Виды информации, обрабатываемые компьютером (числовая, символьная, графическая, звуковая). Компьютер как универсальное устройство обработки информации С помощью чего компьютер получает информацию

| 7 классы | Планирование уроков на учебный год (ФГОС) | Основные компоненты компьютера и их функции

Урок 10
Основные компоненты компьютера и их функции

2.1.1. Компьютер

Ключевые слова:

компьютер процессор память устройства ввода информации устройства вывода информации

Одним из важных объектов, изучаемых на уроках информатики, является компьютер, получивший своё название по основной функции - проведению вычислений (англ. computer - вычислитель).

Первый компьютер был создан в 1945 г. в США. Познакомиться с историей компьютеров вы можете, совершив виртуальное путешествие по музеям вычислительной техники. Так, много интересной информации о компьютерах можно узнать, посетив (http://informat444.narod.ru/museum/) Виртуальный музей информатики. Обратите внимание, что для обозначения компьютерной техники 1940-1970-х годов часто используется аббревиатура ЭВМ (электронная вычислительная машина).

Современный компьютер - универсальное электронное программно управляемое устройство для работы с информацией.

Универсальным устройством компьютер называется потому, что он может применяться для многих целей - обрабатывать, хранить и передавать самую разнообразную информацию, использоваться человеком в разных видах деятельности.

Современные компьютеры могут обрабатывать разные виды информации : числа, текст, изображения, звуки. Информация любого вида представляется в компьютере в виде двоичного кода - последовательностей нулей и единиц. Некоторые способы двоичного кодирования представлены на рис. 2.1.

Информацию, предназначенную для обработки на компьютере и представленную в виде двоичного кода, принято называть двоичными данными или просто данными. Одним из основных достоинств двоичных данных является то, что их копируют, хранят и передают с использованием одних и тех же универсальных методов, независимо от вида исходной информации.

Способы двоичного кодирования текстов, звуков (голоса, музыки), изображений (фотографий, иллюстраций), последовательностей изображений (кино и видео), а также трёхмерных объектов были придуманы в 80-х годах прошлого века. Позже мы рассмотрим способы двоичного кодирования числовой, текстовой, графической и звуковой информации более подробно. Теперь же главное - знать, что последовательностям 1 и 0 в компьютерном представлении соответствуют электрические сигналы - «включено» и «выключено». Компьютер называется электронным устройством , потому что он состоит из множества электронных компонентов, обрабатывающих эти сигналы.

Обработку данных компьютер проводит в соответствии с программой - последовательностью команд, которые необходимо выполнить над данными для решения поставленной задачи. Как и данные, программы представляются в компьютере в виде двоичного кода. Программно управляемым устройством компьютер называется потому, что его работа осуществляется под управлением установленных на нём программ. Это программный принцип работы компьютера .

Современные компьютеры бывают самыми разными: от мощных компьютерных систем, занимающих целые залы и обеспечивающих одновременную работу многих пользователей, до мини-компьютеров, помещающихся на ладони (рис. 2.2).

Сегодня самым распространённым видом компьютеров является персональный компьютер (ПК) - компьютер, предназначенный для работы одного человека.

Одним из важных объектов, изучаемых на уроках информатики, является компьютер, получивший своё название по основной функции - проведению вычислений (англ. «computer» - вычислитель).

Первый компьютер был создан в 1945 г. в США. Познакомиться с историей компьютеров вы можете, совершив виртуальное путешествие в музей вычислительной техники (например, в музей истории отечественных компьютеров, разработанный С. Тарховым). Обратите внимание, что для обозначения компьютерной техники 1940-1970-х годов часто используется аббревиатура ЭВМ (электронная вычислительная машина).

Универсальным устройством компьютер называется потому, что может применяться для многих целей - обрабатывать, хранить и передавать самую разнообразную информацию, использоваться человеком в разных видах деятельности.

Современные компьютеры могут обрабатывать разные виды информации: числа, текст, изображения, звуки. Информация любого вида представляется в компьютере в виде двоичного кода - последовательностей нулей и единиц. Некоторые способы двоичного кодирования представлены на рис. 2.1.

Рис. 2.1.
Примеры представления различных видов информации в виде двоичного кода

Способы двоичного кодирования текстов, звуков (голоса, музыки), изображений (фотографий, иллюстраций), последовательностей изображений (кино и видео), а также трёхмерных объектов были придуманы в 80-х годах прошлого века. Позже мы рассмотрим способы двоичного кодирования числовой, текстовой, графической и звуковой информации более подробно. Теперь же главное - знать, что последовательностям 1 и 0 в компьютерном представлении соответствуют электрические сигналы - «включено» и «выключено». Компьютер называется электронным устройством, потому что он состоит из множества электронных компонентов 1 , обрабатывающих эти сигналы.

