Бусыгин Б.С., Коротенко Г.М., Коротенко Л.М. Введение в современную информатику

Подождите немного. Документ загружается.

Коцептуальность и универсальность подобного подхода заключается

в том, что во всех вышеуказанных случаях, пользователь абсолютно ничего не

должен знать (и, как правило, и не знает!) о типе используемого им устройства

(беспроводное, лазерное, формат записи, тип носителя, уровень

быстродействия, название фирмы производителя и т.д.). Всё это уже решено на

уровне BIOS, драйверов всех известных (!) и будущих (!) устройств, а также

операционной системы, использующей предоставляемые BIOS и драйверами

интерфейсы нижнего уровня работы с аппаратурой ПК. Такой подход

полностью сосответствует условиям интероперабельности

во взаимодействии

компонентов информационных систем между собой и пользователем.

Вопросы.

Как называются основные аппаратные компоненты компьютера?

Какие компоненты входят в состав материнской платы?

Что представляет собой базовая система ввода - вывода ПК (BIOS –

Basic Input/Output System)?

Какие пять основных функций выполняет BIOS после включения

ПК?

Чем ″тёплый″ перезапуск ПК отличается от ″холодного″?

Каковы основные функции записи Master Boot Record?

Где может размещаться Master Boot Record?

Что такое порт ПК?

Что такое шина ПК?

10.

Что представляет собой драйвер и для чего он служит?

11.

Каковы основные характеристики файла?

12.

Что общего у файла с внешним устройством компьютера и в чём их

различия?

Интероперабельность – взаимная возможность/способность информационных систем или компьютеров

обмениваться сообщениями, выполнять программы или пересылать данные между их разными

функциональными блоками таким образом, чтобы пользователь при этом практически ничего не должен был

бы знать об особенностях этих блоков. Поддерживается средствами развитых многоуровневых интерфейсов.

Оператор (языка) – базовая единица

действия в языках программирования и

алгоритмических языках.

Программа – упорядоченная

последовательность команд, подлежащая

обработке.

ГОСТ.

3. КОМАНДНАЯ ОСНОВА РАБОТЫ КОМПЬЮТЕРА

3.1. Роль команд в процессе управления компьютером

Персональные компьютеры (ПК) сегодня можна увидеть на рабочем месте

специалиста практически любой профессии. Они стали неотделимой частью

производственной деятельности организаций и предприятий, расширяя область

промышленной обработки данных. Такая ситуация возникла по многим

причинам, и в первую очередь потому, что ПК стал доступным, миниатюрным

и удобным устройством для ввода, хранения, обработки и вывода

разнообразной информации практически во всех известных предметных

областях

(рис. 3.1). Более того, первый вопрос при приёме специалиста на

работу в организацию любой формы собственности формулируется очень

просто: "Компьютером владеете?". Так что, речь идёт о новой форме

грамотности – компьютерной грамотности.

Рис. 3.1. Процесс решения задачи пользователем на компьютере

И чтобы овладеть этой грамотностью в условиях, когда функции

компьютерной техники постоянно совершенствуются и усложняются,

необходимо хорошо представлять особенности его работы и принципы

функционирования.

Как известно, процесс взаимодействия пользователя с ПК в процессе

решения задачи основывается на нескольких ключевых моментах.

Во-первых, при роботе с компьютером им необходимо постоянно

управлять, то есть направлять его действия в необходимое русло. Ибо, если

Предметная область – класс задач, которые решаются программным средством или программной системой.

Ввод команд и

данных

(пользователь)

Обработка команд

и данных пользователя

(компьютер)

Вывод реакции

на команды и

данные

пользователя

(компьютер)

после его включения не выполнять никаких действий, сам компьютер не

выполнит ни одной конкретной задачи, пока не доождётся конкретных

действий (команд) пользователя. Последние вводятся, как правило, путём

нажатия клавиш на клавиатуре ПК или кнопок мыши, после подведения курсора

к управляющим элементам приложений или операционной системы. Эти

действия принуждают те компоненты, которые их получили, в свою очередь,

порождать командные стимулы на уровне этих программных компонентов и

так далее вниз по иерархии. Чтобы вникнуть в суть процессов, которые

происходят, необходимо рассмотреть самый верхний уровень представления

понятия и термина "команда" для ПК, который отвечает уровню

взаимодействия последнего с пользователем.

Как правило, под управлением понимают процесс целенаправленного

воздействия на систему, который обеспечивает повышение уровня её

организованности, с целью достижения того или другого полезного результата.

