Основы компьютера


Основы компьютерной техники

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники»

Кафедра Программного обеспечения информационных технологий

А.Т.Пешков

Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине

Теоретические материалы

Для студентов специальности

«Программное обеспечение информационных технологий»

дневной формы обучения.

Минск 2008

Оглавление

Введение …………………………………………………………4

1 Арифметические основы компьютера 6

1.1 Системы счисления 6

1.2 Перевод чисел из одной системы счисления в другую 9

1.2.1 Преобразования с использованием весов разрядов 9

1.2.2 Метод деления (умножения) на новое основание 12

1.2.3 Метод с использованием особого соотношения оснований систем счисления 15

1.3 Арифметические операции над положительными числами 18

1.3.1 Операции сложения в двоичной системе счисления. 18

1.3.2 Операция вычитания 19

1.3.3 Операция умножения 20

1.3.4 Деление двоичных чисел 24

1.4 Арифметика с алгебраическими числами 27

1.4.1 Кодирование алгебраических чисел 27

1.4.2 Операции с двоичными числами в дополнительном коде. 30

1.4.3 Операции с двоичными числами в обратном коде 31

1.4.4 Модифицированные коды 32

1.4.5 Арифметика с алгебраическими двоично-десятичными числами 34

1.5 Логические операции с двоичными кодами 37

1.6 Представление чисел с фиксированной точкой 43

1.6.1 Арифметические операции над числами, представленными с фиксированной точкой 44

1.6.2 Деление с фиксированной точкой 44

1.7 Представление чисел с плавающей точкой 48

1.7.1 Арифметика с плавающей точкой 49

1.8 Представление данных в ЭВМ. 55

2 Логические основы компьютера 57

2.1 Основные понятия алгебры логики 57

2.2 Элементы алгебры Буля 60

2.2.1 Законы и правила алгебры Буля 60

2.2.2 Формы представления логических функций 62

2.2.3 Синтез логических схем по логическим выражениям 65

2.2.4 Минимизация логических выражений 67

2.3 Логические базисы И-НЕ, ИЛИ-НЕ 75

3 Схемотехнические основы эвм 79

3.1 Элементы ЭВМ 79

3.1.1 Логические элементы. 80

3.1.2 Запоминающие элементы 83

83

3.2 Узлы компьютера 93

3.2.1 Комбинационные узлы 93

3.2.2 Накапливающие узлы 103

3.3 Элементы теории цифровых автоматов 110

3.3.1 Основные определения 110

3.3.2 Задание цифрового автомата с помощью графа 114

3.3.3 Переход от одной формы задания автомата к другой 115

3.3.4 Синтез цифрового автомата 118

3.4 Устройства компьютера 124

3.4.1 Арифметико-логическое устройство компьютера 124

3.4.2 Граф-схема алгоритма выполнения операции 126

3.4.3 Построение блока управления 131

3.5 Процессор 149

3.6 Запоминающие устройства 154

3.6.1 Оперативная память 155

3.6.2 Постоянные запоминающие устройства 160

введение

Начало развития машин для выполнения вычислений можно отнести к семнадцатому столетию, когда в 1642 г выдающийся французский математик Блез Паскаль1 изобрел и сконструировал первую суммирующую машину. Однако из-за несовершенства развития механики того времени созданная им машина не нашла практического применения. В конце этого же столетия в 1694г. немецкий математик Гофрид Лейбниц построил вычислительную машину, которая могла выполнять не только операции сложения, но и операции умножения. В 1874 г российский инженер В.Т. Однер сконструировал арифмометр, которой был лучшим для того времени и долгое время оставался прототипом разрабатывавшихся впоследствии машин подобного назначения.

Идея создания машины с элементами программирования, т.е. с автоматической организацией вычислительного процесса, принадлежит Чарльзу Боббиджу, предложившему в 1833г. проект «аналитической машины», которая помимо использования принципа программного управления имела память для хранения программы, исходных данных и результатов их обработки. В предложенной машине были предусмотрены средства ввода исходной информации с перфоленты и средства вывода информации в печатной форме. Эта машина была даже построена, однако реализация сравнительно сложных идей, положенных в основу этой «аналитической машины», на базе сравнительно несовершенной механики того времени привела к тому, что созданная машина оказалась настолько ненадежной, что не нашла фактически никакого практического использования.

Все разрабатываемые машины для выполнения расчетов до 40-х гг. строились на основе механических узлов. Появление первых электронных вычислительных машин можно отнести к сороковым годам. Одной из первых ЭВМ является «ENIAC», созданная в США Джоном Мокли и Дж. Преспером Эккертом. При построении машины было использовано около 20 тысяч электронных ламп. Она имела колоссальные габариты (для ее размещения было построено специальное помещение площадью более 100 метров) и имела фантастическое по тем временам быстродействие - 5 тысяч сложений в секунду.

С сороковых годов развитие вычислительной техники с точки зрения используемой технологической базы можно подразделить на этапы создания ЭВМ следующих поколений:

  • компьютер на электронных вакуумных приборах;

  • компьютер на полупроводниковых приборах;

  • компьютер на интегральных схемах;

  • компьютер на больших интегральных схемах;

  • компьютер на сверхбольших интегральных схемах.

При переходе от поколения к следующему поколению почти на порядок улучшались основные параметры компьютера, к числу которых относятся:

  • быстродействие;

  • емкость памяти;

  • потребляемая мощность;

  • габариты.

За это время существенно изменилась структурная организация компьютера, её внешняя память, средства ввода - вывода информации.

  • Современные компьютера при габаритах, как правило, соответствующих настольному варианту, обладают быстродействием, измеряемым десятками миллионов операций в секунду, имеют только оперативную память емкостью в десятки(а в некоторых случаях сотни) миллионов байт, оснащены разнообразными средствами ввода -вывода, позволяющими вести обмен информации с пользователем в удобной для последнего форме.

  • Структура современной компьютера включает следующие основные компоненты:

  • ОП - оперативная память, используемая для хранения исполняемых в данное время программ, исходных данных, промежуточных и окончательных результатов;

  • процессор - устройство, осуществляющее основную обработку информации в соответствии с исполняемой программой;

  • ПУ - периферийные устройства, включающие средства ввода- вывода информации, представленной в различной форме, осуществляющие двусторонний обмен данными с пользователем, а также устройства типа внешней памяти, имеющие огромную информационную ёмкость, позволяющую хранить все исходные данные, программы, промежуточные и конечные результаты обработки информации.

В данном пособии рассматриваются основополагающие материалы, связанные с компьютером, а именно:

  • арифметические основы компьютера;

  • логические основы компьютера;

  • схемотехнические основы компьютера.

Приведенные материала основываются на разделах «Физика», «Математика» и «Электротехника».

Полученные при их изучении знания могут быть использованы при изучении дисциплин по программированию («Конструирование программ и языки программирования», «Системное программное обеспечение» и др.) и всех дисциплин, связанных с аппаратной частью компьютера.

studfiles.net

Что входит в состав персонального компьютера. Устройство системного блока

Различия между составом персонального компьютера и внутренним устройством системного блока

Под составом компьютерной системы обычно понимают не только компоненты базовой конфигурации ПК, но и внутреннюю составляющую системного блока, его то чаще всего и имеют в виду говоря о компьютере. Но в данной статье будут рассмотрены оба понятия.

Состав компьютерной системы

Так, например, в минимальный состав компьютера можно выделить несколько компонентов:

  • Системный блок - в нём располагаются внутренние узлы персонального компьютера;
  • Монитор - позволяет вывод данных: текстов, изображений и другой информации;
  • Клавиатура - служит для ввода информации;
  • Мышь - хоть при её помощи можно управлять работой компьютерных программ.

(Компьютерная мышь не входит в состав базовой конфигурации ПК!)

Данные компоненты удовлетворяют лишь минимальному составу персонального компьютера и поэтому конфигурацию очень часто называют базовой.

По мере необходимости составные части компьютера можно и даже нужно наращивать, например, без компьютерных колонок уже не обойтись или МФУ (много функциональное устройство - принтер, сканер и копир в одном) будет вашим помощником не только в офисе, но и дома, но эти компоненты называются периферийными и относятся уже к расширенной конфигурации компьютера.

Ноутбук будет хорошим примером минимальной или по другому базовой составляющим компьютера, так как в его состав входят так же интегрированные клавиатура, мышь - представленная в виде тачпада или трекбола и монитор находящийся прямо в его крышке.

Если с составом компьютерной системы всё довольно просто и понятно, то устройство системного блока нуждается в более подробном рассмотрение.

Устройство системного блока

Так как выше уже рассмотрен один из вариантов представления о персональном компьютере, будет правильно рассмотреть и второй. Почему же системный блок ПК рассматривается более подробно? Дело в том, что тот коробок, именуемый ещё и системным блоком не единое целое, как может показаться на первый взгляд и внутренняя его составляющая может быть совершенно разной для каждого компьютера. Скажете вы, так монитор тоже состоит из разных микросхем и прочих сложностей, и вы будете правы, но отличие состоит в том, что системный блок — это модульная система.

Каждый, наверное, знает конструктор Lego, из его частей можно сделать много интересных поделок, так и системный блок, вы можете менять его состав по мере необходимости, конечно монтирую комплектующие не куда вам захочется, в отличие от конструктора, а в специальные слоты расширения системной платы.

Корпус системного блока

Конструкция корпуса определяет не только внешний вид системного блока, а вместе с ним и домашний уют и даже его начинку, а именно форм-фактор материнской платы, а вместе с ней и количество подключаемых компонентов. Система охлаждения целиком и полностью тоже зависит о корпуса вашего компьютера, она должна быть тихой, но эффективной.

Системная (материнская) плата

Её называют как системной, так и материнской платой, смысловая нагрузка на данные термины совершенно одинаковая, когда её называют так или иначе, имеют в виду одно и тоже. Благодаря системной плате обеспечивается механическое крепление на прямую и с помощью специальных кабелей всех компонентов системного блока, а вмести с ним и их питание и внутренняя взаимосвязь. Так же на ней находятся различные контролеры.

Процессор и его система охлаждения

Микропроцессор, являющийся составляющей процессора, выполняет большинство вычислительных операций. Современные процессоры нуждаются в хорошем энергопотребление, а, температура некоторых представителей позволяет даже вскипятить чайник, поэтому без системы охлаждения не обойтись:

Радиатор - обеспечивает пассивное охлаждение процессору, но один радиатор уже не справляется с большими тепловыделениями и поэтому на него обычно крепится, для воздушного охлаждения специальный вентилятор. Да и вообще найти радиатор отдельно от вентилятора скорее всего уже не удастся.

Существуют и альтернативные системы охлаждения, но они обычно требуются для использования разгонного потенциала центрального процессора.

Модуль оперативной памяти

Еще, оперативную память называют ОЗУ - оперативное запоминающее устройство, необходима для хранения временных данных, хорошим примером является буфер обмена при копировании и последующей вставке. Процессор передаёт информацию в оперативную память и по мере необходимости забирает её оттуда. Особенностью оперативной памяти является практически молниеносное быстродействие, которое даёт возможность обмена данных с процессором, на его же скорости их обработки. Следует учитывать, что длительное хранение данных практически не достижимо, ОЗУ является энергозависимой составляющей персонального компьютера, при отключении питания ПК, вся информация безвозвратно исчезнет.

На плате модуля находятся несколько микросхем работающих как одно целое, а для установки в материнскую плату, для наращивания оперативной памяти не требуются ни какие инструменты, данную операцию легко можно проделать самому.