1 Узнать об этом подробнее вы сможете в 10-11 классах.

Обработку данных компьютер проводит в соответствии с программой - последовательностью команд, которые необходимо выполнить над данными для решения поставленной задачи. Как и данные, программы представляются в компьютере в виде двоичного кода. Программно управляемым устройством компьютер называется потому, что его работа осуществляется под управлением установленных на нём программ. Это программный принцип работы компьютера.

Современные компьютеры бывают самыми разными: от мощных компьютерных систем, занимающих целый зал и обеспечивающих одновременную работу многих пользователей, до мини-компьютеров, помещающихся на ладони (рис. 2.2).

Рис. 2.2.
Многопользовательская компьютерная система и мини-компьютер

2.1.2. Устройства компьютера и их функции

Любой компьютер состоит из процессора, памяти, устройств ввода и вывода информации. Функции, выполняемые этими устройствами, в некотором смысле подобны функциям мыслящего человека (рис. 2.3). Но даже столь очевидное сходство не позволяет нам отождествлять человека с машиной хотя бы потому, что человек управляет своими действиями сам, а работа компьютера подчинена заложенной в него программе.

Рис. 2.3.
Аналогия между человеком и компьютером

Процессор

Центральным устройством компьютера является процессор. Он организует приём данных, считывание из памяти очередной команды, её анализ и выполнение, а также отправку результатов работы на требуемое устройство. Основными характеристиками процессора являются его тактовая частота и разрядность.

Процессор обрабатывает поступающие к нему электрические сигналы (импульсы). Промежуток времени между двумя последовательными электрическими импульсами называется тактом. На выполнение процессором каждой операции выделяется определённое количество тактов. Тактовая частота процессора равна количеству тактов обработки данных, которые процессор производит за 1 секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц) - миллионах тактов в секунду. Чем больше тактовая частота, тем быстрее работает компьютер. Тактовая частота современных процессоров уже превышает 1000 МГц = 1 ГГц (гигагерц). Промежуток времени между двумя последовательными электрическими импульсами называется тактом.

Разрядность процессора - это максимальная длина двоичного кода, который может обрабатываться или передаваться одновременно. Разрядность процессоров современных компьютеров достигает 64.

Память

Память компьютера предназначена для записи (приёма), хранения и выдачи данных. Представим её в виде листа в клетку. Тогда каждая клетка этого листа будет изображать бит памяти - наименьший элемент памяти компьютера. В каждой такой «клетке» может храниться одно из двух значений: нуль или единица. Один символ двухсимвольного алфавита, как известно, несёт один бит информации. Таким образом, в одном бите памяти содержится один бит информации.

Различают внутреннюю и внешнюю память.

Внутренней называется память, встроенная в компьютер и непосредственно управляемая процессором. Во внутренней памяти хранятся исполняемые в данный момент программы и оперативно необходимые для этого данные. Внутренняя память компьютера позволяет передавать процессору и принимать от него данные примерно с такой же скоростью, с какой процессор их обрабатывает. Поэтому внутренняя память иначе называется оперативной (быстрой). Объём оперативной памяти современных компьютеров достигает нескольких гигабайтов.

Электрические импульсы, в форме которых информация сохраняется в оперативной памяти, существуют только тогда, когда компьютер включён. После выключения компьютера вся информация, содержащаяся в оперативной памяти, теряется.

К внутренней памяти компьютера относится также ПЗУ - постоянное запоминающее устройтво. В нём хранится информация, необходимая для первоначальной загрузки компьютера в момент включения питания. После выключения компьютера информация в ПЗУ сохраняется.

Для долговременного хранения программ и данных предназначена внешняя (долговременная) память. Внешняя память позволяет сохранять огромные объёмы информации. Информация во внешней памяти после выключения компьютера сохраняется. Различают носители информации - магнитные и оптические диски, энергонезависимые электронные диски (карты flash-памяти и flash-диски) и накопители (дисководы) - устройства, обеспечивающие запись данных на носители и считывание данных с носителей. Жёсткий диск - устройство, совмещающее в себе накопитель (дисковод) и носитель (непосредственно диск).

При запуске пользователем некоторой программы, хранящейся во внешней памяти, она загружается в оперативную память и после этого начинает выполняться.

На сайте http://school-collection.edu.ru размещён анимационный ролик «Внутренняя память ЭВМ: оперативная память», иллюстрирующий информационный обмен между внешней и внутренней памятью.