При этом любая система управления разделяется на две подсистемы:

управляющую и ту, которой управляют. Связь между управляющей

подсистемой и той, которой управляют, называется прямой связью. Такая связь

существует всегда. Противоположная по направлению связь называется

обратной. Понятие обратной связи является фундаментальным

в технике,

природе и обществе. Опыт показывает, что управление без сильных обратных

связей не еффективно, так как не обладает свойством к самообнаружению

ошибок, формулированию проблем, не позволяет использовать возможности

саморегулирования системы, а таже опыт и знания специалистов. В комплексе

пользователь-компьютер прямой связью является воздействие на компьютер с

целью получения решения некоторой задачи, а обратной – сообщения о ходе её

решения (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Управляющие связи, существующие при

взаимодействии пользователя с компьютером

Фундаментальный – нечто, составляющее основную часть или основу чего-либо. Обычно применяется в

качестве характеристики основополагающих элементов наук или прикладных отраслей знаний. К примеру,

фундаментальные исследования, фундаментальные понятия.

Пользователь

(управляющая

система)

Компьютер

(система, которой

управляют)

Прямая связь

(команды пользователя)

Обратная связь

(реакция операционной

системы ПК и приложений, с

которыми работает

пользователь, на его

команды)

Во-вторых, осуществление прямых и обратных связей между двумя

системами реализуется на уровне интерфейса

(в данном случае – интерфейса

компьютера), который обеспечивает интероперабельность

между системами,

которые взаимодействуют, то есть между пользователем и ПК. Основные

задачи поддержки интерфейса ПК возлагаются на операционную систему и

будут обсуждены далее в главе 4. Интерфейс приложений, которые работают

под управлением ОС, создаются их разработчиками и зависят от конкретных

задач, которые решаются с их помощью.

И, наконец, в-третьих, как управление компьютером, так и обеспеченне

работы его и всех его компонентов обеспечивается путём выполнения

разнообразных команд, из которых формируются программы или

последовательности наборов команд для описания действий компьютера,

которые приводят к решению задач пользователя.

Так, во многих современных приложениях (MS Word, MS Excel, MS Access

и др.) решение любой типовой задачи реализуется последовательностью

щелчков левой кнопки мыши на названиях меню, командах из выпадающих

списков, кнопках стандартной панели инструментов и других управляющих

элементах, которые, в своей совокупности и выполнении в определённой

последовательности, играют, по сути, роль программы, составленной из

«элементов языка» данного приложения (рис.3.3).

Рис. 3.3. Программа (действий) для форматирования диапазона ячеек

в приложении (языке) MS Excel

За время длительного периода развития компьютеров термин команда

вобрал в себя множество значений и приобрёл не меньше оттенков. Вне

компьютерного мира слово команда имеет два основных значения:

 коллектив людей, которые объединены общей целью (футбольная,

пожарная и другие команды);

 устное приказание выполнить какое-либо действие (например, налево,

направо, стой, кругом и т. д.).

Интерфейс – средство объединення (стыковки) двух или более частей нескольких систем.

Интероперабельность – способность обмениваться сообщениями, выполнять программы или пересылать

данные между разными функциональными элементами систем.

ЗАДАЧА

Отформати-

ровать

диапазон

ячеек

В4:F16

в денежном

формате.

ПРОГРАМА ДЕЙСТВИЙ.

1. Выделите диапазон ячеек В4:F16.

2. В меню Формат выберите команду Ячейки.

3. Щёлкните по вкладке Число, если она не активна.

4. В списке Числовые форматы выберите денежный формат.

5. Установите в поле Число десятичных знаков значение 0.

6. Щёлкните ОК, чтобы вернуться на лист.

В информатике значений и смыслов слова команда Вы можете найти

значительно больше, чем во всех других сферах деятельности человека. Они

присутствуют на разных уровнях

существования и представления компонентов

компьютерных систем и информационных потоков и означают инициализацию

того или другого процесса, происходящего на стадиях проектирования,

реализации или работы многочисленных элементов ПК.