Жёсткий диск и твердотельный накопитель

HDD, от английского hard (magnetic) disk drive - представляет возможность для длительного по времени хранения данных информации, операционная система обычно устанавливается именно в раздел жёсткого диска. В материнскую плату, в отличие от оперативной платы он не монтируется, для его подключения требуются специальный шлейф. Шлейфы, которые используют определяются самим жёстким диском, а это или IDE, или SATA(1,2,3). На современных материнских платах разъём IDE отсутствует.

Как по отдельности, так и в комплекте с HDD в составе современных персональных компьютеров всё чаще используют твердотельный накопитель - SSD, в основе которого лежит флеш-память, хорошо подходящий для увеличения быстродействия компьютера благодаря высокому обмену данных c другими компонентами, по сравнению с HDD, но в тоже время являются более дорогостоящими. Поэтому для экономии, SSD небольших размеров используют для установки и работы операционной системы, а для хранения данных используют жёсткий диск. Рекомендуется к прочтению статья: «Что лучше SSD или HDD?».

Видеоадаптер (Видеокарта)

Видеокарта - графическая плата, устройство, отвечающее за построение (вывод) информации на дисплей монитора. Современные материнские платы бывают уже с интегрированными графическими адаптерами, которые хорошо показывают себя как в офисных приложениях для просмотра высококачественного видео, так и в не ресурсоёмких играх. Для высокопроизводительных задач видео плата докупается отдельно, монтируется в системную плату, а разнообразие моделей находится в совершенного разных ценовых сегментах.

Дисковод оптических дисков

В конфигурации современного компьютера оптический дисковод по сравнению с его прежней популярностью используется всё реже и реже. Служит для чтения и записи дисков различных форматов. Подключается к системной плате при помощи шлейфа, так же, как и жёсткий диск или твердотельный накопитель.

Дисковод гибких дисков и кардридер

Дисковод гибких дисков уже не используется для сборок современных компьютеров, но его ещё можно найти в устаревших ПК. На старых материнских платах был предусмотрен специальный разъём.

На современных компьютерах целесообразнее использовать кардридер, способный считывать и записывать информацию разных типов флеш накопителей.

Звуковой адаптер, модем и контроллер локальной сети

Звуковой адаптер, служит для записи и воспроизведения звука, к нему подключаются наушники, звуковые колонки и микрофон. Модем нужен для подключения и выхода в интернет, контролер сети или сетевая карта служит для подключения к сети и так же, как и модем для выхода в интернет.

В составе материнской платы сегодняшних дней, уже встроены как звуковой адаптер, так и сетевая карты, но для расширения возможностей можно их докупить.

Модемы, внутренние в виде платы и внешние в виде периферийного устройства, хоть и теряют свою популярность, но все же используются для подключения к интернету через телефонную линию. Более популярны в наши дни 3G/4G модемы использующие мобильное соединение.

Блок питания

Название говорит само за себя, его основной функцией является подача электрического тока всем внутренним составляющим компьютерного системного блока. Так как от его мощности зависит стабильность работы системы, следует отнестись к выбору с пониманием или даже сделать его приобретение с небольшим запасом, которое будет кстати, при дальнейшем апгрейде (модернизации) комплектующих системного блока.

Состав персонального компьютера и системного блока этими компонентами не ограничивается, конфигурацию можно расширить, или заменить комплектующие по мере необходимости, а грань между понимания этих терминов немного стала чётче.

procomputer.su

Основы работы на персональном компьютере

Информация, изложенная в этой статье, предназначена для начинающих пользователей компьютера с минимальным уровнем подготовки и является обобщением нескольких других статтей нашего сайта. Это своего рода основа, без которой самостоятельно и быстро освоить компьютер будет достаточно сложно. Из статьи читатель узнает, как на компьютере осуществлять основные операции с файлами и папками (создавать, переименовывать, копировать, переносить, удалять), научится работать с окнами Windows, овладеет навыками навигации в Windows, освоит умение использования компьютерной мышки. Начинающим пользователям, читающим эту статью, желательно иметь возможность сразу же на практике опробовать примеры, изложенные в ней. Cтатью лучше скачать и распечатать (ссылка на файл чуть ниже), поскольку все открытые на компьютере приложения придется закрыть, в том числе и это окно. Подойдет также вариант с параллельным использованием второго компьютера или ноутбука.

Скачать статью в формате DOC (Microsoft Word)Скачать статью в формате PDF

Введение

Компьютер - это электронная вычислительная машина, созданная человеком для удовлетворения определенных своих потребностей. Основные задачи современного компьютера - хранение и обработка информации, предоставление пользователю разнообразных данных в удобной для него форме, формирование на основе имеющихся данных новой информации и т.д. При этом, имеется в виду информация в любой форме. На компьютере можно хранить, обрабатывать и воспроизводить текстовую, графическую (изображения, видео), звуковую и другую информацию. Компьютер - это не просто инструмент, а сложное электронное устройство. По своей сути это робот, который действует согласно тому или иному алгоритму (последовательности действий), специально разработанному для него человеком. Такой алгоритм действий компьютера называется программой. Человек, активируя необходимый ему алгоритм работы компьютера (программу), заставляет его в определенной последовательности выполнять определенную работу. Из этого следует, что для успешного использования компьютера пользователь должен взаимодействовать с ним. То есть, между человеком и вычислительной машиной должно происходить своеобразное общение. Пользователь определенным образом должен давать компьютеру команды, направленные на активацию нужных алгоритмов, контролировать их выполнение и получать желаемый результат в удобной для себя форме.

Операционная система

Сразу после создания первых компьютеров процесс взаимодействия с ними был очень сложным. Далеко не каждый человек мог пользоваться компьютером. Почти для каждого конкретного случая его использования приходилось каждый раз создавать алгоритм необходимых действий. При этом, алгоритм надо было еще и формировать в четком и понятном компьютеру виде. Малейшие ошибки или отклонения от установленных норм приводили к неправильной его работе. Постепенно компьютерная техника и программы для нее развивались. На определенном этапе этого развития возникли своеобразные суперпрограммы, основным назначением которых было максимальное упрощение взаимодействия человека и компьютера. Безошибочно интерпретируя простые действия человека в понятные компьютеру команды, они давали возможность пользователю в очень простой и наглядной форме буквально пальцем указывать компьютеру что ему необходимо делать.Сегодня такие суперпрограммы называются операционными системами (сокращенно - ОС) и именно благодаря им компьютерная техника получила такое широкое распространение. Подробнее о том, что такое операционная система, можно почитать здесь.В настоящее время очень удобной и распространенной операционной системой (однако, не единственной) является Windows. Она создана и поддерживается американской компанией Microsoft. Windows в современном виде возникла не сразу и в своем развитии прошла ряд этапов. Последней на момент подготовки этой статьи версией операционной системы Windows была Windows 8. Распространенными остаются также некоторые предыдущие версии - Windows XP, Windows Vista, Windows 7. Разница между различными версиями Windows, конечно, довольно существенная. Однако, базовые принципы работы и порядок использования компьютеров с такой операционной системой являются одинаковыми независимо от версий. Операционная система Windows не требует отдельного запуска. Она запускается автоматически вместе с компьютером. Именно завершения ее запуска мы некоторое время ожидаем с момента непосредственного включения компьютера и до появления на мониторе рабочего стола Windows. После этого все наши манипуляции с компьютером (с использованием мышки, клавиатуры или других устройств) воспринимаются не непосредственно компьютером, а операционной системой, которой они интерпретируются в понятные компьютеру команды, благодаря чему мы можем с легкостью управлять им.Основой работы операционной системы Windows является наглядное графическое отображение всего, что хранится и происходит на компьютере, в форме специальных окон. Отсюда происходит и название операционной системы (в переводе с английского Windows означает «Окна»).

Хранение информации на компьютере

Информация на компьютере находится на его запоминающем устройстве. Данные на таком устройстве компьютер может хранить, изменять и удалять. В случае выключения компьютера (в том числе и полного обесточивания) все сохраненные данные останутся неповрежденными, и с ними в дальнейшем можно будет продолжить работу в любой момент. Следующие несколько абзацев начинающим пользователям могут показаться сложными для восприятия. При необходимости, перечитайте их несколько раз, поскольку правильное понимание изложенного является достаточно важным моментом. Лучше понять содержание этих абзацев поможет схема, которая размещена под ними. Итак, вся информация на компьютере под управлением операционной системы Windows хранится в форме совокупности файлов. Файл - это логически отделенная и в определенной мере самодостаточная частичка информации. Например, отдельным файлом может быть текстовый документ, фотография, видеозапись и др. Файл можно создать, изменить (внести в его содержание определенные изменения), удалить (уничтожить), скопировать на другие устройства, присвоить ему любое имя и впоследствии изменить его т.д. При этом, другие файлы, которые находятся на этом же компьютере, никаких изменений не претерпевают.Каждый файл имеет определенный размер, который измеряется в специальных единицах, называющихся байтами (сокращенно обозначается латинской буквой b). При этом, 1024 байт составляют 1 килобайт (kb). В свою очередь 1024 килобайт составляют 1 мегабайт (mb), 1024 мегабайт - 1 гигабайт (gb), 1024 гигабайт - 1 терабайт (tb) и т.д. Размер файла в отличии от его названия, не может произвольно изменяться пользователем и автоматически определяется компьютером исключительно по объему информации, которая в нем содержится. Например, пользователь может создать и сохранить на компьютере текстовый файл, назвав его как угодно. Размер этого файла будет зависеть от того, сколько текстовой информации будет в него помещено. Пользователь может влиять на размер файла, но исключительно путем изменения его содержания. Изменение содержания файла не повлечет за собой изменение его названия и наоборот.Суммарный размер всех файлов, которые одновременно могут храниться на компьютере, не безграничен. Он ограничивается размером запоминающего устройства компьютера, который также измеряется в байтах. Все файлы на компьютере располагаются не хаотично, а в строго структурированном и систематизированном виде. Для упорядочения файлов запоминающее устройство компьютера обычно разделяется на логические разделы. Их количество и размер могут быть разными на разных компьютерах. Логическим разделам присваиваются названия в виде букв латинского алфавита (C, D, E и т.д.). Размер логического раздела всегда одинаковый и не меняется в зависимости от его содержимого.Windows в каждом логическом разделе помимо хранения файлов позволяет создавать более мелкие подразделы, которые называются папками. Каждая из таких папок может содержать в себе как файлы, так и другие папки. Количество папок на компьютере не ограничивается. Размер каждой папки автоматически определяется совокупным размером файлов, которые в ней находятся. Папкам пользователь может присваивать любые названия и впоследствии изменять их (названия). Папки вместе со всем их содержимым (файлами и другими папками) можно копировать в другие логические разделы или на другие носители, удалять.Благодаря описанной выше системе хранения информации пользователь может создать на компьютере четкую, многоуровневую и удобную для себя структуру, в которой он всегда сможет быстро отыскать все необходимое.Например, компьютер может иметь несколько логических разделов. В любом из них пользователь может создать папки с названиями «Документы», «Фото», «Видео», «Музыка» и др. В каждой из этих папок можно создавать другие папки. Например, в папке «Видео» - папки «Мультфильмы», «Боевики», «Комедии» и т.д. В каждой такой папке можно хранить соответствующие файлы или создавать дополнительные подпапки. Согласитесь, это очень удобно. Для лучшего понимания изложенного выше см. схему-образец возможной системы хранения информации на компьютере:

На мониторе визуально каждый файл Windows отображает в форме отдельного значка. Вид значка файлов различных типов отличается и может быть любого цвета и в виде любого изображения. Все папки отображаются как правило одинаково, в виде небольших папок желтого цвета (См.рисунок).

