ТЕМА 3. ІНФОРМАЦІЙНА СИСТЕМА УРОК 1 СТРУКТУРА ІНФОРМАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ Магістрально-модульний принцип побудови комп'ютера Упродовж всієї історії людства невпинно зростав загальний обсяг інформації, яку людині треба зберігати та опрацьовувати. Вважається, що в наш час обсяг інформації подвоюється приблизно кожні десять років. Робота з таким об'ємом інформації неможлива без різноманітних автоматичних пристроїв, головну роль серед яких відіграє комп'ютер.Комп'ютер — це електронний пристрій для програмованої обробки інформації. Слово «комп'ютер» до нас надійшло з англійської мови (computer — обчислювач, тобто пристрій, який виконує обчислення). Спершу комп'ютери призначалися для автоматичного розв'язання математичних задач, їх називали «електронно-обчислювальними машинами», скорочено ЕОМ. Але з розвитком технічних засобів комп'ютер став не тільки обчислювальною машиною. У сучасному розумінні комп'ютер призначений для опрацювання, зберігання інформації будь-якого типу. Це зумовило широке використання комп'ютерів в усіх, без винятку, галузях діяльності людини. Нині існує величезна кількість модифікацій комп'ютерів, які відрізняються розмірами (від сірникової коробки до багатоповерхового будинку), швидкістю опрацювання інформації, призначенням тощо. Але всі комп'ютери мають спільні принципи побудови та функціонування. Базову структуру комп'ютера та принципи його функціонування було описано Джоном фон Нейманом 1945 року. За фон Нейманом універсальна обчислювальна машина має складатися з таких базових компонентів: • арифметико-логічний пристрій, який виконує арифметичні та логічні операції; • пристрій управління, який організує процес виконання програм; • запам'ятовуючий пристрій (або просто пам'ять) для збереження програм та даних; • зовнішні пристрої для забезпечення введення та виведення даних. У процесі розвитку комп'ютерної техніки відбулися зміни у структурі та організації комп'ютера. Так, арифметико-логічний пристрій і при- стрій управління поєднано в один пристрій -процесор (від англ. processing — обробка). Загальна схема сучасного комп'ютера має такий вигляд:Структура сучасного комп'ютера називається також магістрально-модульною.Магістраль (або системна шина) — це набір електронних ліній, які забезпечують зв'язок між компонентами комп'ютера. По магістралі передаються управляючі сигнали та дані від одних пристроїв до інших. Згідно з модульним принципом склад пристроїв комп'ютера дозволяється змінювати. До магістралі можуть підключатись додаткові периферійні пристрої, деякі моделі пристроїв -замінюватися на інші. Принципи функціонування комп'ютера За фон Нейманом робота комп'ютера ґрунтується на двох принципах: • двійкового кодування команд та даних; • програмного управління. Згідно з принципом двійкового кодування всі дані і програми їх опрацювання представлені двійковими кодами.Принцип програмного управління передбачає, що всі дії комп'ютера виконуються за програмою, яка зберігається в його пам'яті. Запам'ятовуючий пристрій зберігає як саму програму, так і дані, які вона опрацьовує — вхідні, поточні і вихідні. Отже, пам'ять комп'ютера є єдиною для програм і даних. Пам'ять складається з певної кількості однакових комірок, які є однаково доступними для інших пристроїв комп'ютера у довільний момент часу. Така організація пам'яті називається лінійною. Комірки пам'яті послідовно пронумеровані. Щоб дістати доступ до вмісту комірки, достатньо вказати її номер, який називається адресою комірки.ТЕМА 3. ІНФОРМАЦІЙНА СИСТЕМА^ УРОК 3 ВИДИ КОМП'ЮТЕРІВ Серед сучасних можна виділити три групи комп'ютерів, різних за призначенням: супер-ЕОМ, міні-ЕОМ та персональні комп'ютери.Супер-ЕОМ мають високу продуктивність, тому на їх базі створюють обчислювальні центри, в які входять тисячі окремих комп'ютерів. Супер-ЕОМ використовуються для розв'язання складних науково-технічних завдань, які вимагають швидкої обробки великої кількості інформації, їх застосовують при прогнозуванні погоди, проектуванні авіаційної та космічної техніки, у ядерних дослідженнях.Міні-ЕОМ звичайно застосовуються для керування виробничими процесами: верстатами з програмним управлінням, конвеєрами тощо.