3.2. Физический и логический уровни применения команд

Следует отметить, что наиболее важными в информационных технологиях

явялются физический и логический уровни представления компонентов

компьютера. Последний превратился за последние 20 лет в технологически и

технически чрезвычайно сложный комплекс разнообразных

взаимодействующих между собой устройств: клавиатуры, мыши,

разнообразных чипов и чипсетов, микропроцессоров, дисководов для съёмных

и несъёмных носителей информации, дисплея, принтера, сканера и многих

других устройств (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Персональный компьютер в комплексе

Физический уровень определяет конкретную технологическую реализацию

того или иного устройства или элемента. Например, дисплей ПК может быть

конструктивно реализован на электронно-лучевой трубке (рис. 3.4) или на

основе жидкокристаллической или плазменной технологий.

Специалисты рассматривают девять значений понятия уровень, который является основным для концепции

иерархии систем. Термин «уровень» может означать: 1) степень вообще; 2) степень сложности; 3) степень

глубины аналитического исследования; 4) возникновение (естественной, животной) организации более

высокого уровня по сравнению с имеющейся; 5) систему взаимосвязанных свойств или переменных; 6) разряд;

7) слой; 8) основной слой; 9) уровень.

Внешнее запоминающее устройство компьютера может представлять

собой флоппи-дисковод или жёсткий диск, и каждый со своей системой команд

доступа, количеством секторов, дорожек, цилиндров и т.д. Представьте себе

ситуацию, когда Вам для того, чтобы переписать файл с одного устройства на

другое будет необходимо вникать во все технические тонкости отличий

принципиально различных дисковых устройств, и к тому же, самому писать

программы обмена между ними.

Для упрощения понимания и повышения безопасности использования

устройств ПК, при работе пользователя с ОС вводится понятие логического

уровня. Это позволяет абстрагироваться от всех технических и программных

тонкостей работы с этими устройствами и оперировать, например, именами

логических дисковых устройств в ОС MS DOS (A:, C:, D: и т.д.), или

графическими представлениями этих же дисковых устройств на рабочем столе

ОС Windows. Таким образом, можно сказать, что логический уровень – это

некий абстрактный или концептуальный

, то-есть виртуальный

уровень,

который отображает некий образ, а не реальные физические объекты таким

образом скрывает принципы их реализации.

Это означает, что когда Вы обращаетесь к логическому имени флоппи-

диска или жёсткого диска для Вас не имеют значения ни их конструктивные

особенности, ни тонкости технической реализации (может быть только объём

свободного дискового пространства!) (рис. 3.5).

Концепция – определённый способ понимания, трактовка какого-либо предмета, явления, процесса.

Виртуальный – не имеющий физического воплощения или воспринимаемый иначе, чем реализован.

Физический уровень

представления

магнитного диска

Логический уровень

представления

магнитных дисков

Рисунок 4.5. Уровни логического представления магнитных дисков в ПК

для обращения к ним и работы с ними

Таким образом, логическим именем диска может служить абстрактное

обозначение устройства компьютера в виде дополнительного текстового и/или

графическог имени/обозначения, которые приписываются операцонной

системой для удобства их использования. Логическое имя даёт возможность

пользоваться объектом не углубляясь в особенности его физической

реализации. Например, каждый логический диск ПК является частью

физического жёсткого диска, которая рассматривается как отдельный жёсткий

диск со своим именем накопителя (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Размещение логических дисков на физическом диске

3.3. Команды физического и логического уровней

Многие компоненты и устройства ПК содержат в своём составе

разнообразные интегральные схемы, самая большая из которых в ПК обычно

является процессором. Со времён изобретения

первого в мире микропроцессора (МП) Intel 4004 в

1971 году, в котором содержалось 2 300

полупроводниковых транзисторов прошло уже

достаточно много времени. Но и до сих пор

технически процессор реализуется в виде большой

интегральной схемы (БИС), структура которой

постоянно усложняется, а количество

функциональных элементов (типа диод или

транзистор) на ней постоянно возрастает (от 5

миллионов в процессоре Pentium II до 42 млн.

транзисторов в Pentium 4). И это не предел. В конце

2002 года инженеры компании Intel открыли

совершенно новый тип кремниевых транзисторов,

скорость переключения которых примерно в 1000

раз превосходит аналогичный показатель

Рис. 3.7. Транзистор,

являющийся

элементом

интегральной и

электрической схем,

представляющих

микропроцессор

транзисторов, используемых в современных чипах. Новый транзистор имеет

ширину всего в 80 атомов (20 нм), что позволит уместить в будущем на одном

кристалле свыше миллиарда таких элементов (рис. 3.7).

Несмотря на такой невероятный рост концентрации электронных

элементов в процессоре, работа всех этих транзисторов в электрических схемах

и сами электрические схемы практически не изменились со времён их

изобретения.