Устройства ввода и вывода информации

Приложив значительные усилия, человек может представить текстовую, графическую, звуковую информацию в двоичном коде.

Значительно труднее человеку понять двоичный код. И совсем уже невозможно человеку понять информацию, представленную последовательностью электрических импульсов. Входящие в состав компьютера устройства ввода «переводят» информацию с языка человека на язык компьютера; устройства вывода «переводят» электрические импульсы в форму, доступную для человеческого восприятия. Примеры устройств ввода: клавиатура, мышь, микрофон. Примеры устройств вывода: монитор, принтер.

Различные устройства компьютера связаны между собой каналами передачи информации (рис. 2.4).

Рис. 2.4.
Схема информационных потоков в компьютере

Самое главное

Вопросы и задания

Почему современный компьютер называют универсальным электронным программно управляемым устройством?
В чём суть программного принципа работы компьютера?
Что такое двоичные данные? Что такое компьютерная программа?
Информация для человека - это знания (факты, правила), которыми он обладает. Что является информацией для компьютера?
Чем отличаются данные от программы? Что у них общего?
Какие возможности человека воспроизводит компьютер?
Перечислите основные виды устройств, входящих в состав компьютера.
Для чего предназначен процессор?
Какие два значения имеет слово «бит»? Как они связаны между собой?
Постройте граф, отражающий отношения между следующими объектами: «компьютер», «процессор», «память», «устройства ввода», «устройства вывода», «внутренняя память», «внешняя память», «оперативная память», «ПЗУ», «носитель информации», «накопитель».
Опишите с помощью схемы информационных потоков в компьютере (см. рис. 2.4) процесс обмена информацией между основными устройствами компьютера.
В сети Интернет найдите информацию о современных информационных носителях и заполните таблицу:

Уточните, каков объём оперативной памяти компьютера, к которому вы имеете доступ дома или в школе. Сколько страниц текста можно разместить в памяти этого компьютера (на странице размещается 40 строк по 60 символов в каждой строке, а для хранения одного символа требуется 8 битов)? Какой была бы высота такой стопки страниц, если высота стопки из 100 страниц равна 1 см?
На компакт-диске объёмом 600 Мбайт размещён фотоальбом, каждое фото в котором занимает 500 Кбайт. Сколько времени займёт просмотр всех фотографий, если на просмотр одной уходит 6 секунд?

Вот мы уже познакомились с устройством компьютера… Но так и не поняли главного – как именно он работает? На каком языке общается с человеком? Как удается ему понимать и обрабатывать столько разной информации – текст, картинки, звуки?

Человеку это удается просто – мы даже не задумываемся, как именно наш мозг справляется со всеми этими видами информации. Но ведь компьютер – не человек. Ни глаз, ни ушей у него нет, нет и мозга – в привычном нам значении этого слова. Думать, рассуждать компьютер не может. А значит, нужно как-то переводить все информацию, которую мы «скармливаем» нашему компьютеру, на понятный ему язык.

А понимает компьютер только один язык – цифровой! А в его азбуке нет букв – одни цифры – не зря же компьютерный язык называют еще и «цифровым». Да и цифр немного – всего две: 0 и 1.

Хорошая азбука, что и говорить! Такую даже первоклассник выучит за секунду… Да только мала - много ли слов составишь из ее «букв»?

Немного. Но для компьютера - вполне достаточно. «Слова» эти, в отличие от человеческого языка, одинаковы по длине, в каждом из них - ровно восемь знаков. И выглядят эти «слова» вот так:
10101000 10001111 10000110

Такая система счета называется «двоичной» - именно потому, что основана она всего на двух цифрах. Но благодаря ей можно описать все, что угодно: каждое двоичное «слово» может обозначать не только цифры, но и буквы…

Вот в бесконечный ряд этих «слов» и превращается вся информация, которая поступает в компьютер. И именно в таком виде она хранится и обрабатывается - а затем, когда это нужно человеку, снова превращается в привычные звуки, буквы, картинки…

Почему был выбран именно такой, не самый удобный и практичный «алфавит»? Причина проста: ведь вся информация в компьютере переносится электрическим током - точно так же, как кровь разносит кислород по всему нашему телу. А какой самый простой способ заставить ток передавать информацию? Либо дать ему доступ к какому-то важному участку, либо нет. Если сигнал есть - мы получаем единицу. Нет тока - понятное дело, перед нами ноль. Если бы мы захотели заложить в компьютерный алфавит большее количество сигналов, нам пришлось бы проделывать с электрическим током более сложные операции - например, постоянно менять напряжение. А так все удобно и просто - либо сигнал есть, либо его нет!

