Р. С. Гиляревский основы информатики курс лекций
Вид материала | Курс лекций |
СодержаниеПерсональный компьютер и персональные вычисления |
- С. Н. Постовалов Программирование в системе 1С: Предприятие 7 (компонента "Бухгалтерский, 899.42kb.
- Программа № «Математические основы информатики» (элективный курс) образовательная,, 124.66kb.
- Лекция №11 Сжатие изображений Курс лекций «Алгоритмические основы машинной графики», 54.41kb.
- Основы семейной психопедагогики (курс лекций), 11111.59kb.
- О. В. Свидерская Основы энергосбережения Курс лекций, 2953.76kb.
- Курс лекций введение в профессию "социальный педагог", 4415.45kb.
- Пояснительная записка 3 Содержание разделов и тем 5 Элективный курс «Математические, 106.07kb.
- Курс лекций по дисциплине " основы компьютерных технологий" Часть I. Microsoft Word, 432.92kb.
- Урок на тему «Решение логических задач с помощью электронных таблиц ms excel\ Раздел, 149.53kb.
- Это нескучное делопроизводство, 58.75kb.
Персональный компьютер и персональные вычисления
Одна из статей о персональных компьютерах в научно-популярном журнале начиналась со следующей аналогии. Если бы за последние четверть века самолетостроение развивалось в том же темпе, что и производство вычислительных машин, то пассажирский лайнер был бы в цене телевизора, и на нем можно было бы облететь земной шар за полчаса с одной канистрой горючего Эта аналогия, хотя и неточная, как всякая другая, хорошо подчеркивает фантастичность возможностей, открываемых ныне вычислительной техникой для личных надобностей каждого человека в переработке информации.
Появление персонального компьютера уже обросло типичной американской легендой. В ней рассказывается о том, как в начале 70-х годов два молодых калифорнийца, инженер Стивен Джобс и программист Стефен Возняк, запершись в своем гараже, сконструировали простой в употреблении домашний компьютер для хозяйственных и деловых нужд. Это и положило начало знаменитой фирме "Эппл" с миллиардными доходами и собственной линией развития персональных компьютеров.
Разумеется, в действительности все было не так просто. Однако, глядя на фотографию их популярной модели "Лайза II", трудно отделаться от впечатления, что они изобрели портативную пишущую машинку, которая подключается к бытовым телевизору и магнитофону и позволяет писать на экране вместо бумаги. Возможно, что это чисто внешнее "обытовление" компьютера, незаметность самого микропроцессора, встроенного внутрь привычных в домашнем обиходе устройств, сыграло определенную роль в преодолении психологического барьера, отделявшего прежде компьютер от его пользователей.
Что же представляет собой персональный компьютер? Академик А. П. Ершов определял его как массово выпускаемую организованную совокупность средств ввода, обработки, хранения, передачи и воспроизведения информации, находящуюся в полном распоряжении своего пользователя. Эта совокупность включает микропроцессор, основную память (постоянную и оперативную), внешнюю память (накопители на жестком или гибких магнитных дисках), дисплей (монитор), клавиатуру, а также устройства для печати текстов и изображений (принтер) и для связи с другими компьютерами по телефонным каналам (модем). В дешевых компьютерах дисплей и дисковод прежде могли заменяться бытовым телевизором и кассетным магнитофоном, а принтер – электрической пишущей машинкой.
Стоимость персонального компьютера непрерывно снижается и соразмерна со стоимостью такого бытового прибора, как телевизор. Поскольку дальше дается краткая характеристика каждого из основных устройств персонального компьютера, хочу оговориться, что к приводимым мною данным нужно отнестись критически. Они быстро стареют, поскольку электронная техника развивается стремительно, а издательские процессы в нашей стране пока еще неторопливы.
Микропроцессор, управляющий работой всех остальных компонентов, является центральным (хотя и малозаметным) устройством компьютера. Его вычислительная мощность характеризуется разрядностью, т. е. размером информационного слова, как бы задающим ширину тракта передачи данных, и частотой тактового генератора, обеспечивающего скорость каждого шага выполняемых машиной операций. Первые персональные компьютеры имели 8-разрядный процессор, т. е. работали со "словом", равным 8 битам (или 1 байту). Другими словами, они передавали за один такт одну букву или две цифры. Сейчас распространены 16 , 32-, 64 разрядные микропроцессоры, а тактовая частота их работы за несколько лет возросла от 12 Гц до 2 МГц (млрд. периодов в сек.).
Основная память состоит из постоянного запоминающего устройства и оперативной памяти (с произвольной выборкой). В постоянной памяти навсегда записаны самые основные программы, которые работают сразу после включения компьютера, преобразуют в коды команды, связанные с нажатием определенных клавиш. По мере увеличения объема основной памяти в ее постоянную часть стремятся записать все большее число системных программ.
