Технические средства информатизации


СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Серия основана в 2001 году







Л.Г. ГАГАРИНА




ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАТИЗАЦИИ



            УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ




Рекомендовано Научно-методическим советом Московского государственного института электронной техники (технического университета) в качестве учебного пособия для студентов среднего профессионального образования, обучающихся по специальностям «Информатика и вычислительная техника»






Электронно-




znanium.com

Москва
ИД «ФОРУМ» — ИНФРА-М
2019

УДК 004.2(075.32)
ББК 32.973-02я723

     Г12



      Рецензенты:
         кандидат технических наук, генеральный директор ОАО «ОТИК-групп» (Общероссийский технический информационный канал) Д.Б. Ломоносов;
         кандидат технических наук, доцент А.А. Петров (кафедра «Информационные технологии» филиала Санкт-Петербургского гуманитарного университета профсоюзов)

      Гагарина Л.Г.
Г12 Технические средства информатизации : учеб. пособие / Л.Г. Гагарина. — М. : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2019. — 255 с. — (Среднее профессиональное образование).
         ISBN 978-5-8199-0734-4 (ИД «ФОРУМ»)
         ISBN 978-5-16-013545-8 (ИНФРА-М, print)
         ISBN 978-5-16-106201-2 (ИНФРА-М, online)
         Приведена систематизация основных конструктивных элементов ЭВМ и средств вычислительной техники, объяснены принципы их работы и особенности функционирования. Рассмотрены методы модернизации и отладки. Отдельные главы посвящены вопросам совместимости, конфигурации и рационального использования оборудования.
         Для студентов, аспирантов, научных сотрудников, преподавателей высших учебных заведений, а также для тех, кто интересуется устройством персонального компьютера.


УДК 004.2(075.32)
ББК 32.973-02я723















ISBN 978-5-8199-0734-4 (ИД «ФОРУМ»)
ISBN 978-5-16-013545-8 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-106201-2 (ИНФРА-М, online)

© Гагарина Л.Г., 2016

                Предисловие







   В настоящее время компьютеризация и информатизация общества становятся все интенсивнее. Компьютеры как средство освобождения от рутинной работы появились не только в научно-исследовательских институтах и вузах, но и в школах, детских садах, в бухгалтерских подразделениях, у экономистов, методистов, секретарей. На протяжении последних лет средства информатизации существенно упрощают работу специалистов всех областей. Ключевым фактором на рынке труда все чаще является владение современными информационными технологиями.
   Предлагаемое пособие посвящено устройству компьютера, изучению его конструктивных особенностей и принципов функционирования.
   Основной текст пособия разбит на 7 глав, включающих богатый иллюстративный материал; для закрепления изложенного в конце каждой главы приведены контрольные вопросы.
   Глава 1 посвящена основам теории информации, а также определению основных понятий и детальной классификации средств информатизации с точки зрения выполняемых функций. В гл. 2 рассмотрена история развития ЭВМ и вычислительной техники в целом. Глава 3 знакомит с основными конструктивными элементами компьютера и принципами их работы. Глава 4 посвящена общей характеристике периферийных средств, особенностям их функционирования, а также дисковой подсистеме. В гл. 5 и 6 приведено подробное описание различных составляющих элементов компьютера: видеоподсистемы, звуковой подсистемы, устройств ввода и вывода информации; приведены примеры различных устройств, описан механизм их работы и практическое применение в различных предметных областях. В гл. 7 изложены особенности практического использования компонентов ЭВМ и рекомендации по оптимальной конфигурации и отладке оборудования.
   В качестве отличительной особенности данного учебного пособия следует отметить наглядность и простоту изложения мате-

Предисловие

риала. Содержание пособия служит не только образовательным целям, но и представляет практический интерес и может применяться в повседневной жизни.
    Учебное пособие предназначено в первую очередь студентам средних технических заведений, обучающимся по специальности «Автоматизированные системы обработки информации и управления (по отраслям)»; будет полезно преподавателям втузов, курсов повышения квалификации и центров сертификации.
    Автор выражает благодарность студентам-старшекурсникам кафедры «Информатика и программное обеспечение вычислительных систем» Московского института электронной техники А. И. Овчинниковой, О. В. Свойкиной, Я. О. Тепловой за техническую помощь в подготовке рукописи к изданию и верификацию материала.