Конечно, двоичные числа иногда кажутся громоздкими – например, число 254 в двоичной системе выглядит так:
11111110

Но это только кажется. И вот тебе очень простой, но впечатляющий фокус для ваших знакомых. Как ты думаешь, сколько числе можно показывать с помощью пальцев рук? Тебе кажется – десять? А вот и не угадали: в двоичной системе с помощью десяти пальцев ты сможешь показать 1024 числа – любое число от 0 до 1023!
0 на двоичном языке – это 0000000000
1023 – 1111111111

Нетрудно догадаться, что двоичный «ноль» будет соответствовать согнутому пальцу, а единица-разогнутому!

Точно так же ты сможешь доказать, что число 4 и 100 – это одно и то же. И это правда – если число 4 принадлежит к нашей, десятичной системе, а 100 – к двоичной.

Для успешного «общения» с компьютером вредно воспринимать его как черный ящик, который вот-вот выдаст что-то неожиданное. Чтобы понимать реакцию компьютера на Ваши действия, нужно знать как он устроен и как работает .

В этом IT-уроке узнаем, как работает большинство вычислительных устройств (к которым относятся не только персональные компьютеры).

Что обрабатывает всю информацию в компьютере

Основная задача компьютера – обрабатывать информацию , то есть выполнять вычисления. Большую часть вычислений выполняет специальное устройство – . Это сложная микросхема, содержащая сотни миллионов элементов (транзисторов).

Что в данный момент времени делать процессору говорит программа, она указывает, какие данные необходимо обработать и что с ними нужно сделать.

Программы и данные загружаются с накопителя (жесткого диска).

Но жесткий диск – относительно медленное устройство , и если бы процессор ждал, пока будет считываться информация, а потом записываться после обработки обратно, то он бы долго оставался без дела.

Не оставим процессор без дела

Поэтому между процессором и жестким диском установили более быстрое запоминающее устройство – (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Это небольшая печатная плата, на которой находятся быстрые микросхемы памяти.

В оперативную память заранее считываются с жёсткого диска все необходимые программы и данные. Во время работы процессор обращается к оперативной памяти , считывает команды программы, которая говорит какие данные нужно взять и как именно их обработать.

При выключении компьютера содержимое оперативной памяти не сохраняется в ней (в отличие от жесткого диска).

Процесс обработки информации

Итак, теперь мы знаем, какие устройства участвуют в обработке информации. Посмотрим теперь на весь процесс вычислений.

Когда компьютер выключен, все программы и данные хранятся на жестком диске. При включении компьютера и запуске программы , происходит следующее:

Ввод и вывод информации

Чтобы компьютер получил информацию для обработки, её нужно ввести. Для этого используются устройства ввода данных :

Клавиатура (с помощью неё мы вводим текст и управляем компьютером);
Мышь (с помощью мыши мы управляем компьютером);
Сканер (заносим изображение в компьютер);
Микрофон (записываем звук) и т.д.

Для вывода результата обработки информации используются устройства вывода данных :

Монитор (выводим изображение на экран);
Принтер (выводим текст и изображение на бумагу);
Акустические системы или «колонки» (слушаем звуки и музыку);

Кроме того, мы можем вводить и выводить данные на другие устройства с помощью:

Внешних накопителей (с них мы копируем уже имеющиеся данные в компьютер):
- флэшка,
- компакт-диск (CD или DVD),
- переносной жесткий диск,
- дискета;

Компьютерной сети (получаем данные с других компьютеров через Интернет или городскую сеть).

Если в нашу схему добавить устройства ввода-вывода, то получится вот такая диаграмма:

То есть компьютер работает с ноликами и единичками , а когда информация поступает на устройство вывода, она переводится в привычные нам образы (изображение, звук).

Подводим итог

Итак, сегодня мы вместе с сайтом узнали, как работает компьютер . Если кратко, то компьютер получает данные с устройств ввода (клавиатура, мышь и т.д.), заносит их на жесткий диск, затем передает в оперативную память и обрабатывает с помощью процессора. Результат обработки возвращается сначала в оперативную память, затем либо на жесткий диск, либо сразу на устройства вывода (например, монитор).

Если появились вопросы, можно задать их в комментариях к этой статье.

Обо всех перечисленных в сегодняшнем уроке устройствах Вы можете узнать подробнее из последующих уроков на сайте IT-уроки. Чтобы не пропустить новые уроки – подпишитесь на новости сайта .