Со всеми папками и файлами, которые находятся в логических разделах компьютера, операционная система Windows позволяет проводить разнообразные действия: - просматривать содержание файлов и папок; - создавать новые файлы и папки; - присваивать им любые названия и произвольно изменять их; - редактировать содержание файлов; - копировать или переносить файлы и папки с одного логического раздела или папки в другой логический раздел или папку компьютера, или же на (с) съемные запоминающие устройства. Это позволяет переносить информацию с одного компьютера на другой; - удалять файлы и папки. Для того, чтобы проводить перечисленные выше операции, человек должен взаимодействовать с компьютером. Основными устройствами, обеспечивающими такое взаимодействие, являются: - монитор компьютера - устройство, на котором компьютер в наглядной и удобной пользователю форме отражает определенную информацию, а также процесс и результаты работы; - манипулятор «мышь» (или просто компьютерная мышка) - манипулятор, благодаря которому пользователь имеет возможность простыми движениями и в наглядной форме выполнять базовые операции на компьютере, контролируя свои действия на мониторе; - компьютерная клавиатура - многокнопочное устройство, позволяющее пользователю вводить в компьютер текстово-цифровую информацию и выполнять операции с файлами (также контролируя свои действия на мониторе).

Без наличия хотя бы одного из указанных устройств полноценно использовать современный компьютер с операционной системой Windows очень неудобно.

Основные операций с окнами, файлами и папками

Если у вас в настоящее время в пользовании есть компьютер с ОС Windows, предлагаю на практике рассмотреть основные структурные элементы этой операционной системы и порядок проведения базовых операций с файлами при помощи манипулятора «Мышь». Итак, сразу после запуска компьютера пользователь видит Рабочий стол Windows (см. изображение ниже). Это основное окно операционной системы. На разных компьютерах оно может иметь любой графический фон (фотография или просто цветная подложка). На нем может находиться произвольное количество значков файлов с любыми названиями.

Упомянутая графическая подложка называется обоями рабочего стола. Ее можно сменить на любую другую. Но об этом чуть позже. Сначала необходимо разобраться с порядком использования манипулятора «Мышь». В центре рабочего стола после запуска компьютера находится указатель манипулятора «Мышь», который имеет форму стрелочки (см. фото ниже). Если мышку двигать по поверхности, на которой она лежит, указатель будет аналогичным образом двигаться по поверхности монитора. Указатель мышки - это своеобразный «палец пользователя», которым он может указывать компьютеру, что и где надо сделать. Важным навыком, которым пользователю необходимо овладеть на первых порах, является умение точного перемещения и наведения указателя мышки на объекты, которые отображаются на мониторе. У начинающих пользователей с этим могут возникать определенные проблемы, однако, любой человек способен быстро приспособиться к таким манипуляциям. Необходимо лишь немного попрактиковаться. Наведением курсора на определенный объект человек дает компьютеру понять, что именно с этим объектом он намерен произвести определенные действия. Компьютер при наведении курсора на какой-то значок, как правило, показывает пользователю небольшую подсказку о том, что это за объект. Например, если навести курсор мышки на значок Корзины, который находится на рабочем столе, вскоре возле него появится текстовое сообщение о том, что корзина - это то место, которое используется для временного хранения удаленных файлов и папок (подробнее о Корзину речь пойдет в другой статье).Какие действия необходимо совершить с объектом, на который наведен указатель мыши, пользователь указывает при помощи кнопок мыши. Нажатие кнопки мыши называется кликом. Левая кнопка мыши является основной и наиболее используемой. Если навести указатель мыши на файл или папку и дважды кликнуть левой кнопкой мыши - этот файл или папка откроется (то есть, откроется окно, в котором отображается содержимое файла или папки). Такой двойной клик (на английском - дабл клик) необходимо осуществлять с минимальным промежутком времени между нажатием кнопки (меньше секунды). Как и с перемещением указателя, навык четкого двойного клика у начинающих пользователей появляется довольно быстро и нуждается лишь в непродолжительной практике. Попробуйте с помощью двойного клика открыть Корзину, значок которого находится на рабочем столе. Если все сделано правильно, через непродолжительное время после двойного щелчка на значке Корзины, откроется окно с названием «Корзина». Оно может быть пустым или содержать определенные файлы и папки (см. изображение). Аналогичным образом в Windows можно открыть любой файл или папку.

Обратите внимание, что окно Корзины, как и любое другое окно Windows, в правом верхнем углу содержит небольшие кнопки. Это кнопки основных операций с окном (см. изображение). Как правило, таких кнопок в окне не больше трех и они могут иметь следующий вид: - с горизонтальной черточкой снизу - свернуть окно; - с горизонтальной черточкой сверху - развернуть окно на весь экран; - с двумя квадратиками - вернуть окно из полноэкранного режима в обычный; - с двумя перекрещенными черточками - закрыть окно. Нажимать на эти кнопки можно с помощью мышки. Достаточно навести на нужную кнопку указатель и один раз нажать левую кнопку мыши.Нажатие на кнопку свертывания окна приведет к его визуальному исчезновению. Однако, на самом деле окно не исчезнет. Оно свернется в продолговатую кнопку, которая отображается на Панели задач - специально отведенной для этого зоне, которая чаще всего находится в нижней части экрана (см. изображение ниже). Чтобы снова его развернуть, достаточно один раз кликнуть по этой кнопке левой кнопкой мыши.

Нажатие кнопки "развернуть окно на весь экран" приведет к увеличению его размеров до максимально возможных. Кнопка с двумя квадратиками имеет обратный эффект и возвращает расширенному окну его обычное состояние. И наконец, нажатие кнопки с двумя перекрещенными черточками приводит к закрытию окна. Попробуйте закрыть открытое окно «Корзины», открыть его снова, свернуть, развернуть - короче говоря, потренируйтесь. Теперь давайте разберемся с правой кнопкой мыши. Наведите указатель на значок Корзины и один раз нажмите правую кнопку мыши.Возле значка появится список действий, которые можно произвести с объектом (см. изображение). Чтобы выбрать определенный пункт из списка, необходимо навести на него указатель и один раз кликнуть левой кнопкой мыши. Для примера, выберите пункт «Открыть». Это приведет к открытию окна «Корзина», то есть, будет иметь такой же эффект, как и даблклик левой кнопкой, о котором говорилось выше.Указанный список возможных операций, который открывается щелчком правой кнопки мыши на объекте, называется контекстным меню. В Windows контекстное меню есть у каждого файла или папки. Перечень возможных операций в этом меню для каждого типа файлов будет разным.Поскольку вы уже владеете навыками осуществления основных операций с окнами Windows, предлагаю для их закрепления и составления более полного представления о структуре файловой системы компьютера разобраться с основами навигации в Windows. Для начала следует вспомнить часть этой статьи, где говорилось о том, что все файлы и папки на компьютере упорядочены согласно строгой иерархии. Запоминающее устройство компьютера разделено на один или несколько логических разделов. В каждом разделе могут содержаться файлы и папки, в каждой папке - другие папки и файлы и т.д. Окном, в котором отображается верхняя ступень этой файловой иерархии, является окно с названием «Мой компьютер» или «Компьютер» (в зависимости от версии Windows). Значок этого основного окна может находиться на Рабочем столе. Как и любое окно в Windows, его можно открыть двойным щелчком левой кнопки мыши по значку. Если же на рабочем столе значок «Мой компьютер» или «Компьютер» отсутствует, ищите его в меню «Пуск». Для этого, щелкните левой кнопкой мыши на кнопку, которая находится в левом нижнем углу экрана (см. изображение). Откроется меню, в котором надо найти кнопку с соответствующим названием («Мой компьютер» или «Компьютер») и нажать на нее левой кнопкой мыши.

Если все сделано правильно, откроется окно с соответствующим названием (см. изображение ниже). Если это окно открыто не на весь экран, для удобства переведите его в полноэкранный режим с помощью соответствующей кнопки в его правом верхнем углу (речь шла выше).

В окне «Мой компьютер» в систематизированном виде отображаются значки всех запоминающих устройств, подключенных к компьютеру. В пункте «Жесткие диски» выводятся значки логических разделов, на которые разделено постоянное запоминающее устройство компьютера. Двойным кликом левой кнопки мыши по значку раздела перейдите в любой из них. Если в открытом разделе есть папки, можно открыть любую (перейти еще на ступень ниже). Чтобы подняться на ступень выше (вернуться обратно), достаточно левой кнопкой мыши один раз нажать на кнопку со стрелкой влево, которая находится в левом верхнем углу окна (см. изображение). Таким образом, начав с верхней ступени файловой иерархии компьютера (окна «Мой компьютер»), пользователь может спуститься на любой уровень и просмотреть любые папки или файлы, находящиеся на компьютере.Обратите внимание, что во время навигации по файловой системе компьютера в каждом окне в специальной строке, которая находится в верхней его части, отображается информация о положении в этой файловой системе раздела или папки, которая в настоящее время просматривается. Эта строка называется адресной. Для примера, см. изображение. На нем изображено окно, из адресной строки которого видно, что просматриваемая папка «Пример» находится в папке «111», которая в свою очередь находится в логическом разделе «C» компьютера.

С целью правильного понимания изложенного и формирования практических навыков навигации в файловой системе Windows, рекомендую самостоятельно попрактиковаться в открытии различных папок, находящихся на вашем компьютере. Если что-то пойдет не так - просто закройте все открытые окна и начните сначала. Теперь предлагаю потренироваться в создании файлов, папок, их переименовании и осуществлении других базовых операций с ними. Возвращаемся на рабочий стол Windows (закрываем все открытые окна). Рабочий стол Windows по своей сути - тоже окно Windows, которое, однако, невозможно свернуть или закрыть. Оно всегда находится в открытом и развернутом на весь экран состоянии, а все другие окна открываются поверх него. Достаточно свернуть или закрыть все открытые окна и рабочий стол станет полностью доступным для использования. Операции с файлами, которые описаны ниже и будут проводиться нами в качестве примера на рабочем столе, таким же образом могут быть осуществлены и в любом другом окне Windows, кроме окна «Мой компьютер» («Компьютер»).

1. Создание файлов и папок

Чтобы создать папку или файл при помощи мышки, достаточно в окне, в котором нужно создать папку (в нашем случае Рабочий стол), кликнуть правой кнопкой мыши по пустому пространству. Откроется контекстное меню. Если подвести курсор мыши к пункту «Создать», рядом появится еще несколько пунктов, среди которых следует выбрать необходимый вариант. Если надо создать папку - наводим курсор на пункт «Папку» и жмем левую кнопку мыши, если текстовый документ - выбираем пункт «Документ Microsoft OfficeWord» и т.д. (см. изображение). Перечень возможных вариантов в указанном контекстном меню может существенно отличаться на разных компьютерах. Однако, создание базовых типов файлов и папок указанным выше способом доступно на любом ПК. В качестве примера создайте на Рабочем столе папку и текстовый документ.

2. Переименование файлов и папок.

Чтобы изменить имя существующей папки или файла, необходимо кликнуть по нему правой кнопкой мыши и в контекстном меню выбрать пункт «Переименовать». После этого активируется возможность изменения названия, и это можно будет сделать, просто введя необходимые символы с помощью клавиатуры. После окончания ввода надо нажать клавишу Enter (на клавиатуре).

3. Удаление файлов и папок

Чтобы удалить папку или файл, в его контекстном меню достаточно выбрать пункт «Удалить» и подтвердить операцию, нажав в открывшемся окне соответствующую кнопку.