Командами открытия и закрытия транзисторов на уровне электрических

схем и цепей являются электрические сигналы

, которые называются

электрическими импульсами

(рис. 3.8). Таким образом, необходимо чётко

представлять, что на самом нижнем уровне абстракции, то есть на физическом

уровне конструкции элементов ПК, понятие команда относится к средствам

управления электронными компонентами устройств, таких как процессор

чипсет

или материнская плата, схемы памяти и других, которые построены

на триодах, диодах, сопротивлениях, проводниках и т.д. (рис. 3.8 и 3.9).

Рис. 3.8. Электрическая схема преобразования

пилообразного сигнала в прямоугольные импульсы

Сигнал – изменяющийся во времени физический процесс, отражающий передаваемое сообщение.

Электрический импульс – кратковременное отклонение напряжения или тока от некоторого постоянного

значения.

Процессор (микропроцессор) – это микросхема, реализующая функции центрального процессора

персонального компьютера.

Чипсет – набор микросхем материнской (системной) платы, реализующих архитектуру компьютера.

А) Б) В) Г)

Рисунок 4.9. Обозначения диода (А), транзистора (Б) и

сопротивлений (В,Г)

(В) (Г)

Импульсы обеспечивают не только слаженное взаимодействие, включение

и выключение самих устройств и блоков, построенных на этих устройствах, но

и моделируют собственно основу функционирования ПК – цифровые значения

0 и 1.

Проектирование компьютерных и микропроцессорных устройств

начинается на логическом уровне путём разработки логических схем работы

нового устройства по заданным требованиям. Сложные логические системы

строятся из типовых логических узлов, представляющих собой схемы из

логических вентилей. К типовым логическим узлам, играющим

основополагающую роль в микропроцессорных и компьютерных системах,

относятся: триггеры (рис. 3.10), регистры, счётчики, дешифраторы,

селекторы, схемы выполнения арифметических операций (сумматоры и

вычитатели), а также системы шин.

Транзисторы и другие элементы микропроцессоров набираются в

логические схемы, элементами которых являются так называемые вентили,

сочетания сигналов на входах и выходах которых реализуют модель поведения

или протекания того или иного реального процесса. Рисунки с изображениями

элементарных логических схем и их связей называются логическими

диаграммами (рис 4.10), в которых при разработке логики работы компьютера и

его устройств сообщения моделируются в виде сигналов (команд), подаваемых

на их входы.

Рис. 3.10. Логическая схема RS-триггера и таблица

сигналов и состояний на его входах

Одними из основных элементов МП являются триггеры – простейшие

цифровые схемы последовательного типа. В зависимости от алгоритма работи,

который реализуется, триггер может иметь установочные, информационные

или управляющие входы. Он также имеет два устойчивых состояния: Q=1 и

Q=0 (см. рис.3.10) и поэтому его иногда называют бистабильной схемой. В

каком из этих состояний окажется триггер, зависит от сигналов на входах

триггера и от его предыдущего состояния, то есть он имеет память. Таким

образом, командами логического уровня для этого и других подобных

устройств являются значения (сигналы) 0 и 1 на входах R и S (рис. 3.10).

Вентили

Следует помнить, что логический (вентильный) уровень представления

триггера, на физическом уровне может реализовываться транзисторами и

резисторами с помощью различных технологий и из различных, вообще говоря,

материалов.

С момента изобретения в 1959 году интегральных схем МП или как их ещё

называют «чипов», лавинообразно растёт интерес к созданию на их базе

электронных устройств, способных выполнять сложные функции управления.

После внедрения микропроцессоров в производство карманных калькуляторов

они начали широко применяться и в других отраслях. Основными

достоинствами этих устройств, стали низкая стоимость и способность

выполнять программы. Другими словами, микропроцессор является

программируемым логическим устройством, изготовленным в монолитном

кристалле. Сам по себе МП не может решить ту или иную конкретную задачу.

Для её решения его нужно запрограммировать, обеспечить необходимыми

данными и соединить с другими устройствами. Например, МП может

управлять светофорами на сложном перекрёстке, обеспечивая их переключение

через заданные промежутки времени (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Светофор на сложном участке дорожной развязки в Англии,

управляемый с помощью микропроцессора и схема типового его

подключения

3.4. Команды программных уровней и уровней работы с ОС

Следующим, более высоким уровнем представления команд, являются

предписания, которые определяют элементарные шаги выполнения

программируемых действий в работе конкретных устройств, например,