Запоминающее устройство с произвольной выборкой (оперативная память) служит для записи в основную память операционной системы, транслятора и прикладных программ, необходимых в данный момент для выполнения работы. Они считываются из внешней памяти накопителей на магнитных дисках. Минимальный объем основной памяти в персональном компьютере – 64 Кбайт (что составляет 64х1024 байт, или 65536 алфавитных знаков, включая пробелы, или 36,4 машинописных страниц, или 1,6 авторского листа). Стандартные объемы оперативной памяти современного персонального компьютера варьируют от 16 до 512 Мбайт.
Внешняя память персональных компьютеров первоначально выполнялась на стандартной магнитофонной ленте в кассетах. Теперь она реализуется накопителями на магнитных дисках, которые подразделяются на жесткие и гибкие. Жесткие (твердые) диски обычно встраиваются в один корпус с процессором, являются несъемными и обеспечивают высокую плотность записи и объем хранимой информации от нескольких сотен Мбайт до нескольких десятков Гбайт. Их обычное название "винчестер" объясняют тем, что их первоначальное устройство – два диска по 80 Кбайт – напоминало английскую двустволку такого же калибра, а по другой версии, что технология их изготовления была разработана в г. Винчестере.
Гибкие получили название дискет (флоппи-дисков), представляют собой сменные магнитные диски размером 3,5 дюйма в пластмассовом корпусе. Они могут хранить файлы общим объемом до 1,4 Мбайт. Имеются специальные накопители на сменных дисках большего объема – от 100 Мбайт до нескольких гигабайт. Однако они быстро вытесняются более дешевыми компакт дисками CD ROM с возможностью записи (R) и перезаписи (RW) объемом до 700 Мбайт.
В настоящее время в качестве внешней памяти широко используются именно эти оптические компакт диски, позволяющие хранить десятки Гбайт информации. Они представляют собой две склеенных стеклянных пластины диаметром 30 см., на внутренние поверхности которых нанесен тончайший слой теллурового сплава. Лучом лазера на это покрытие наносится свыше 30 тыс. спиральных дорожек, разделенных на сектора для облегчения к ним доступа. На этих дорожках затем выплавляются углубления изменяемой величины (около микрона) в зависимости от интенсивности лазерного луча, которая модулируется сигналами компьютера. Так производится первоначальная запись данных.
Считываются эти углубления лучом меньшей мощности, отражение которого воспринимается фотоэлементом, преобразующим световые импульсы в электрические сигналы. Обычные компакт-диски для компьютеров штампуются как аудио- или видеодиски, так что выдавленную на них информацию изменить нельзя. Записываемые и перезаписываемые на компьютере диски устроены более сложно и их тиражирование значительно дороже.
Дисплей (экран телевизора или монитора) – основное устройство отображения информации, выводимой во время компьютера. Дисплеи бывают монохромными и цветными, отличаются по размерам, форматам (числу строк и символов в строке), разрешающей способности (числу светящихся точек по горизонтали и вертикали), числу уровней яркости или цветов. Обычные дисплеи позволяют одновременно видеть на экране лишь часть страницы текста. В монохромных дисплеях оптимальным является адаптер "Hercules", в цветных последовательное повышение качества реализуют CGA, EGA, VGA и SVGA (Color , Extended-, Video-, Super Video Graphic Adapter).
В настоящее время все большее распространение получают жидкокристальные дисплеи, которые сначала встраивались в ноутбуки, а теперь применяются вместе с настольными компьютерами. Они занимают меньше места, потребляют меньше энергии, лучше используют поверхность экрана, у них меньше излучение, нет не замечаемого, но вредного для зрения подрагивания изображения. Но пока они вдвое дороже мониторов с лучевой трубкой.
Клавиатура служит средством ввода информации и управления работой компьютера путем нажатия клавиш, которые подразделяются на алфавитно-цифровые, функциональные, редактирующие и управляющие. Алфавитно-цифровые клавиши располагаются так же, как на пишущей машинке (по прежнему стандарту буквы латинского алфавита располагались по транслитерационному принципу, т. е. А-А, В-Б, С-С и т. д.). В отличие от терминалов больших вычислительных машин клавиатура персональных компьютеров передает в микропроцессор не код символа, а порядковый номер и интервал длительности нажатия клавиши.
Функциональные клавиши могут менять значение других, управляют системными программами, вызывают на экран стандартные элементы графики. Редактирующие клавиши управляют движением курсора (движущейся по экрану световой точки, прямоугольника или мигающей черты), который обозначает позицию очередного символа. Курсором можно управлять также при помощи специальных устройств – "мыши" (полусферы, передвигаемой рукой по поверхности планшета), "джойстика" (используемого в динамических компьютерных играх) или "светового пера" (позволяющего менять изображение путем прикосновения к любой точке экрана).