4. Копирование и перемещение файлов и папок

Процесс копирования и перемещения файлов и папок в операционной системе Windows происходит в 2 этапа: - помещения файла или папки в буфер обмена; - вставка файла или папки, которая находится в буфере обмена, в определенное пользователем место. Буфер обмена Windows - это специальная часть памяти компьютера, которая используется для временного помещения в нее копируемых данных. Итак, для того, чтобы скопировать файл или папку в буфер обмена, необходимо в ее контекстном меню выбрать пункт «Копировать». После этого необходимо перейти в папку, в которую нужно скопировать файл или папку, кликнуть правой кнопкой мыши по пустому пространству и в контекстном меню выбрать пункт «вставить». Учтите, что информация (файл или папка), помещена в буфер обмена Windows, хранится там до выключения компьютера или же до копирования в буфер новой информации. Для примера, попробуйте скопировать созданный нами текстовый файл в созданную папку. Проведите несколько экспериментов по созданию, копированию, переименованию и удалению файлов и папок.Овладев базовыми знаниями и навыками работы с компьютером, можно переходить к изучению порядка просмотра папок и файлов. Но об этом уже в следующей статье.

www.chaynikam.info

компьютер - это... Что такое компьютер?

КОМПЬЮ́ТЕР -а; м. [англ. computer] Электронно-вычислительная машина. Компьютеры пятого поколения. Персональный к. Работать с компьютером.

◁ Компью́терный, -ая, -ое. К-ая техника. К-ое устройство. К-ое обслуживание технологических линий. К. игры (программы, созданные для развлечения, забавы).

(англ. computer, от лат. computo — считаю), то же, что ЭВМ; термин, получивший распространение в научно-популярной и научной литературе, является транскрипцией английского слова computer, что означает вычислитель.