Персональний комп'ютер (скорочено ПК) призначений для роботи однієї людини. Розрізняють такі класи ПК: настільні, портативні та робочі станції. Більшість комп'ютерів, які використовуються у побуті, є настільними. Вони спроектовані з урахуванням розмірів звичайного робочого столу. Ці ж комп'ютери використовують для роботи у локальних та глобальних мережах. Портативні комп'ютери мають вбудовані екран та клавіатуру, що дозволяє легко їх транспортувати. Робочі станції створюються для вирішення завдань наукових досліджень та організації науково-технічних експериментів певної галузі. Для цього комп'ютер комплектують потужним процесором, додатковими блоками пам'яті, іншими зовнішніми пристроями. Серед персональних комп'ютерів розрізняють сімейства, тобто групи комп'ютерів, що мають однакову або схожу будову (архітектуру): • ^ IBM-сумісні комп'ютери — сімейство персональних комп'ютерів, що мають архітектуру, схожу з комп'ютерами, виробленими фірмою IBM; • комп'ютери Macintosh — сімейство комп'ютерів, що випускаються корпорацією Apple Computer Inc. Вони є поширеними у закордонних навчальних закладах і видавничих фірмах. Технологія виробництва комп'ютерів Macintosh не розкривається; • комп'ютери Amiga — сімейство персональних комп'ютерів на базі процесорів фірми Motorolla, які мають високі графічні та звукові характеристики. Часто їх застосовують для комп'ютерних ігор. Перша група охоплює близько 80 відсотків всіх персональних комп'ютерів у світі. Далі буде розглянуто архітектуру IBM-сумісних комп'ютерів,Апаратна та програмна складові інформаційної системи Для опрацювання інформації потрібні певний набір технічних пристроїв (апаратна складова) і програми (програмна складова), які будуть керувати роботою цих пристроїв. Сукупність програмної і апаратної складової називають інформаційною системою. Традиційно апаратну складову, на відміну від програмної, називають жорсткою, незмінною частиною системи. Звідси походить і назва hardware (hard — твердий, ware — виріб). Для певного типу комп'ютера створюються різноманітні програми для реалізації потреб користувачів. Програми постійно змінюються, поновлюються, удосконалюються, розширюються їх можливості. Програмне забезпечення вважається більш гнучкою, «м'якою» складовою і називається software (soft — м'який, ware — виріб). Апаратна складова IBM-сумісного персонального комп'ютера звичайно складається з двох основних частин:системного блоку;периферії, тобто пристроїв введення і виведення інформації. У настільному комп'ютері системний блок та периферійні пристрої (монітор, клавіатура, маніпулятор «миша») є окремими частинами комп'ютера. Портативний варіант побудови персонального комп'ютера передбачає поєднання всіх пристроїв у єдину конструкцію. Серед портативних розрізняються «блокнотна» конструкція, або «ноутбук» (від англ. notebook — блокнот); наколінна конструкція, або «лептоп» (від англ. lap — коліно, top — вершина); комп'ютер, що розміщується на долоні, або «палмтоп» (від англ. palm — долоня). До складу системного блоку обов'язково входять:центральний процесор, який обробляє інформацію та керує процесом виконання програм;оперативна пам'ять, у якій зберігаються команди і проміжні результати;системна шина (або магістраль) — набір електричних провідників, який забезпечує обмін інформацією між окремими елементами комп'ютера. До системної шини через спеціальні, електронні схеми, які називаються адаптерами та контролерами, приєднуються всі зовнішні пристрої та пристрої пам'яті;системна (або материнська) плата, на якій розміщуються центральний процесор, оперативна пам'ять, системна шина, адаптери та контролери. Крім того, у системному блоці розташовано блок живлення, який подає струм на електронні схеми комп'ютера, а також може бути встановлено нагромаджувані на магнітних дисках.ТЕМА 3. ІНФОРМАЦІЙНА СИСТЕМА^ УРОК 4 ПРОЦЕСОР Центральний процесор (CPU — Central Processing Unit) — це пристрій комп'ютера, призначений для виконання дій, пов'язаних з опрацюванням інформації. Процесор — це невелика електронна схема напівпровідникового кристала (або декількох), на якій розміщено сотні тисяч транзисторів. Пластинка разом із транзисторами вмонтовується у маленький плоский корпус, який називається мікропроцесором. Центральний процесор складається з ариф-метико-логічного пристрою та пристрою управління.