая часть материнской платы – это центральный процессор – микросхема, в которой происходит исполнение программ компьютером.

Появление третьего поколения ЭВМ было обусловлено переходом от транзисторов к интегральным микросхемам, что способствовало уменьшению размеров функциональных узлов ЭВМ и создало предпосылки для существенного роста быстродействия процесса. Возникли противоречия между высокой скоростью внутри машины и медленной работой устройств ввода/вывода. Процессор, руководивший работой внешних устройств значительную часть времени был вынужден простаивать в ожидании информации от внешних устройств, что существенно снижало бы эффективность работы ЭВМ в целом; для решения этой проблемы возникла идея освобождения центрального процессора от функций обмена и передачи этих функций специальным электронным схемам управления работой внешних устройств – «контроллерам». Наличие интеллектуальных контроллеров внешних устройств стало важной отличительной чертой машин 3-его и 4-его поколений.

Контроллер можно рассматривать как специализированный процессор, управляющий работой «вверенного» ему внешнего устройства по специальным программам обмена. Таким образом, при необходимости произвести обмен, центральный процессор выдаёт задание контроллеру. Дальнейший обмен информацией может протекать под руководством контроллера без участия процессора.

Для связи между отдельными узлами ЭВМ используется общая шина (магистраль).

Шина – это схема, обеспечивающая передачу данных между процессором и другими устройствами. Характеристики: разрядность (бит) – максимальное количество одновременно передаваемых бит информации; частота (герц) – количество циклов срабатывания шины в единицу времени.

При обслуживании оперативной памяти перед шиной встают 2 задачи: поиск нужного участка памяти и обмен информацией с найденным участком.

Шина состоит из 3-ёх частей: шина данных, адреса и управления.

Шина данных: по ней данные передаются между разными устройствами, например, из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору на обработку, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память на хранение. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Шина адреса только определяет куда передаются данные, а процессор производит выбор устройства или ячейки памяти куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных.

Каждое устройство или ячейка памяти имеет свой адрес, он и передаётся по адресной шине, причём сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам.

Разрядность шины адреса определяет объём адресуемой памяти (адресного пространства), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти можно рассчитать по формуле: N=2I, где I – разрядность шины адреса, N – количество ячеек. Чем больше разрядность, тем к большим ячейкам можно обратиться.

Шина управления регулирует процесс обмена информацией, по ней передаются сигналы, определяющие характер обмена информации по магистрали. Сигналы управления показывают какие операции (считывание или запись) нужно производить.

Описанную схему легко дополнять новыми устройствами – это свойство называется открытостью архитектуры. Для пользователя это означает возможность свободно выбирать состав внешних устройств для своего компьютера.

Ещё одной важной особенностью структуры современных компьютеров является возможность реализовывать прямые связи между устройствами ЭВМ. Это стало возможным поскольку процессор перестал быть центром конструкции. На практике чаще всего используют передачу данных из внешних устройств в ОЗУ и наоборот. Режим, при котором внешнее устройство обменивается данными непосредственно с ОЗУ, без участия процессора, называется прямым процессором. Для его реализации необходим специальный контроллер.

Все блоки компьютера (их порты ввода-вывода) через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине непосредственно или через контроллеры (адаптеры).

Основная память компьютера предназначена для хранения и оперативного обмена информацией между блоками компьютера. Содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ):

ПЗУ хранит неизменяемую (постоянную) программную информацию и позволяет только считывать хранящуюся в нем информацию. Здесь хранятся программы тестирования оборудования ПК, обслуживания ввода/вывода, некоторые данные и др. При выключении электропитания компьютера содержимое постоянной памяти сохраняется;

ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в процессе работы ПК. Главное достоинство оперативной памяти — ее высокое быстродействие и возможность прямого обращения к каждой адресуемой группе из восьми ячеек памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). Память называется оперативной потому, что работает так быстро, что процессору почти не приходится ждать при чтении данных из памяти и записи в нее. При выключении питания ПК вся информация ОЗУ стирается. Объем установленной в компьютере оперативной памяти определяет, с каким программным обеспечением можно на нем работать. При недостаточном объеме оперативной памяти многие программы либо не работают, либо работают медленно.

Внешняя память ПК относится к внешним устройствам и используется для долговременного хранения информации. Устанавливаемое и все прикладное программное обеспечение компьютера хранится во внешней памяти. К внешней памяти компьютера относятся разнообразные запоминающие устройства, но основными являются накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД). Назначение этих дисков — хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. В качестве устройств внешней памяти используются также запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте (стримеры), накопители на оптических дисках, флешкарты и др.

Генератор тактовых импульсов (ГТИ) генерирует последовательность электрических импульсов. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы компьютера. Частота ГТИ — одна из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, так как каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

Источник питания (ИП) компьютера представляет собой блок, содержащий системы энергопитания узлов ПК.

К внешним устройствам персонального компьютера кроме внешней памяти относятся разнообразные устройства ввода/вывода информации, и основными здесь являются видеомонитор, клавиатура, мышь.

 

Состав персонального компьютера

 

Минимальный состав персонального компьютера включает системный блок, клавиатуру, монитор и мышь.

Системный блок содержит основные электронные схемы и устройства управления компьютера, устройства внешней памяти, блок питания.

Клавиатура — стандартное устройство ввода информации, передающее в компьютер символы или команды.

Монитор, или дисплей, — стандартное устройство вывода, отображения информации в форме знаков, графического и видеоизображения на электронном экране. Современные программные средства используют монитор как инструмент организации графического взаимодействия с пользователем, в частности для совместного ввода информации с помощью клавиатуры и мыши.

Мышь — устройство позиционирования указателя на экране, позволяющее без использования клавиатуры выделять, перемещать, изменять объекты, отдавать команды.

Устройства в составе компьютерной системы должны быть совместимы. Совместимость — способность различных объектов к взаимодействию. Источники и получатели информации, комплектующие устройства аппаратуры должны для выполнения операций обладать совместимостью. Совместимостью должны обладать видеомагнитофон и телевизор, элементы телефонной связи и радиосвязи. Качество, противоположное совместимости—несовместимость, конфликты при обработке информации. В компьютерной системе обработка и обмен данными выполняются при условии совместимости устройств и программ разных производителей (передать на монитор, принтер; получить от клавиатуры, мыши, модема; работать с диском).

Системный блок содержит в корпусе системную (материнскую, или основную, плату), платы расширения (контроллеры и адаптеры), различные накопители информации (жесткий диск, дисководы, приводы CD-R/RW, DVD-R/RW), блок питания. На передней панели системного блока расположены кнопки включения компьютера, с тыльной стороны находятся разъемы для подсоединения внешних устройств.