КОМПЬЮ́ТЕР (англ. computer, от лат. computo — считаю), машина для приема, переработки, хранения и выдачи информации в электронном виде, которая может воспринимать и выполнять сложные последовательности вычислительных операций по заданной инструкции — программе (см. ПРОГРАММА (для ЭВМ)) . С начала 1990-х годов термин «компьютер» вытеснил термин «электронная вычислительная машина (см. ЭЛЕКТРОННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА)» (ЭВМ), которое, в свою очередь, в 1960-х годах заменило понятие «цифровая вычислительная машина (см. ЦИФРОВАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА (ЦВМ))» (ЦВМ). Все эти три термина в русском языке считаются равнозначными. Само слово «компьютер» является транскрипцией английского слова computer, что означает вычислитель. Английское понятие «computer» гораздо шире, чем понятие «компьютер» в русском языке. В английском языке компьютером называют любое устройство, способное производить математические расчеты, вплоть до логарифмической линейки (см. ЛОГАРИФМИЧЕСКАЯ ЛИНЕЙКА), но чаще в это понятие объединяют все типы вычислительных машин, как аналоговые (смотри Аналоговые вычислительные машины (см. АНАЛОГОВАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА)), так и цифровые. Хотя компьютеры создавались для численных расчетов, оказалось, что они могут обрабатывать и другие виды информации, так как практически все виды информации могут быть представлены в цифровой форме. Для обработки различной информации компьютеры снабжаются средствами для ее преобразования в цифровую форму и обратно. Поэтому с помощью компьютера можно производить не только численные расчеты, но и работать с текстами, рисунками, фотографиями, видео, звуком, управлять производством и транспортом, осуществлять различные виды связи. Компьютеры превратились в универсальные средства для обработки всех видов информации, используемых человеком. Принципы работы компьютера При создании первых вычислительных машин в 1945 математик Джон фон Нейман (см. НЕЙМАН Джон) описал основы конструкции компьютера. Согласно принципам фон Неймана, компьютер должен иметь следующие устройства: Арифметическо-логическое устройство — для непосредственного осуществления вычислений и логических операций. Устройство управления — для организации процесса управления программ. Запоминающее устройство (память) — для хранения программ и информации. Внешние устройства — для ввода и вывода информации. Подавляющее большинство компьютеров в своих основных чертах соответствует принципам фон Неймана, но схема устройства современных компьютеров несколько отличается от классической схемы. В частности, арифметическо-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в центральный процессор. Многие быстродействующие компьютеры осуществляют параллельную обработку данных на нескольких процессорах. Компьютерная информация хранится в электронном виде в различных запоминающих устройствах, которые называют компьютерной памятью. Для долговременного хранения информации используются постоянные носители компьютерной памяти, которые служат при вводе данных в компьютер и при выводе результатов его работы. Для хранения выполняемых в данный момент программ и промежуточных данных используется оперативная память компьютера, которая работает значительно быстрее постоянных носителей памяти. В компьютерах используется двоичная система счисления, которая основана на двух цифрах,«0» и «1». Информация любого типа может быть закодирована с использованием двух цифр и помещена в оперативную или постоянную память компьютера. Использование двоичной системы счисления позволяет сделать устройство компьютера максимально простым. Впервые принцип двоичного счисления был сформулирован в 17 веке немецким математиком Готфридом Лейбницем (см. ЛЕЙБНИЦ Готфрид Вильгельм). Для обозначения двоичных цифр применяется термин бит — сокращение английского словосочетания «двоичная цифра» (binary digit — bit). Для передачи и хранения информации применяют восьмибитовые коды — байты (byte). Существует 256 восьмибитовых чисел. Этого достаточно для кодирования всех заглавных и строчных букв национальных алфавитов, цифр, знаков препинания, символов и служебных кодов, используемых при передаче информации. В байтах измеряют количество информации. В одном байте достаточно информации для представления одной буквы алфавита или двух десятичных цифр. Килобайт (Кбайт) равен 210 байт = 1024 байтам, мегабайт (1 Мбайт = 1024 Кбайт = 1048576 байт), гигабайт (1 Гбайт = 1024 Мбайт = 1073741824 байт). Современные носители информации имеют емкость до нескольких гигабайт. Работа компьютера обеспечивается, с одной стороны, аппаратными устройствами, а с другой — программами. Аппаратное обеспечение включает в себя внутренние компоненты (прежде всего интегральные микросхемы, в том числе процессоры, а также системные и интерфейсные платы) и внешние устройства (мониторы, принтеры, модемы, акустические системы). Компьютерные программы подразделяются на три категории: Прикладные программы, которые непосредственно выполняют необходимые пользователю компьютера работы (редактирование текстов, обработка информационных массивов, просмотр видео, пересылка сообщений). Системные программы, особую роль среди которых играет операционная система — программа, управляющая компьютером, запускающая другие программы и выполняющая сервисные функции при работе компьютера. Другие сервисные программы обычно выполняют различные вспомогательные функции — создают резервные копии используемой информации, проверяют работоспособность устройств компьютеров. Инструментальные программы (системы программирования), которые помогают создавать новые программы для компьютера. Типы компьютеров Весь спектр современных вычислительных систем можно разделить на три больших класса: миникомпьютеры (см. МИНИКОМПЬЮТЕР)и микрокомпьютеры (см. МИКРОКОМПЬЮТЕР), мейнфреймы (см. МЕЙНФРЕЙМ), суперкомпьютеры (см. СУПЕРКОМПЬЮТЕР). В настоящее время вычислительные системы различают прежде всего по функциональным возможностям. Основными признаками миникомпьютеров и микрокомпьютеров является шинная организация системы, высокая стандартизация аппаратных и программных средств, ориентация на широкий круг потребителей. Микрокомпьютер, или персональный компьютер (см. ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР), появился в середине 1970-х годов. Его цена и размеры были во много раз меньше, чем у наиболее распространенных в то время больших вычислительных машин, и предназначен он был для одновременной работы с одним пользователем, тогда как большие компьютеры, как правило, поддерживают одновременную работу многих пользователей. За двадцать лет развития персональные компьютеры превратились в мощные высокопроизводительные устройства по обработке самых различных видов информации, которые качественно расширили сферу применения вычислительных машин. Современные персональные компьютеры имеют практически те же характеристики, что и миникомпьютеры 1980-х годов. Мощность микрокомпьютера позволяет его использовать в качестве сервера для организации работы многих персональных компьютеров в сети. Персональные компьютеры выпускают в стационарном (настольном) и в портативном исполнении. Стационарные микрокомпьютеры в большинстве случаев состоят из отдельного системного блока, в котором размещаются внутренние устройства и узлы, а также из отдельных внешних устройств (монитор (см. МОНИТОР компьютерный), клавиатура (см. КЛАВИАТУРА (компьютерная)), манипулятор-мышь (см. МЫШЬ компьютерная)), без которых немыслимо использование современных компьютеров. При необходимости к системному блоку микрокомпьютера могут подсоединяться дополнительные внешние устройства (принтер (см. ПРИНТЕР), сканер (см. СКАНЕР) , акустические системы, джойстик). Портативные персональные компьютеры известны прежде всего в блокнотном (ноутбук (см. НОУТБУК)) исполнении. В ноутбуке все внешние и внутренние устройства соединены в одном корпусе. Так же как и к стационарному микрокомпьютеру, к ноутбуку могут быть подсоединены дополнительные внешние устройства. Различают также IBM PC-совместимые микрокомпьютеры (читается Ай-Би-Эм Пи-Си) и IBM PC-несовместимые микрокомпьютеры. В конце 1990-х годов IBM PC-совместимые микрокомпьютеры составляли более девяноста процентов мирового компьютерного парка. IBM PC был создан американской фирмой Ай-Би-Эм (см. АЙ-БИ-ЭМ) (IBM) в августе 1981; при его создании был применен принцип открытой архитектуры, который означает применение в конструкции при сборке компьютера готовых блоков и устройств, а также стандартизацию способов соединения компьютерных устройств. Принцип открытой архитектуры способствовал широкому распространению IBM PC-совместимых микрокомпьютеров-клонов. Их сборкой занялось множество фирм, которые в условиях свободной конкуренции смогли снизить в несколько раз цену на микрокомпьютеры, энергично внедряли в производство новейшие технические достижения. Пользователи, в свою очередь, получили возможность самостоятельно модернизировать свои микрокомпьютеры и оснащать их дополнительными устройствами сотен производителей. Единственный из IBM PC-несовместимых микрокомпьютеров, получивший относительно широкое распространение, — компьютер Макинтош (Macintosh). Начиная с 1980-х годов микрокомпьютеры Макинтош американской фирмы Эпл (Apple) составляли достойную конкуренцию IBM PC-совместимым микрокомпьютерам, так как, несмотря на свою дороговизну, они обеспечивали пользователю наглядный графический интерфейс, были значительно проще в эксплуатации и обладали большими возможностями. Начиная с 1990-х годов разница между возможностями Макинтошей и IBM PC все более нивелируется. Последние были оснащены операционными системами с графическим интерфейсом (Windows, OS/2), многочисленными рассчитанными на них прикладными программами. В настоящее время Макинтоши удерживают лидирующие позиции лишь на рынке настольных издательских систем. Во второй половине 1990-х годов в связи с бурным развитием глобальных компьютерных сетей (см. КОМПЬЮТЕРНАЯ СЕТЬ) появляется новый тип персонального компьютера — сетевой компьютер, который предназначен только для работы в компьютерной сети. Сетевому компьютеру не нужны собственная дисковая память, дисководы. Операционную систему, программы и информацию он будет черпать в сети. Предполагается, что сетевые компьютеры будут значительно дешевле настольных персональных компьютеров и постепенно заменят их в фирмах, работающих со специализированными приложениями (телефонная связь, бронирование билетов), и в образовательных учреждениях. Отдельным видом микрокомпьютера считаются карманные компьютеры (электронные органайзеры, или палмтопы (см. КАРМАННЫЙ ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР)), небольшие устройства весом до 500 граммов и умещающиеся на кисти одной руки. Большинство палмтопов не являлись IBM PC-совместимыми микрокомпьютерами. Лишь в конце 1990-х годов появились карманные компьютеры с операционными системами, позволяющими вести обмен информацией с другими типами компьютеров, подключать палмтопы к глобальным компьютерным сетям. В карманных компьютерах нет ни жесткого диска, ни дисководов. Некоторые из них имеют миниатюрную клавиатуру, но есть модели и без клавиатуры — управление их работой осуществляется нажатиями или рисованием специальным пером прямо по экрану. Наиболее распространены карманные компьютеры фирм Эпл (Apple), Хьюлетт-Паккард (см. ХЬЮЛЕТТ-ПАККАРД)(Hewlett-Packard), Сони (см. СОНИ (компания)) (Sony), Псион (Psion). Рабочие станции развились из младших моделей миникомпьютеров как переходный вид между микрокомпьютером и миникомпьютером. Внешне они не отличались от стационарных микрокомпьютеров и с течением времени разница между ними нивелировалась. В 1980-е годы к рабочим станциям подсоединялись терминалы — отдельные рабочие места с клавиатурами и мониторами. Терминалы позволяли использовать рабочие станции нескольким человекам. Позднее на рабочих станциях стал работать один пользователь, и они стали отличаться от персональных микрокомпьютеров лишь большей мощностью. В настоящее время рабочими станциями называют офисные персональные микрокомпьютеры, используемые для интенсивных вычислений. Обычно это работа с профессиональными научными и инженерными прикладными программами, разработка программного обеспечения. Существуют специализированные графические рабочие станции для работы с трехмерной графикой. Миникомпьютеры занимают промежуточное положение между большими вычислительными машинами и микрокомпьютерами. В большинстве случаев в миникомпьютерах используется архитектура RISC и UNIX и они играют роль серверов, к которым подключаются десятки и сотни терминалов или микрокомпьютеров. Миникомпьютеры используются в крупных фирмах, государственных и научных учреждениях, учебных заведениях, компьютерных центрах для решения задач, с которыми не способны справиться микрокомпьютеры, и для централизованного хранения и переработки больших объемов информации. Основными производителями миникомпьютеров являются фирмы Ай-Ти-энд-Ти (AT&T), Интел (см. ИНТЕЛ) (Intel), Хьюлетт-Паккард (Hewlett-Packard), Digital Equipment. Мейнфреймы — это универсальные, большие компьютеры общего назначения. Они занимали господствующие позиции на компьютерном рынке до 1980-х годов. Изначально мейнфреймы были предназначены для обработки огромных объемов информации. Наиболее крупный производитель мейнфреймов — фирма Ай-Би-Эм (IBM). Мейнфреймы отличаются исключительной надежностью, высоким быстродействием, очень большой пропускной способностью устройств ввода и вывода информации. К ним могут подсоединяться тысячи терминалов или микрокомпьютеров пользователей. Мейнфреймы используются крупнейшими корпорациями, правительственными учреждениями, банками. С расцветом микрокомпьютеров и миникомпьютерных систем значение мейнфреймов сократилось. Однако компания Ай-Би-Эм (IBM) перешла к производству компьютеров на новой концептуальной архитектуре ESA/390, которая позволяет использовать мейнфреймы в качестве центра неоднородного вычислительного комплекса. Стоимость мейнфреймов относительно высока: один компьютер с пакетом прикладных программ оценивается минимум в миллион долларов. Несмотря на это, они активно используются в финансовой сфере и оборонном комплексе, где занимают от 20 до 30 процентов компьютерного парка, так как использование мейнфреймов для централизованного хранения и обработки достаточно большого объема информации обходится дешевле, чем обслуживание распределенных систем обработки данных, состоящих из сотен и тысяч персональных компьютеров. Суперкомпьютеры необходимы для работы с приложениями, требующими производительности как минимум в сотни миллиардов операций с плавающей точкой в секунду. Столь громадные объемы вычислений нужны для решения задач в аэродинамике, метеорологии, физике высоких энергий, геофизике. Суперкомпьютеры нашли свое применение и в финансовой сфере при обработке больших объемов сделок на биржах. Их отличает высокая стоимость — от пятнадцати миллионов долларов, поэтому решение о покупке таких машин нередко принимается на государственном уровне, развита система торговли подержанными суперкомпьютерами. История компьютера История компьютера тесным образом связана с попытками облегчить и автоматизировать большие объемы вычислений. Даже простые арифметические операции с большими числами затруднительны для человеческого мозга. Поэтому уже в древности появилось простейшее счетное устройство — абак (см. АБАК (счеты)). В семнадцатом веке была изобретена логарифмическая линейка, облегчающая сложные математические расчеты. В 1642 Блез Паскаль (см. ПАСКАЛЬ Блез) сконструировал восьмиразрядный суммирующий механизм. Два столетия спустя в 1820 француз Шарль де Кольмар создал арифмометр, способный производить умножение и деление. Этот прибор прочно занял свое место на бухгалтерских столах. Все основные идеи, которые лежат в основе работы компьютеров, были изложены еще в 1833 английским математиком Чарлзом Бэббиджем (см. БЭББИДЖ Чарльз). Он разработал проект машины для выполнения научных и технических расчетов, где предугадал основные устройства современного компьютера, а также его задачи. Для ввода и вывода данных Бэббидж предлагал использовать перфокарты — листы из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий. В то время перфокарты уже использовались в текстильной промышленности. Управление такой машиной должно было осуществляться программным путем. Идеи Бэббиджа стали реально воплощаться в жизнь в конце 19 века. В 1888 американский инженер Герман Холлерит (см. ХОЛЛЕРИТ Герман) сконструировал первую электромеханическую счетную машину. Эта машина, названная табулятором, могла считывать и сортировать статистические записи, закодированные на перфокартах. В 1890 изобретение Холлерита было впервые использовано в 11-й американской переписи населения. Работа, которую пятьсот сотрудников выполняли в течение семи лет, Холлерит сделал с 43 помощниками на 43 табуляторах за один месяц. В 1896 Герман Холлерит основал фирму Computing Tabulating Recording Company, которая стала основой для будущей Интернэшнл Бизнес Мэшинс (см. ИНТЕРНЭШНЛ БИЗНЕС МЭШИНС) (International Business Machines Corporation, IBM) — компании, внесшей гигантский вклад в развитие мировой компьютерной техники. Дальнейшее развитие науки и техники позволили в 1940-х годах построить первые вычислительные машины. В феврале 1944 на одном из предприятий Ай-Би-Эм (IBM) в сотрудничестве с учеными Гарвардского университета по заказу ВМС США была создана машина «Марк-1». Это был монстр весом около 35 тонн. «Марк-1» был основан на использовании электромеханических реле и оперировал десятичными числами, закодированными на перфоленте. Машина могла манипулировать числами длиной до 23 разрядов. Для перемножения двух 23-разрядных чисел ей было необходимо четыре секунды. Но электромеханические реле работали недостаточно быстро. Поэтому уже в 1943 американцы начали разработку альтернативного варианта — вычислительной машины на основе электронных ламп. В 1946 была построена первая электронная вычислительная машина ENIAC. Ее вес составлял 30 тонн, она требовала для размещения 170 квадратных метров площади. Вместо тысяч электромеханических деталей ENIAC содержал 18 тысяч электронных ламп. Считала машина в двоичной системе и производила пять тысяч операций сложения или триста операций умножения в секунду. Машина на электронных лампах работала существенно быстрее, но сами электронные лампы часто выходили из строя. Для их замены в 1947 американцы Джон Бардин (см. БАРДИН Джон), Уолтер Браттейн (см. БРАТТЕЙН Уолтер)и Уильям Брэдфорд Шокли (см. ШОКЛИ Уильям)предложили использовать изобретенные ими стабильные переключающие полупроводниковые элементы —транзисторы (см. ТРАНЗИСТОР) . Совершенствование первых образцов вычислительных машин привело в 1951 к созданию компьютера UNIVAC, предназначенного для коммерческого использования. UNIVAC стал первым серийно выпускавшимся компьютером, а его первый экземпляр был передан в Бюро переписи населения США. С активным внедрением транзисторов в 1950-х годах связано рождение второго поколения компьютеров. Один транзистор был способен заменить 40 электронных ламп. В результате быстродействие машин возросло в 10 раз при существенном уменьшении веса и размеров. В компьютерах стали применять запоминающие устройства из магнитных сердечников, способные хранить большой объем информации. В 1959 были изобретены интегральные микросхемы (см. ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА) (чипы), в которых все электронные компоненты вместе с проводниками помещались внутри кремниевой пластинки. Применение чипов в компьютерах позволяет сократить пути прохождения тока при переключениях, и скорость вычислений повышается в десятки раз. Существенно уменьшаются и габариты машин. Появление чипа знаменовало собой рождение третьего поколения компьютеров. К началу 1960-х годов компьютеры нашли широкое применение для обработки большого количества статистических данных, производства научных расчетов, решения оборонных задач, создания автоматизированных систем управления. Высокая цена, сложность и дороговизна обслуживания больших вычислительных машин ограничивали их использование во многих сферах. Однако процесс миниатюризации компьютера позволил в 1965 американской фирме Digital Equipment выпустить миникомпьютер PDP-8 ценой в 20 тысяч долларов, что сделало компьютер доступным для средних и мелких коммерческих компаний. В 1970 сотрудник компании Intel Эдвард Хофф создал первый микропроцессор, разместив несколько интегральных микросхем на одном кремниевом кристалле. Это революционное изобретение кардинально перевернуло представление о компьютерах как о громоздких, тяжеловесных монстрах. С микропроцессом появляются микрокомпьютеры — компьютеры четвертого поколения, способные разместиться на письменном столе пользователя. В середине 1970-х годов начинают предприниматься попытки создания персонального компьютера — вычислительной машины, предназначенной для частного пользователя. Во второй половине 1970-х годов появляются наиболее удачные образцы микрокомпьютеров американской фирмы Эпл (Apple), но широкое распространение персональные компьютеры получили с созданием в августе 1981 фирмой Ай-Би-Эм (IBM) модели микрокомпьютера IBM PC. Применение принципа открытой архитектуры, стандартизация основных компьютерных устройств и способов их соединения привели к массовому производству клонов IBM PC, широкому распространению микрокомпьютеров во всем мире. За последние десятилетия 20 века микрокомпьютеры проделали значительный эволюционный путь, многократно увеличили свое быстродействие и объемы перерабатываемой информации, но окончательно вытеснить миникомпьютеры и большие вычислительные системы — мейнфреймы они не смогли. Более того, развитие больших вычислительных систем привело к созданию суперкомпьютера — суперпроизводительной и супердорогой машины, способной просчитывать модель ядерного взрыва или крупного землетрясения. В конце 20 века человечество вступило в стадию формирования глобальной информационной сети, которая способна объединить возможности различных компьютерных систем.

dic.academic.ru

Логические основы ЭВМ

Раздел: 

Логические основы компьютера

Что такое алгебра логики?

Алгебра логики (булева алгебра) – это раздел математики, возникший в XIX веке благодаря усилиям английского математика Дж. Буля. Поначалу булева алгебра не имела никакого практического значения. Однако уже в XX веке ее положения нашли применение в описании функционирования и разработке различных электронных схем. Законы и аппарат алгебры логики стал использоваться при проектировании различных частей компьютеров (память, процессор). Хотя это не единственная сфера применения данной науки.

