Общие принципы организации и работы компьютеров
1. Что такое компьютер?
2. Как устроен компьютер?
3. На каких принципах построены компьютеры?
4. Что такое команда?
5. Как выполняется команда?
6. Что такое архитектура и структура компьютера?
7. Что такое центральный процессор?
8. Как устроена память?
9. Какие устройства образуют внутреннюю память?
10. Какие устройства образуют внешнюю память?
11. Что такое аудиоадаптер?
12. Что такое видеоадаптер и графический акселератор?
13. Что такое клавиатура?
14. Что такое видеосистема компьютера?
15. Что такое принтер, плоттер, сканер?
16. Что такое модем и факс-модем?
17. Что такое манипуляторы?
18. Как устроен компьютер?
19. Какие основные блоки входят в состав компьютера?
20. Что собой представляет системная плата?
21. Как организуется межкомпьютерная связь?
22. Что такое компьютерная сеть?
23. Как соединяются между собой устройства сети?
24. Как классифицируют компьютерные сети по степени географического распространения?
25. Как соединяются между собой локальные сети?
26. Как работают беспроводные сети?
27. Что такое сеть Интернет и как она работает?
28. Основные возможности, предоставляемые сеть Интернет
29. Что такое мультимедиа и мультимедиа-компьютер?
30. Вопросы для самоконтроля
Вопросы для самоконтроля
2.1. Какова роль аппаратуры (HardWare) и программного обеспечения (SoftWare) компьютера?
2.2. Какие основные классы компьютеров Вам известны?
2.3. В чём состоит принцип действия компьютеров?
2.4. Из каких простейших элементов состоит программа?
2.5. Что такое система команд компьютера?
2.6. Перечислите главные устройства компьютера.
2.7. Опишите функции памяти и функции процессора.
2.8. Назовите две основные части процессора. Каково их назначение?
2.9. Что такое регистры? Назовите некоторые важные регистры и опишите их функции.
2.10. Сформулируйте общие принципы построения компьютеров.
2.11. В чём заключается принцип программного управления? Как выполняются команды условных и безусловных переходов?
2.12. В чём суть принципа однородности памяти? Какие возможности он открывает?
2.13. В чём заключается принцип адресности?
2.14. Какие архитектуры называются "фон-неймановскими"?
2.15. Что такое команда? Что описывает команда?
2.16. Какого рода информацию может содержать адресная часть команды?
2.17. Приведите примеры команд одноадресных, двухадресных, трёхадресных.
2.18. Каким образом процессор при выполнении программы осуществляет выбор очередной команды?
2.19. Опишите основной цикл процесса обработки команд.
2.20. Что понимается под архитектурой компьютера? Какие характеристики компьютера определяются этим понятием? Верно ли, что общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость в плане реализации функциональных элементов?
2.21. Что понимается под структурой компьютера? Какой уровень детализации описания компьютера может она обеспечить?
2.22. Перечислите распространённые компьютерные архитектуры.
2.23. Каковы отличительные особенности классической архитектуры?
2.24. Что собой представляет шина компьютера? Каковы функции общей шины (магистрали)?
2.25. Какую функцию выполняют контроллеры?
2.26. Как характер решаемых задач связан с архитектурой компьютера?
2.27. Какие отличительные особенности присущи многопроцессорной архитектуре? Многомашинной архитектуре? Архитектуре с параллельным процессором?
2.28. Что такое центральный процессор?
2.29. Какие основные компоненты содержат в себе современные микропроцессоры?
2.30. Как конструктивно выполнены современные микропроцессоры?
2.31. Перечислите основные и производные единицы измерения количества памяти.
2.32. Назовите две основные разновидности памяти компьютера.
2.33. Перечислите основные компоненты внутренней памяти.
2.34. Что представляет собой ОЗУ? Каково её назначение?
2.35. В чём разница между памятью статической и динамической?
2.36. Что собой представляет модуль памяти типа SIMM? Какие другие типы модулей памяти Вы знаете?
2.37. Каково назначение кэш-памяти? Каким образом она реализуется?
2.38. Что такое специальная память? Характеризуйте её основные виды.
2.39. Что такое BIOS и какова её роль?
2.40. Каково назначение внешней памяти? Перечислите разновидности устройств внешней памяти.
2.41. Что собой представляет гибкий диск?
2.42. В чём суть магнитного кодирования двоичной информации?
2.43. Как работают накопители на гибких магнитных дисках и накопители на жёстких магнитных дисках?
2.44. Каковы достоинства и недостатки накопителей на компакт-дисках?
2.45. Опишите работу стримера.
2.46. Как работает аудиоадаптер? Видеоадаптер?
2.47. Какие типы видеоплат используются в современных компьютерах?
2.48. Назовите главные компоненты и основные управляющие клавиши клавиатуры.
2.49. Перечислите основные компоненты видеосистемы компьютера.
2.50. Как формируется изображение на экране цветного монитора?
2.51. Как устроены жидкокристаллические мониторы? Проведите сравнение таких мониторов с мониторами, построенными на основе ЭЛТ.
2.52. Опишите работу матричных, лазерных и струйных принтеров.