                Список сокращений






ABM — аналоговые вычислительные машины
АЛУ      — арифметическо-логическое устройство
БП       — блок питания
BM       — вычислительная машина
ВТ       — вычислительная техника
ГВМ      — гибридные вычислительные машины
ЗУ       — запоминающие устройства
ИКТ      — информационно-коммуникативные технологии
ОЗУ      — оперативное запоминающее устройство
ОП       — оперативная память
ОС       — операционная система
ПЗУ      — постоянное запоминающее устройство
ПК       — персональный компьютер
ПО       — программное обеспечение
САПР     — системы автоматизированного проектирования
СУБД     — система управления базами данных
ТСИ      — технические средства информатизации
ЦВМ      — цифровые вычислительные машины
ЦП       — центральный процессор
ЭВМ      — электронная вычислительная машина
ЯВУ      — языки высокого уровня

                Глава 1 ИНФОРМАЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАТИЗАЦИИ








            1.1. Информация: основные определения и понятия


   Информационные потоки в обществе увеличиваются с каждым днем, и этот процесс носит лавинообразный характер. Развитие современного общества напрямую зависит от роста производительности труда, потребления и накопления информации во всех областях человеческой деятельности, и вообще, вся жизнь человека так или иначе связана с получением, накоплением и обработкой информации.
   За последнее столетие появилось множество предметных областей, которые почти на 100 % потребляют и производят информацию, например дизайн, создание программного обеспечения, реклама и др.
   По своему значению для развития общества информация приравнивается к важнейшим ресурсам наряду с сырьем и энергией. В развитых странах большинство населения сейчас занято не в сфере производства, а в сфере обслуживания и обработки информации, поэтому современную эпоху зачастую называют постиндустриальной.
   Вместе с тем можно отметить и новую тенденцию, заключающуюся во все большей информационной зависимости общества в целом и отдельного человека в частности. Именно поэтому в последнее время появились такие терминологические категории, как «информационная политика», «информационная безопасность», «информационная война» и т. д.
   Столь же ярко демонстрирует повышение роли информации в производственных процессах появление в XX в. такого поня

1.1. Информация: основные определения и понятия

7

тия, как «промышленный шпионаж». Объектом похищения становятся не материальные ценности, а чистая информация. Это обстоятельство подчеркивает, насколько важна информация для современного общества.
    Слово «информация» произошло от латинского слова informatio, что означает разъяснение, изложение какого-либо факта, события, явления. Существование множества определений термина «информация» обусловлено сложностью, специфичностью и многообразием информации, а также подходов к ее толкованию.
    В частности, согласно количественно-информационному подходу, предложенному американским ученым К. Шенноном, информация определяется как мера неопределенности (энтропия) события.
    В том случае, если рассматривать информацию как свойство материи, то ее содержат любые сообщения, воспринимаемые человеком или приборами. Сторонником этой концепции был в свое время академик В. М. Глушков, который считал, что информация как свойство материи создает представление о ней. Информация не может существовать вне материи, а значит, она существовала и будет существовать вечно — ее можно накапливать, хранить и перерабатывать.
    Существует и еще один подход — логико-семантический, в соответствии с которым информация трактуется как знание, причем не любое знание, а та его часть, которая используется для ориентировки, активного действия, для управления и самоуправления.
    В Федеральном законе № 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и защите информации» дано следующее определение: «Информация — сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явлениях и процессах независимо от формы их представления. Информация — набор символов, графических образов или звуковых сигналов, несущих определенную смысловую нагрузку».
    Разнообразие источников и потребителей информации привело к существованию различных форм ее представления: символьной, текстовой, численной, графической, звуковой и др.
    Символьная форма подразумевает использование символов — букв, цифр, знаков и т. д. Это наиболее простая форма применяется на практике только для передачи несложных сигналов о различных событиях.

Глава 1. Информация и технические средства информатизации

    Более сложной является текстовая форма представления информации. В ней также применяются символы, однако информация заложена не только в них, но и в их сочетании, порядке следования. Благодаря взаимосвязи символов и отображению речи, текстовая информация чрезвычайно удобна и широко распространена в деятельности человека (книги, брошюры, журналы, различного рода документы, аудиозаписи и т. д.).
    Наиболее емкой и сложной является графическая форма представления информации, к которой относятся фотографии, схемы, чертежи и рисунки.
    Во всем многообразии подходов к определению исследуемого понятия неизменным является тот факт, что информация не может существовать вне материи или, конкретнее, вне материального носителя. Материальным носителем информации может быть любой материальный объект, например, бумага, на которой написано сообщение, гибкий или жесткий магнитный диск с записанными данными, экран монитора, на котором отображаются данные, и т. д.
    Источником любой информации являются данные, которые накапливаются, систематизируются, обрабатываются и отображаются.
    К основным операциям с данными относятся:
    • накопление и систематизация;
    • представление;
    • обработка.
    Накопление и систематизация данных предполагают организацию такого размещения данных, которое обеспечивает быстрый поиск и отбор нужных сведений, обновление данных, их защиту от искажений и т. д.
    Представление данных заключается в их преобразовании в вид, удобный либо для последующей обработки, либо для пользователя (текст, иллюстрация, диаграмма, звук, видео и др.), либо для электронных вычислительных машин (ЭВМ).
    При обработке данных формируются новые виды данных на основе ранее накопленных; например, использование методов прогнозирования статистических данных события за прошедший период позволяет прогнозировать это же событие в будущем и т. д. Новые данные могут быть подвергнуты последующей обработке и принесут более глубокие, точные обобщения.