Что же собой представляет алгебра логики? Во-первых, она изучает методы установления истинности или ложности сложных логических высказываний с помощью алгебраических методов. Во-вторых, булева алгебра делает это таким образом, что сложное логическое высказывание описывается функцией, результатом вычисления которой может быть либо истина, либо ложь (1, либо 0). При этом аргументы функции (простые высказывания) также могут иметь только два значения: 0, либо 1.

Что такое простое логическое высказывание? Это фразы типа «два больше одного», «5.8 является целым числом». В первом случае мы имеем истину, а во втором ложь. Алгебра логики не касается сути этих высказываний. Если кто-то решит, что высказывание «Земля квадратная» истинно, то алгебра логики это примет как факт. Дело в том, что булева алгебра занимается вычислениями результата сложных логических высказываний на основе заранее известных значений простых высказываний.

Логические операции. Дизъюнкция, конъюнкция и отрицание

Так как же связываются между собой простые логические высказывания, образуя сложные? В естественном языке мы используем различные союзы и другие части речи. Например, «и», «или», «либо», «не», «если», «то», «тогда». Пример сложных высказываний: «у него есть знания и навыки», «она приедет во вторник, либо в среду», «я буду играть тогда, когда сделаю уроки», «5 не равно 6». Как мы решаем, что нам сказали правду или нет? Как-то логически, даже где-то неосознанно, исходя из предыдущего жизненного опыта, мы понимает, что правда при союзе «и» наступает в случае правдивости обоих простых высказываний. Стоит одному стать ложью и все сложное высказывание будет лживо. А вот, при связке «либо» должно быть правдой только одно простое высказывание, и тогда все выражение станет истинным.

Булева алгебра переложила этот жизненный опыт на аппарат математики, формализовала его, ввела жесткие правила получения однозначного результата. Союзы стали называться здесь логическими операторами.

Алгебра логики предусматривает множество логических операций. Однако три из них заслуживают особого внимания, т.к. с их помощью можно описать все остальные, и, следовательно, использовать меньше разнообразных устройств при конструировании схем. Такими операциями являются конъюнкция (И), дизъюнкция (ИЛИ) и отрицание (НЕ). Часто конъюнкцию обозначают &, дизъюнкцию - ||, а отрицание - чертой над переменной, обозначающей высказывание.

При конъюнкции истина сложного выражения возникает лишь в случае истинности всех простых выражений, из которых состоит сложное. Во всех остальных случаях сложное выражение будет ложно.

При дизъюнкции истина сложного выражения наступает при истинности хотя бы одного входящего в него простого выражения или двух сразу. Бывает, что сложное выражение состоит более, чем из двух простых. В этом случае достаточно, чтобы одно простое было истинным и тогда все высказывание будет истинным.

Отрицание – это унарная операция, т.к выполняется по отношению к одному простому выражению или по отношению к результату сложного. В результате отрицания получается новое высказывание, противоположное исходному.

Таблицы истинности

Логические операции удобно описывать так называемыми таблицами истинности, в которых отражают результаты вычислений сложных высказываний при различных значениях исходных простых высказываний. Простые высказывания обозначаются переменными (например, A и B).

Логические основы компьютера

В ЭВМ используются различные устройства, работу которых прекрасно описывает алгебра логики. К таким устройствам относятся группы переключателей, триггеры, сумматоры.

Кроме того, связь между булевой алгеброй и компьютерами лежит и в используемой в ЭВМ системе счисления. Как известно она двоичная. Поэтому в устройствах компьютера можно хранить и преобразовывать как числа, так и значения логических переменных.

Переключательные схемы

В ЭВМ применяются электрические схемы, состоящие из множества переключателей. Переключатель может находиться только в двух состояниях: замкнутом и разомкнутом. В первом случае – ток проходит, во втором – нет. Описывать работу таких схем очень удобно с помощью алгебры логики. В зависимости от положения переключателей можно получить или не получить сигналы на выходах.

Вентили, триггеры и сумматоры

Вентиль представляет собой логический элемент, который принимает одни двоичные значения и выдает другие в зависимости от своей реализации. Так, например, есть вентили, реализующие логическое умножение (конъюнкцию), сложение (дизъюнкцию) и отрицание.

Триггеры и сумматоры – это относительно сложные устройства, состоящие из более простых элементов – вентилей.

Триггер способен хранить один двоичный разряд, за счет того, что может находиться в двух устойчивых состояниях. В основном триггеры используется в регистрах процессора.

Сумматоры широко используются в арифметико-логических устройствах (АЛУ) процессора и выполняют суммирование двоичных разрядов.

Изображения, использованные в статье

Раздел: 

Логические основы компьютера

Для логических величин обычно используются три операции:

  1. Конъюнкция – логическое умножение (И) – and, &, ∧.
  2. Дизъюнкция – логическое сложение (ИЛИ) – or, |, v.
  3. Логическое отрицание (НЕ) – not, ¬.

Логические выражения можно преобразовывать в соответствии с законами алгебры логики:

  1. Законы рефлексивностиa ∨ a = aa ∧ a = a
  2. Законы коммутативностиa ∨ b = b ∨ aa ∧ b = b ∧ a
  3. Законы ассоциативности(a ∧ b) ∧ c = a ∧ (b ∧ c)(a ∨ b) ∨ c = a ∨ (b ∨ c)
  4. Законы дистрибутивностиa ∧ (b ∨ c) = (a ∧ b) ∨ (a ∧ c)a ∨ (b ∧ c) = (a ∨ b) ∧ (a ∨ c)
  5. Закон отрицания отрицания¬ (¬ a) = a
  6. Законы де Моргана¬ (a ∧ b) = ¬ a ∨ ¬ b¬ (a ∨ b) = ¬ a ∧ ¬ b
  7. Законы поглощенияa ∨ (a ∧ b) = aa ∧ (a ∨ b) = a

Раздел: 

Логические основы компьютера

В основе построения компьютеров, а точнее аппаратного обеспечения, лежат так называемые вентили. Они представляют собой достаточно простые элементы, которые можно комбинировать между собой, создавая тем самым различные схемы. Одни схемы подходят для осуществления арифметических операций, а на основе других строят различную память ЭВМ.

Вентель - это устройство, которое выдает результат булевой операции от введенных в него данных (сигналов).

Простейший вентиль представляет собой транзисторный инвертор, который преобразует низкое напряжение в высокое или наоборот (высокое в низкое). Это можно представить как преобразование логического нуля в логическую единицу или наоборот. Т.е. получаем вентиль НЕ.

Соединив пару транзисторов различным способом, получают вентили ИЛИ-НЕ и И-НЕ. Эти вентили принимают уже не один, а два и более входных сигнала. Выходной сигнал всегда один и зависит (выдает высокое или низкое напряжение) от входных сигналов. В случае вентиля ИЛИ-НЕ получить высокое напряжение (логическую единицу) можно только при условии низкого напряжении на всех входах. В случае вентиля И-НЕ все наоборот: логический нуль получается, если все входные сигналы будут единицами. Как видно, это обратно таким привычным логическим операциям как И и ИЛИ. Однако обычно используются вентили И-НЕ и ИЛИ-НЕ, т.к. их реализация проще: И-НЕ и ИЛИ-НЕ реализуются двумя транзисторами, тогда как логические И и ИЛИ тремя.

Выходной сигнал вентиля можно выражать как функцию от входных.

Транзистору требуется очень мало времени для переключения из одного состояния в другое (время переключения оценивается в наносекундах). И в этом одно из существенных преимуществ схем, построенных на их основе.

Изображения, использованные в статье

Раздел: 

Логические основы компьютера

Арифметико-логическое устройство процессора (АЛУ) обязательно содержит в своем составе такие элементы как сумматоры. Эти схемы позволяют складывать двоичные числа.

Как происходит сложение? Допустим, требуется сложить двоичные числа 1001 и 0011. Сначала складываем младшие разряды (последние цифры): 1+1=10. Т.е. в младшем разряде будет 0, а единица – это перенос в старший разряд. Далее: 0 + 1 + 1(от переноса) = 10, т.е. в данном разряде снова запишется 0, а единица уйдет в старший разряд. На третьем шаге: 0 + 0 + 1(от переноса) = 1. В итоге сумма равна 1100.

Полусумматор

Теперь не будем обращать внимание на перенос из предыдущего разряда и рассмотрим только, как формируется сумма текущего разряда. Если были даны две единицы или два нуля, то сумма текущего разряда равна 0. Если одно из двух слагаемых равно единице, то сумма равна единице. Получить такие результаты можно при использовании вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ.

Перенос единицы в следующий разряд происходит, если два слагаемых равны единице. И это реализуемо вентилем И.

Тогда сложение в пределах одного разряда (без учета возможной пришедшей единицы из младшего разряда) можно реализовать изображенной ниже схемой, которая называется полусумматором. У полусумматора два входа (для слагаемых) и два выхода (для суммы и переноса). На схеме изображен полусумматор, состоящий из вентилей ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и И.

Сумматор

В отличие от полусумматора сумматор учитывает перенос из предыдущего разряда, поэтому имеет не два, а три входа.

Чтобы учесть перенос приходится схему усложнять. По-сути она получается, состоящей из двух полусумматоров.

Рассмотрим один из случаев. Требуется сложить 0 и 1, а также 1 из переноса. Сначала определяем сумму текущего разряда. Судя по левой схеме ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, куда входят a и b, на выходе получаем единицу. В следующее ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ уже входят две единицы. Следовательно, сумма будет равна 0.

Теперь смотрим, что происходит с переносом. В один вентиль И входят 0 и 1 (a и b). Получаем 0. Во второй вентиль (правее) заходят две единицы, что дает 1. Проход через вентиль ИЛИ нуля от первого И и единицы от второго И дает нам 1.

Проверим работу схемы простым сложением 0 + 1 + 1 = 10. Т.е. 0 остается в текущем разряде, и единица переходит в старший. Следовательно, логическая схема работает верно.

Работу данной схемы при всех возможных входных значениях можно описать следующей таблицей истинности.

Изображения, использованные в статье

Раздел: 

Логические основы компьютера

Память (устройство, предназначенное для хранения данных и команд) является важной частью компьютера. Можно сказать, что она его и определяет: если вычислительное устройство не имеет памяти, то оно уже не компьютер.

Элементарной единицей компьютерной памяти является бит. Поэтому требуется устройство, способное находиться в двух состояниях, т.е. хранить единицу или ноль. Также это устройство должно уметь быстро переключаться из одного состояния в другое под внешним воздействием, что дает возможность изменять информацию. Ну и наконец, устройство должно позволять определять его состояние, т.е. предоставлять во вне информацию о своем состоянии.

Устройством, способным запоминать, хранить и позволяющим считывать информацию, является триггер. Он был изобретен в начале XX века Бонч-Бруевичем.

Разнообразие триггеров весьма велико. Наиболее простой из них так называемый RS-триггер, который собирается из двух вентилей. Обычно используют вентили ИЛИ-НЕ или И-НЕ.

RS-триггер на вентилях ИЛИ-НЕ

RS-триггер «запоминает», на какой его вход подавался сигнал, соответствующий единице, в последний раз. Если сигнал был подан на S-вход, то триггер на выходе постоянно «сообщает», что хранит единицу. Если сигнал, соответствующий единице, подан на R-вход, то триггер на выходе имеет 0. Не смотря на то, что триггер имеет два выхода, имеется в виду выход Q. (Q с чертой всегда имеет противоположное Q значение.)