Копирование запрещено

Напомню, что на сайте IT-уроки есть постоянно обновляемые справочники:

Видео-дополнение

Сегодня небольшое познавательное видео о производстве процессоров.

P.S. В следующем уроке – Внешнее устройство компьютера , описание внешних разъемов, индикаторов и кнопок. Не пропустите!

Глава 1. Функции компьютера

Структура и функции компьютера, если рассматривать их на самом верхнем уровне абстракции, по существу довольно просты.

В самом общем смысле таких функций всего четыре:

Обработка данных;

Хранение данных;

Перемещение данных;

Управление.

На рис. 1.1 представлены базовые функции, которые выполняет компьютер.

ОПЕРАЦИОННАЯ СРЕДА (источники и приемники данных)

Рис. 1.1. Базовые функции компьютера

Компьютер, естественно, в первую очередь обязан обрабатывать данные , которые могут принимать самые разные формы, а диапазон выполняемых операций по их обработке также может быть очень широк. Однако, как будет показано ниже, все разнообразие операций может быть сведено к немногим базовым типам или методам обработки.

Существенное место занимает и функция хранения данных . Даже если компьютер обрабатывает данные на ходу, т.е. по мере их поступления из внешней среды, причем результат также немедленно отправляется получателю, компьютер должен обладать способностью, хотя бы временно, хранить промежуточные результаты и фрагменты данных, которые обрабатываются в текущий момент времени. Таким образом, компьютер должен выполнять функцию хранения данных хотя бы и на короткое время. Но в большинстве случаев этого недостаточно. От компьютера чаще всего требуется выполнение функции долговременного хранения данных, которые могут обрабатываться или обновляться по мере необходимости.

Компьютер должен также обладать способностью перемещать данные , причем в обе стороны, т.е. получать первичные данные из внешней среды и отправлять результаты обработки внешним абонентам. Среда, в которой "живет" компьютер, состоит из устройств, играющих либо роль источников данных, либо роль приемников информации. Процесс перемещения данных между компьютером и внешней средой принято называть процессом ввода-вывода , а устройства, входящие в состав операционной среды, - периферийными устройствами (или устройствами ввода-вывода). Когда данные передаются на большое расстояние, т.е. выполняется обмен данными с удаленными устройствами, этот процесс принято называть передачей данных .

И, наконец, все эти три функции должны выполняться в определенной последовательности, т.е. от компьютера требуется еще и выполнение функции управления . В конечном счете, функция управления, в основном, ложится на плечи того, кто снабжает компьютер последовательностью команд - программы. В самом же компьютере функция управления сводится к распределению ресурсов и "дирижированию" выполнением других функций в процессе выполнения команд, заданных программой.

На этом, самом общем, уровне анализа множество операций, выполняемых в компьютере, можно разделить на ограниченное число видов. На рис. 1.2 схематически показаны четыре основных вида операций.

Рис. 1.2. Основные типы операций в компьютере:

а - перемещения данных от одного абонента к другому;

б - хранение данных; в, г - преобразование данных.

Компьютер может работать как устройство перемещения данных от одного абонента к другому (рис.1.2,а), причем данные передаются без изменения смысла содержащейся в них информации.

Второй вариант - компьютер функционирует как устройство хранения данных (рис. 1.2,6), обеспечивая циркуляцию информации в обе стороны между периферийными устройствами и средствами выполнения функции хранения (т.е. данные записываются в компьютер или считываются из компьютера).

Последние два варианта включают обработку (преобразование) данных - преобразуемые данные либо извлекаются из хранилища, и туда же отправляются результаты (рис. 1.2,в), либо данные поступают из внешней среды, а результаты отправляются в хранилище (рис.1.2, г).

Приведенные рассуждения могут показаться слишком уж абстрактными, обобщенными настолько, что не имеют никакого практического применения. Но это не так - даже на верхнем уровне абстрагирования можно было бы более подробно дифференцировать его функции.

Возможности подстройки конфигурации компьютера под перечень выполняемых функций очень ограничены. Основная тому причина - компьютер по самой своей природе ориентирован на выполнение самых разнообразных задач, а потому практически вся его специализация проявляется на стадии программирования, а не на стадии проектирования.

На рис. 1.3 в самом общем виде представлен компьютер в его отношениях с внешним миром. Компьютер является объектом, способным некоторым образом взаимодействовать с внешней по отношению к нему средой через связи, которые можно разделить на две группы - связи с локальным периферийным оборудованием и связи для передачи данных на большое расстояние. В дальнейшем внимание, в основном, будет сосредоточено на внутренней структуре компьютера.