1.1. Информация: основные определения и понятия

9

   Бурное развитие информационных технологий связано с появлением специальных устройств, ориентированных на хранение и преобразование информации, — ЭВМ или компьютеров.
   Компьютеры используют цифровое (дискретное) представление данных на различных (магнитных, оптических и др.) носителях. Для этого первичные данные посредством технических и программных средств ЭВМ преобразуются в машинный код. Данные, представленные в ЭВМ, условно делятся на простые и сложные.
   К простым данным относятся числовые, символьные, бинарные, графические данные, а также звук и видео. К сложным данным относятся массивы и списки данных, разнотипные таблицы.
   Разные типы данных предполагают различные способы их преобразования. Например, числовые данные преобразуются арифметическими действиями (умножение, деление и др.), графические данные — путем изменения цвета, яркости или контрастности. Звук усиливают или ослабляют, замедляют или ускоряют и т. д.
   Элементарной единицей информации принято считать 1 бит — один символ двоичной системы счисления, который принимает два значения: ноль либо единица. Два символа двоичной системы позволяют закодировать уже четыре различных значения, три — восемь и т. д. Увеличение двоичной последовательности на один символ удваивает число бит данных. Для измерения объемов данных, хранимых в ЭВМ, используются единицы измерения, приведенные в табл. 1.1.
   Бит (Binary digiT, BIT) введен в 1946 г. американским ученым-статистиком Джоном Тьюки для обозначения одного двоичного разряда, принимающего значение 0 или 1. Байт (BinarY TErm, BYTE) обозначает одно двоичное восьмиразрядное слово.
   Первые приставки кило (kilo, k, 10³) — тысяча и мега (mega, m, 10⁶) — миллион появились в 1789 г. после Великой Французской революции с переходом на метрическую систему мер. После Второй мировой войны этот ряд приставок был продолжен и появились две следующие: гига (giga, G, 10⁹) — миллиард и тера (tera, T, 10¹²) — триллион. В 1975 г. Генеральная конференция мер и весов ввела еще две приставки: пета (peta, P, 10¹⁵) — квадриллион и экза (exa, E, 10¹⁸) — квинтиллион. В последнем издании Британской энциклопедии упоминаются еще две приставки: зетта (zetta, Z, 10²¹) — секстиллион и йотта (yotta, Y, 10²⁴) — септиллион.

Глава 1. Информация и технические средства информатизации

Таблица 1.1. Информационная емкость двоичных чисел

Количество Информационная   Название    Примерный объем 
 символов     емкость                   печатного текста
    1           1 Б            Бит            ---       
    8          256 Бт         Байт         Одна буква   
    10        1024 Кб     Килобайт, Кб    0,5 страницы  
    20        1024 Кб     Мегабайт, Мб    500 страниц   
    30        1024 Мб     Гигабайт, Гб     1000 книг    
    40        1024 Гб     Терабайт, Тб     1 млн книг   
    50        1024 Тб     Петабайт, Пб        ---       
    60        1024 Пб     Экзабайт, Эб        ---       
    70        1024 Эб     Зеттабайт, Зб       ---       
    80        1024 Эб     Йоттабайт, Йб       ---       

    Изначально приставки предназначались для обозначения единиц измерения физических параметров в системе СИ; в настоящее время приставки используют для единиц измерения информации.
    Следует отметить, что в информатике общепринятый смысл приставок «кило», «мега» и др. трансформируется, поскольку соответствует увеличению не в 1000, а в 1024 раза (табл. 1.2).

Таблица 1.2. Соответствие единиц измерения объемам данных

Название  Двоичное слово       Объем данных, байт      
Килобайт       210                    1024             
Мегабайт       220                 1 048 576           
Гигабайт       230               1 073 741 824         
Терабайт       240             1 099 511 627 776       
Петабайт       250           1 125 899 906 842 624     
Экзабайт       260         1 152 921 504 606 846 976   
Зеттабайт      270       1 180 591 620 717 411 303 424 
Йоттабайт      280       12 089 281 614 629 174 706 176