2.53. Чем работа плоттера отличается от работы принтера?
2.54. Опишите способ передачи информации посредством модема.
2.55. Перечислите основные виды манипуляторов и опишите принципы из работы.
2.56. Что понимают под персональным компьютером?
2.57. Какие характеристики компьютера стандартизируются для реализации принципа открытой архитектуры?
2.58. Что такое аппаратный интерфейс?
2.59. Каково назначение контроллеров и адаптеров? В чём заключается разница между контроллером и адаптером?
2.60. Что такое порты устройств? Охарактеризуйте основные виды портов.
2.61. Перечислите основные блоки современного компьютера.
2.62. Каково назначение межкомпьютерной связи?
2.63. Опишите технологию "клиент-сервер".
2.64. Каким образом преодолевается проблема несовместимости интерфейсов в компьютерных сетях?
2.65. Что такое протокол коммуникации?
2.66. Почему данные передаются при помощи пакетов?
2.67. Охарактеризуйте основные виды сетевых топологий.
2.68. Назовите характеристики распространённых сетевых архитектур.
2.69. Дайте краткую характеристику специального сетевого оборудования.
2.70. В каких областях и с какой целью применяются локальные сети?
2.71. Перечислите основные сервисы сети Интернет.
2.72. Что такое IP-адрес?
2.73. Какие основные услуги предоставляет пользователям система WWW?
2.74. Как организованы системы информационного поиска сети Интернет?
2.75. Дайте сравнительную характеристику систем информационного поиска Yahoo! и Alta Vista.
2.76. Охарактеризуйте основные виды технологий мультимедиа.
2.77. Приведите примеры устройств "виртуальной реальности" и опишите принципы их работы.
2.78. Каким вам представляется мультимедийный компьютер?
2.79. Какой носитель информации используется для распространения мультимедиа-программ?
2.80. Охарактеризуйте средства создания мультимедиа-приложений.
Что такое компьютер?
Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами.
Существует два основных класса компьютеров:
- цифровые компьютеры, обрабатывающие данные в виде двоичных кодов;
- аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся физические величины (электрическое напряжение, время и т.д.), которые являются аналогами вычисляемых величин.
Поскольку в настоящее время подавляющее большинство компьютеров являются цифровыми, далее будем рассматривать только этот класс компьютеров и слово "компьютер" употреблять в значении "цифровой компьютер".
Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare) — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций.
Любая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных команд.
Команда — это описание операции, которую должен выполнить компьютер. Как правило, у команды есть свой код (условное обозначение), исходные данные (операнды) и результат.
Например, у команды "сложить два числа" операндами являются слагаемые, а результатом — их сумма. А у команды "стоп" операндов нет, а результатом является прекращение работы программы.
Результат команды вырабатывается по точно определенным для данной команды правилам, заложенным в конструкцию компьютера.
Совокупность команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд этого компьютера. Компьютеры работают с очень высокой скоростью, составляющей миллионы — сотни миллионов операций в секунду.
Как устроен компьютер?
Разнообразие современных компьютеров очень велико. Но их структуры основаны на общих логических принципах, позволяющих выделить в любом компьютере следующие главные устройства:
память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из перенумерованных ячеек;
процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ);
устройство ввода;
устройство вывода.
Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация.
Основные устройства компьютера и связи между ними представлены на схеме. Жирными стрелками показаны пути и направления движения информации, а простыми стрелками — пути и направления передачи управляющих сигналов.
Функции памяти:
приём информации из других устройств;
запоминание информации;
выдача информации по запросу в другие устройства машины.
Функции процессора:
обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
программное управление работой устройств компьютера.
Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ).
Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.
В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами.
Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды. Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции. Например, "вырезать" отдельные части команды для последующего их использования или выполнять определенные арифметические операции над числами.
Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд двоичного кода). Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления.
Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций. Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:
сумматор — регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции;
счетчик команд — регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти;
регистр команд — регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные — для хранения кодов адресов операндов.
На каких принципах построены компьютеры?
В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.
Джон фон Нейман, 1945 г.
1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды.
А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.
Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды "стоп".
Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.
2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.
3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.
Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без "счетчика команд", указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими.
Что такое команда?
Команда — это описание элементарной операции, которую должен выполнить компьютер.
В общем случае, команда содержит следующую информацию:
код выполняемой операции;
указания по определению операндов (или их адресов);
указания по размещению получаемого результата.
В зависимости от количества операндов, команды бывают:
одноадресные;
двухадресные;
трехадресные;
переменноадресные.
Команды хранятся в ячейках памяти в двоичном коде.
В современных компьютерах длина команд переменная (обычно от двух до четырех байтов), а способы указания адресов переменных весьма разнообразные. В адресной части команды может быть указан, например:
сам операнд (число или символ);
адрес операнда (номер байта, начиная с которого расположен операнд);
адрес адреса операнда (номер байта, начиная с которого расположен адрес операнда), и др.
Рассмотрим несколько возможных вариантов команды сложения (англ. add — сложение), при этом вместо цифровых кодов и адресов будем пользоваться условными обозначениями:
|