Другими словами, вход S (set) отвечает за установку триггера в 1, а вход R (reset) – за установку триггера в 0. Установка производится сигналом, с высоким напряжением (соответствует единице). Просто все зависит от того, на какой вход он подается.

Большую часть времени на входы подается сигнал равный 0 (низкое напряжение). При этом триггер сохраняет свое прежнее состояние.

Возможны следующие ситуации:

  • Q = 1, сигнал подан на S, следовательно, Q не меняется.
  • Q = 0, сигнал подан на S, следовательно, Q = 1.
  • Q = 1, сигнал подан на R, следовательно, Q = 0.
  • Q = 0, сигнал подан на R, следовательно, Q не меняется.

Ситуация, при которой на оба входа подаются единичные сигналы, недопустима.

Как триггер сохраняет состояние? Допустим, триггер выдает на выходе Q логический 0. Тогда судя по схеме, этот 0 возвращается также и в верхний вентиль, где инвертируется (получается 1) и уже в этом виде передается нижнему вентилю. Тот в свою очередь снова инвертирует сигнал (получается 0), который и имеется на выходе Q. Состояние триггера сохраняется, он хранит 0.

Теперь, допустим, был подан единичный сигнал на вход S. Теперь в верхний вентиль входят два сигнала: 1 от S и 0 от Q. Поскольку вентиль вида ИЛИ-НЕ, то на выходе из него получается 0. Ноль идет на нижний вентиль, там инвертируется (получается 1). Сигнал на выходе Q становится соответствующим 1.

Изображения, использованные в статье

Раздел: 

Логические основы компьютера

Двоичный полусумматор способен осуществлять операцию двоичного сложения двух одноразрядных двоичных чисел (т.е. выполнять правила двоичной арифметики):

0 + 0 = 0; 0 + 1 = 1; 1 + 0 = 1; 1 + 1 = 0.

При этом полусумматор выделяет бит переноса. Однако схема полусумматора не содержит третьего входа, на который можно подавать сигнал переноса от предыдущего разряда суммы двоичных чисел. Поэтому полусумматор используется только в младшем разряде логической схемы суммирования многоразрядных двоичных чисел, где не может быть сигнала переноса от предыдущего двоичного разряда. Полный двоичный сумматор складывает два многоразрядных двоичных числа с учетом сигналов переноса от сложения в предыдущих двоичных разрядах.

Соединяя двоичные сумматоры в каскад, можно получить логическую схему сумматора для двоичных чисел с любым числом разрядов. С некоторыми изменениями эти логические схемы применяются для вычитания, умножения и деления двоичных чисел. С их помощью построены арифметические устройства современных компьютеров.

Сумматоры и полусумматоры являются однотактными логическими схемами. Значения их выходов однозначно определяется значениями их входов. Фактор времени в них отсутствует. Наряду с ними существуют многотактные логические схемы, в которых значения их выходов определяются не только значениями их входов, но и их состоянием в предыдущем такте. Фактор времени и определяется такими тактами. К таким логическим схемам относятся схемы памяти (триггеры). Они строятся с помощью обратной связи с выхода на вход.

В триггерах с помощью обратной связи образуется замкнутая цепь с выхода на вход для запоминания входного сигнала. Эта цепь сохраняется после снятия входного сигнала неограниченное время, вплоть до появления сигнала стирания.

Такая схема памяти имеет еще и другое название – триггер с раздельными входами. В такой схеме есть вход для запоминания (S) и стирания (R). Широко используется в вычислительной технике и триггер со счетным входом. Он имеет только один вход и один выход. Такая схема осуществляет деление на 2, т.е. состояние ее выхода изменяется только после подачи подряд двух входных импульсов. Соединяя триггеры со счетным выходом в последовательный каскад, можно осуществлять деление на 2, 4, 8, 16, 32, 64 и т.д.

Схема оперативной памяти играет важную роль при построении систем управления машинами повышенной опасности, такими, например, как производственные прессы. Чтобы обезопасить руки оператора, такие машины строят с системами двуручного управления. Подобные системы заставляют оператора держать обе руки на кнопках управления во время каждого рабочего цикла машины. Это исключает попадание рук в опасную зону, где происходит прессование детали.

Входные и выходные сигналы электромагнитных реле, подобно высказываниям в булевой алгебре, также принимают только два значения. Когда обмотка обесточена, входной сигнал равен нулю, а если по обмотке протекает ток, входной сигнал равен единице. Когда контакт реле разомкнут, выходной сигнал равен нулю, а если контакт замкнут, выходной сигнал равен единице.

Именно это сходство между высказываниями в булевой алгебре и поведением электромагнитных реле заметил физик П. Эренфест. Еще в 1910 г. он предложил использовать булеву алгебру для описания работы релейных схем в телефонных системах. По другой версии идея использования булевой алгебры для описания электрических переключательных схем принадлежит Ч. Пирсу. В 1936 г. основатель современной теории информации К. Шеннон объединил двоичную систему счисления, математическую логику и электрические цепи.

Связи между электромагнитными реле в схемах удобно обозначать с помощью логических операций НЕ, И, ИЛИ, повторения (ДА) и т.д. Например, последовательное соединение контактов реле реализует логическую операцию И, а параллельное соединение этих контактов – логическую операцию ИЛИ. Аналогично выполняются операции И, ИЛИ, НЕ в электронных схемах, где роль реле, замыкающих и размыкающих электрические цепи, выполняют бесконтактные полупроводниковые элементы – транзисторы, созданные в 1947-1948 гг. Дж. Бардином, У. Шокли и У. Браттейном.

В современных компьютерах микроскопические транзисторы в кристалле интегральной схемы сгруппированы в системы вентилей, выполняющих логические операции над двоичными числами. Так, с их помощью построены описанные выше двоичные сумматоры, позволяющие складывать многоразрядные двоичные числа, производить вычитание, умножение, деление и сравнение чисел между собой. Логические вентили, действуя по определенным правилам, управляют движением данных и выполнением инструкций в компьютере.

Раздел: 

Логические основы компьютера

Во многих языках программирования допустимы логические операции над битами целых чисел. В отличие от обычных логических операций, результатом выполнения которых является логический тип данных, битовые логические операции просто изменяют целое число согласно определенным правилам. Точнее битовые операции изменяют отдельные биты двоичного представления числа, в результате чего изменяется его десятичное значение.

Например, в языке программирования Паскаль обычные логические операции и логические операции над битами обозначают с помощью одних и тех же ключевых слов: not, and, or, xor. Компилятор определяет, что имелось в виду в зависимости от контекста использования этих слов. Обычные логические операции объединяют два и более простых логических выражения. Например, (a > 0) and (c != b), (c < a) or (not b) и т.п. В свою очередь побитовые логические операции выполняются исключительно над целыми числами (или переменными, которые их содержат). Например, a and b, a or 8, not 247.

Как понять побитовые операции

  1. Переведем пару произвольных целых чисел до 256 (один байт) в двоичное представление. 6710 = 0100 00112 11410 = 0111 00102
  2. Теперь расположим биты второго числа под соответствующими битами первого и выполним обычные логические операции к цифрам, стоящим в одинаковых разрядах первого и второго числа. Например, если в последнем (младшем) разряде одного числа стоит 1, а другого числа — 0, то логическая операция and вернет 0, а or вернет 1. Операцию not применим только к первому числу.
  3. Переведем результат в десятичную систему счисления. 01000010 = 26 + 21 = 64 + 2 = 66 01110011 = 26 + 25 + 24 + 21 + 20 = 64 + 32 + 16 + 2 + 1 = 115 00110001 = 25 + 24 + 20 = 32 + 16 + 1 = 49 10111100 = 27 + 25 + 24 + 23 + 22 = 128 + 32 + 16 + 8 + 4 = 188
  4. Итак, в результате побитовых логических операций получилось следующее: 67 and 114 = 66 67 or 114 = 115 67 xor 114 = 49 not 67 = 188

Вот еще один пример выполнения логических операций над битами. Проверьте его правильность самостоятельно.

5 and 6 = 4 5 or 6 = 7 5 xor 6 = 3 not 5 = 250

Зачем нужны побитовые логические операции

Глядя на результат побитовых операций, не сразу можно уловить закономерности в их результате. Поэтому непонятно, зачем нужны такие операции. Однако, они находят свое применение. В байтах не всегда хранятся числа. Байт или ячейка памяти может хранить набор флагов (установлен — сброшен), представляющих собой информацию о состоянии чего-либо. С помощью битовых логических операций можно проверить, какие биты в байте установлены в единицу, можно обнулить биты или, наоборот, установить в единицу. Также существует возможность сменить значения битов на противоположные.

Проверка битов

Проверка битов осуществляется с помощью битовой логической операции and.

Представим, что имеется байт памяти с неизвестным нам содержимым. Известно, что логическая операция and возвращает 1, если только оба операнда содержат 1. Если к неизвестному числу применить побитовое логическое умножение (операцию and) на число 255 (что в двоичном представлении 1111 1111), то в результате мы получим неизвестное число. Обнулятся те единицы двоичного представления числа 255, которые будут умножены на разряды неизвестного числа, содержащие 0. Например, пусть неизвестное число 38 (0010 0110), тогда проверка битов будет выглядеть так:

Другими словами, x and 255 = x.

Обнуление битов

Чтобы обнулить какой-либо бит числа, нужно его логически умножить на 0.

Обратим внимание на следующее:

1111 1110 = 254 = 255 - 1 = 255 - 20 1111 1101 = 253 = 255 - 2 = 255 - 21 1111 1011 = 251 = 255 - 4 = 255 - 22 1111 0111 = 247 = 255 - 8 = 255 - 23 1110 1111 = 239 = 255 - 16 = 255 - 24 1101 1111 = 223 = 255 - 32 = 255 - 25 1011 1111 = 191 = 255 - 64 = 255 - 26 0111 1111 = 127 = 255 - 128 = 255 - 27

Т.е. чтобы обнулить четвертый с конца бит числа x, надо его логически умножить на 247 или на (255 - 23).

Установка битов в единицу

Для установки битов в единицу используется побитовая логическая операция or. Если мы логически сложим двоичное представление числа x с 0000 0000, то получим само число х. Но вот если мы в каком-нибудь бите второго слагаемого напишем единицу, то в результате в этом бите будет стоять единица.

Отметим также, что:

0000 0001 = 20 = 1 0000 0010 = 21 = 2 0000 0100 = 22 = 4 0000 1000 = 23 = 8 0001 0000 = 24 = 16 0010 0000 = 25 = 32 0100 0000 = 26 = 64 1000 0000 = 27 = 128

Поэтому, например, чтобы установить второй по старшинству бит числа x в единицу, надо его логически сложить с 64 (x or 64).

Смена значений битов

Для смены значений битов на противоположные используется битовая операция xor. Чтобы инвертировать определенный бит числа x, в такой же по разряду бит второго числа записывают единицу. Если же требуется инвертировать все биты числа x, то используют побитовую операцию исключающего ИЛИ (xor) с числом 255 (1111 1111).

Операции побитового циклического сдвига

Помимо побитовых логических операций во многих языках программирования предусмотрены битовые операции циклического сдвига влево или вправо. Например, в языке программирования Паскаль эти операции обозначаются shl (сдвиг влево) и shr (сдвиг вправо).

Первым операндом операций сдвига служит целое число, над которым выполняется операция. Во втором операнде указывается, на сколько позиций сдвигаются биты первого числа влево или вправо. Например, 105 shl 3 или 105 shr 4. Число 105 в двоичном представлении имеет вид 0110 1001.