Принтеры (печатающие устройства) служат для вывода информации на бумагу. По способу действия они делятся на матричные (головка с иглами, управляемыми матрицей знаков), ромашковые (сменные лепестковые шрифтоносители), термографические (тепловое воздействие на специальную бумагу), струйные (распыление струи специальных чернил), лазерные (оптическая печать лучом лазера). Матричные принтеры первоначально получили наибольшее распространение, так как они быстрее ромашковых (до 200 зн/сек против 50 зн/сек) и позволяли печатать не только текст, но и любые изображения, неприхотливы к качеству бумаги и значительно дешевле других. В настоящее время наиболее распространены лазерные и струйные принтеры. Последние дешевле лазерных при покупке и в эксплуатации при почти таком же качестве печати и незначительно меньшей скорости.
Важной характеристикой персонального компьютера является надежность. Он предназначен для устойчивой работы в бытовых условиях, без особых требований к температуре, влажности и чистоте окружающего воздуха, к колебаниям напряжения или выключению тока в электросети. При последнем, правда, уничтожается содержание оперативной памяти (т. е. все наработанное с момента включения компьютера, если его периодически не сохранять). И при этом персональный компьютер обладает почти всеми возможностями большой вычислительной машины, для которой упомянутые требования крайне существенны.
Нельзя не упомянуть о том, что появление персональных компьютеров не было предвидено профессионалами. Фирма IBM в начале 70 х гг. заказала мозговому тресту "RAND Corporation" прогноз развития ЭВМ, который стоил десятки миллионов долларов. В нем не было упоминания о такой возможности, хотя Джобс и Возняк, вероятно, уже работали над своей "Лайзой". Идеологи отечественной информатики вынуждены были признать, что персональный компьютер вошел в вычислительное дело с черного хода и взломал сложившиеся представления и в технологии и в программировании. Однако в настоящее время ряд компьютерных фирм разрабатывает идею «сетевого компьютера», который противопоставляется персональному, поскольку будет выполнять роль удаленного терминала больших машин в сети вычислительных центров с распределенным банком данных.
Появление и широкое распространение персональных компьютеров – явление революционное, вызвавшее к жизни феномен персональных вычислений. Он заключается в том, что конечные пользователи – специалисты в самых разнообразных отраслях науки, техники, народного хозяйства, культуры получили непосредственный доступ к машине, перестали нуждаться в профессиональных программистах. Существовавшее до сих пор положение, когда специалист, решавший свои задачи на машине, должен был объяснять их программисту, сильно сдерживало применение ЭВМ.
Как правило, существо решаемой задачи и ее особенности полностью раскрываются в процессе решения. Поэтому предварительная постановка задачи перед программистом всегда отличается неточностью и приблизительностью. Программист же, формализуя и уточняя задачу, стремится к краткости и изяществу программы, к экономии вычислительных ресурсов машины, пренебрегая деталями задачи, которые могут быть важными для ее решения. Поэтому неуклюжие и громоздкие программы, составленные конечными пользователями, часто отличаются от стройных и лаконичных профессиональных программ тем, что они работают более эффективно, лучше решают задачи специалистов.
Таким образом, феномен персональных вычислений заставляет нас по-новому взглянуть на проблему взаимоотношений машины и пользователя, которая существенна для решения таких глобальных задач, как всеобщая компьютерная грамотность или информатизация общества. Решение этих проблем, ставших в полном смысле социальными, требует не только и даже не столько овладения средствами вычислительной техники и их программирования. Они вызывают необходимость пересмотра отношения специалистов к существу своего дела и решаемых в нем задач. Ведь их решение при помощи компьютера вынуждает формализовать эти задачи, искать алгоритмы выполнения многих процессов, включая и интеллектуальные.
Это новое явление Г. Р. Громов удачно назвал автоформализацией профессиональных знаний, и оно намечает тот путь, по которому информатика проникает во многие другие области знаний1. Особая ситуация складывается в программировании. Дело в том, что овладение основами информатики часто понимают как обучение началам программирования на одном из простых языков, обычно на Бейсике.
Это создает у пользователя иллюзию умения программировать и подчас приводит его к большим затратам времени и сил с минимальным результатом при решении вычислительных задач, для которых имеются хорошие профессиональные программы. Поэтому компьютерная грамотность предполагает в первую очередь хорошее знание всех типов прикладных программ, умение выбрать те конкретные программы, которые адекватны решаемой задаче, и навыки в работе с ней. Тем не менее, общее представление о языках программирования и их эволюции необходимо каждому, приобщающемуся к интеллектуальной коммуникации.