При сдвиге влево теряются старшие биты исходного числа, на их место становятся младшие. Освободившиеся младшие разряды заполняются нулями.

При сдвиге вправо теряются младшие биты исходного числа, на их место становятся старшие. Освободившиеся старшие разряды заполняются нулями, если исходное число было положительным.

Прикрепленный файлРазмер
PDF версия статьи "Битовые операции"277.19 кб

www.inf1.info

Что такое компьютер и виды компьютеров

Компьютер — это электронное устройство, которое работает с информацией и данными. Он может хранить информацию, обрабатывать, получать, передавать и т.д. Вы наверняка уже знаете, что с помощью компьютера можно работать с документами, электронной почтой, играть в игры, просматривать веб-страницы, а также работать с таблицами, презентациями, смотреть видео и многое другое.

В этом уроке мы ответим на основные вопросы, которые возникают у новичков, такие как, что такое компьютер и какие существуют виды компьютеров.

Аппаратное обеспечение и программное обеспечение

Прежде, чем пойти дальше, вы должны знать о двух важных вещах: это аппаратное обеспечение компьютера или другими словами «Железо», и программное обеспечение или просто программы, с которыми мы ежедневно выполняем какие либо задачи на компьютере.

  • Аппаратное обеспечение (железо, оборудование) — это та часть компьютера, которую мы можем потрогать, пощупать, такие как монитор, системный блок, клавиатура или мышь. Также к аппаратной части компьютера относится все внутренние компоненты компьютера, например, материнская плата которая находиться внутри системного блока.
  • Программное обеспечение — это то что управляет аппаратной частью компьютера. Т.е. простыми словами это программы (любые программы), такие как Microsoft Word, Excel, Windows, Браузеры, игры и т.д. Ниже на изображении вы можете увидеть Microsoft PowerPoint, программа которая используется для создания презентаций.

Все ваши действия на компьютере связаны с аппаратным и программным обеспечением. Например, сейчас вы просматриваете эту веб страницу и изучаете урок с помощью веб-браузера (программного обеспечения), и на правой руке вы держите мышь (аппаратное обеспечение), с помощью которого можете легко перемещаться по страницам.

Виды и типы компьютеров

Когда большинство людей слышат слово компьютер, они представляют персональный компьютер или ноутбук. Однако, компьютеры бывают разных форм и размеров, и они выполняют различные функции в нашей повседневной жизни. Когда вы снимаете наличные в банкомате, когда ваши продукты в супермаркете проводят через сканер определяющий цену, или, когда вы пользуетесь калькулятором. Все это тоже компьютеры, но только другого типа и назначения.

Настольные компьютеры

Мы используем настольные компьютеры на работе, дома, в школе, в библиотеке и т.д. Они могут быть маленькими, средними, большими и находятся они обычно на столе. Он состоит из клавиатуры, мыши, монитора и системного блока. Подробно о том, из чего состоит компьютер, читайте тут.

Большинство настольных компьютеров легко обновить и расширить, или добавить новые детали. Еще одно преимущество настольных компьютеров — это их стоимость. Если сравните настольный компьютер и ноутбук с одинаковым функционалом, то скорее всего обнаружите что настольный компьютер по цене будет ниже.

Портативные компьютеры

Второй тип компьютеров — это ноутбуки. Их преимущество в том, что они работают от батареи и являются более компактными, мобильными и поэтому их можно использовать практически в любом месте.

Так как ноутбук меньше настольного компьютера, то будет труднее получить доступ к внутренним компонентам. Это означает — вы не можете обновить или добавить новые детали так же легко, как в случае с настольным компьютером.

Планшетные компьютеры

Планшетные компьютеры или просто «планшет». Они еще более компактны и мобильны чем ноутбуки. Вместо клавиатуры и тачпада используется сенсорный экран для набора и навигации. iPad — пример планшетного компьютера.

Планшет не может вам полностью заменить ваш домашний компьютер или ноутбук, т.к. запускать программы и работать с документами будет удобнее все же на ноутбуке или настольном компьютере. Но если вы хотите просто играть в игры, сидеть в социальных сетях, слушать музыку и смотреть видео, то планшет для вас может стать отличной заменой компьютеру.

Серверы

Сервер — это компьютер, который обслуживает других компьютеров в сети. Многие фирмы, предприятия имеют файловые серверы для хранения информации. Сервер может выглядеть как обычный настольный компьютер, или он может быть гораздо больших размеров.

Серверы играют важную роль и в интернете. Они хранят в себе веб-страницы, сайты, фотографии и видео. И отвечают за их безопасность и время загрузки в браузере.

Другие типы компьютеров

Есть множество устройств, которые тоже в основном являются специализированными компьютерами, хотя мы не всегда думаем о них как о компьютерах. Вот несколько примеров:

  • Мобильные телефоны: сегодня они способны предоставить вам очень много функций, которые раньше могли выполняться только на компьютере, к примеру, такие как игры, просмотр фильмов и т.д. Такие телефоны называют смартфонами.
  • Игровые приставки: специализированный вид компьютера, который используется для воспроизведения видео игр. Хотя они не такие полнофункциональные как настольные компьютеры, многие из них могут выполнять такие задачи как, просмотр веб-страниц и видео в интернете.
  • Телевизоры: многие телевизоры теперь включают в себя программы и приложения, которые дают возможность зайти в интернет или смотреть фильмы онлайн.

ПК и Мак

Персональные компьютеры бывают двух видов: ПК и Мак. Оба являются полностью функциональными, но внешне различаются.

ПК: Первый такой компьютер назывался IBM PC, которая была выпущена в 1981 году. Затем аналогичные компьютеры стали выпускать и другие компании. Сегодня это самый распространенный тип ПК и в нем используется операционная система Microsoft Windows.

Mac: Эти компьютеры начали выпускаться в 1984 году, компанией Apple Inc. Они являются первыми компьютерами с графическим пользовательским интерфейсом (GUI). В них используется операционная система Mac OS X.

Раздел «Компьютер для начинающих» познакомит вас с компонентами компьютера и процессу начала их использования. Мы будем говорить об операционных системах, программах, устройстве компьютера, а также о настройке и обслуживании вашего компьютера и конечно же безопасности. Эти темы будут вам полезны если ли новичок и у вас есть ПК или Mac. И как только вы узнаете основы, вы можете перейти к более конкретным темам: Уроки Windows 10, Windows 8 и Windows 7.

composs.ru

Основы компьютера - Презентация

Логические основы компьютера.

учитель информатики Бодрикова С.Д.

Презентация к уроку

Цели урока:

  1. Образовательная:

    • усвоение учащимися функционального назначения электронных логических схем;

    • повторение того, как с помощью базовых элементов логических схем можно реализовать схему любой логической функции.

  2. Воспитательная:

    • формирование логического мышления:

    • восприятие компьютера, как инструмента, работающего по законам логики

  3. Развивающие:

    • становление и развитие логического мышления:

    • развитие познавательного интереса:

    • формирование информационной культуры и потребности приобретения знаний.

Ход урока

  1. Сообщение темы и постановка целей урока

Учитель сообщает тему и цели урока.

  1. Актуализация знаний и умений учащихся

Устный опрос:

  1. Что такое логика?Ответ: Наука о законах и формах мышления

  2. Основной системой счисления в компьютере является? Ответ: Двоичная

  3. Все виды информации в компьютере кодируются с использованием каких двоичных кодов? Ответ: 1 и 0

  4. Какие значения могут принимать логические функции. Ответ: 1 и 0

  5. Чем в компьютере реализуются эти значения 0 и 1. Ответ: 1 кодируется более высоким уровнем напряжения, чем 0.

Делаем вывод: Математический аппарат алгебры логики очень удобен для описания того, как функционируют аппаратные средства компьютера. Одни и те же устройства компьютера могут применяться для обработки и хранения как числовой информации, представленной в двоичной системе счисления, так и для обработки логических переменных. На этапе конструирования аппаратных средств алгебра логики позволяет значительно упростить логические функции, описывающие функционирование схем компьютера.

  1. Основные узлы компьютера состоят из десятков тысяч элементарных логических элементов. Вспомним, что такое логический элемент компьютера? Ответ: Это часть электронной логической схемы, которая реализует элементарную логическую функцию.

  2. Какие логические функции можно с их помощью реализовать? Ответ: Все (отрицание, конъюнкция, дизъюнкция)

(Слайд №1 презентации)

Каждый логический элемент имеет свое условное обозначение, которое выражает его логическую функцию. Для упрощения записи и понимания сложных логических схем, мы не будем рассматривать, какая именно электронная схема в нем реализована.

  1. какие базовые логические элементы мы здесь видим? Ответ: И, ИЛИ, НЕ.

Все вмести обсудим возможные варианты получения выходной информации в зависимости от исходных данных

  1. Какой элемент реализует логическое умножение? Ответ: Элемент И

  2. Какой элемент реализует логическое сложение? Ответ: Элемент ИЛИ

(Слайд №2 презентации)

  1. Мы с вами у же умеем строить логические схемы, и по схемам определять логическую функцию. Какая логическая функция реализуется с помощью данной схемы? Ответ: АВ + АС + ВС

(Слайд №3 презентации)

  1. А сейчас построим схему для данной функции Ответ: будет изображен на слайде после обсуждения.

Создание проблемной ситуации.

Основной принцип работы ячеек оперативной памяти – это хранение информации. Она энергозависима и просто держит сигнал, никаких преобразований здесь не происходит. А как же можно построить схему, которая бы просто удерживала импульс, сигнал?

После недолгого обсуждения рассматриваем данную схему на следующем слайде.

(Слайд №4,5 презентации)

Теоретическая основа урока.

Триггер – электронная схема, применяемая для хранения значения одноразрядного двоичного кода.

Совместное обсуждение прохождения сигнала по данной схеме. И делаем вывод, что данная схема способна удерживать сигнал как угодно долго, если не будет подан сигнал на сброс.

(Слайд №6 презентации)

Вопрос: Поскольку один триггер может запомнить только один разряд двоичного кода, то для запоминания байта сколько нужно триггеров? Ответ: 8 триггеров

А для запоминания килобайта соответственно - 8*210 степени = 8192 триггеров Современные микросхемы памяти содержат миллионы триггеров.

(Слайд №6 презентации)

И схему одного триггера мы можем рассматривать, так же как элементарную единицу при сборке микросхем памяти компьютера.

Вспомним. Все арифметические операции в компьютере (Сложение, умножение, деление, вычитание) заменяются какой операцией? Ответ: (сложение)

И сейчас рассмотрим принцип работы полусумматора

(Слайд №7презентации)

Знакомимся со схемой полусумматора и совместно прослеживаем ее работу при различных входных параметрах. Делаем вывод, что данная схема действительно реализует суммирование двух слагаемых одноразрядных чисел. Но данная схема работает без учета переноса из младшего разряда.

В общем виде схема полусумматора будет выглядеть таким образом

(Слайд №8 презентации)

Если требуется складывать двоичные слова длиной 2 и более бит, то используется последовательное соединение таких сумматоров, причем для двух соседних сумматоров выход переноса одного сумматора является входом для другого.

Например сумма двух двоичных трехразрядных чисел может иметь вид

(Слайд №9 презентации)

Рассмотрим работу данной схемы на небольшом примере:

При решении этого примера закрепляются умения учащихся делать вычисления в двоичной системе счисления.

Самостоятельная работа учащихся с учебником.

Рассмотреть работу одноразрядного двоичного сумматора через таблицу истинности и логическую формулу построенную по ней

refdb.ru


Смотрите также