Пристрій управління призначений для управління всіма пристроями комп'ютера згідно з командами програми.Арифметико-логічний пристрій призначений для виконання операцій згідно з командами програми. Процесор має власну невелику пам'ять швидкого доступу, елементи якої називаються регістрами. В них містяться команда, яка виконується у поточний час, дані, над якими вона виконується, і результат виконання команди. Ця пам'ять короткочасна і зберігає інформацію лише на час виконання команди. Кількість біт, з яких складаються регістри, називається розрядністю процесора. Від розрядності процесора значною мірою залежать можливості комп'ютера: зі збільшенням розрядності скоріше відбувається обмін даними і швидше працює комп'ютер. Центральний процесор характеризується також тактовою частотою. Тактова частота визначає кількість елементарних операцій, які центральний процесор виконує за 1 секунду і вимірюється у мегагерцах (МГц) та гігагерцах (ГГц). Чим більша тактова частота, тим швидше працює комп'ютер.^ ЗАПАМ'ЯТОВУЮЧІ ПРИСТРОЇ КОМП'ЮТЕРА ВНУТРІШНЯ ПАМ'ЯТЬПам'ять комп'ютера — це пристрій, призначений для зберігання інформації. Всю пам'ять комп'ютера можна розділити на внутрішню та зовнішню.Внутрішня пам'ять виготовляється у вигляді мікросхем, її призначення — це забезпечення роботи комп'ютера. Користувач не може зберігати власну інформацію у внутрішній па- м'яті. До внутрішньої пам'яті належать: оперативна пам'ять, постійний запам'ятовуючий пристрій та кеш-пам'ять.^ В оперативній пам'яті (RAM, від англ. Random Access Memory — пам'ять з довільним доступом) зберігаються програми і дані, з якими працює процесор у поточний момент. Ця пам'ять працює порівняно швидко, звідси походить і назва — «оперативна». Оперативна пам'ять є тимчасовою — всі дані, що містяться у комірках оперативної пам'яті, зберігаються тільки упродовж того часу, поки комп'ютер включений. При виключенні комп'ютера вміст пам'яті зникає. Сучасні комп'ютери мають оперативну пам'ять обсягом від 16 Мб до 1Гб і більше.Постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗП, англ. ROM, від Read Only Memory — пам'ять тільки для читання) призначається для постійного збереження інформації, яка записується один раз у заводських умовах. Користувач не має доступу до комірок постійної пам'яті і не може змінити її вміст. Саме у ПЗП містяться перші команди для процесора, за якими той починає роботу. До складу ПЗП входить комплект програм під назвою BIOS (Basic Input-Output System — базова система введення-виведення), який ще називають напівпостійним запам'ятовуючим пристроєм. Вміст пам'яті BIOS підтримується спеціальним акумулятором. BIOS містить установки поточної конфігурації комп'ютера: наявність та типи деяких пристроїв, поточний час тощо. Користувач має доступ до BIOS та може змінювати його установки.Кеш-пам'ять має ті ж самі функції, що й оперативна, та призначається для тимчасового зберігання саме тих програм і даних, які найчастіше використовуються. Час доступу до вмісту кеш-пам'яті у декілька разів менший, ніж до вмісту оперативної пам'яті. Сучасні комп'ютери мають кеш-пам'ять обсягом від 128 Кб до 1Гб і більше.^ ЗОВНІШНЯ ПАМ'ЯТЬЗовнішня пам'ять призначена для тривалого зберігання інформації і даних. Інформація в зовнішній пам'яті зберігається при виключеному комп'ютері. Пристрої зовнішньої пам'яті характеризуються такими показниками: обсяг пам'яті, час доступу до інформації, тобто швидкість запису та зчитування даних, надійність збереження інформації. Пристрої зовнішньої пам'яті називаються нагромаджувачами. Нагромаджувачі складаються з двох частин: • носій — це пристрій, на якому зберігається інформація; • привод — це пристрій, призначений для зчитування інформації з носія та (інколи) запису інформації на носій. Нині існує два основних види нагромаджува-чів: нагромаджувачі на магнітній стрічці та дискові нагромаджувачі.Нагромаджувачі на магнітній стрічці влаштовані таким чином, що прочитати інформацію з комірки пам'яті стрічки можна тільки після зчитування інформації з попередніх комірок. Цей спосіб зчитування інформації називається поступовим доступом. Дискові нагромаджувачі мають довільний доступ, тобто зчитувати з них інформацію можна в будь-якому порядку. Майже всі сучасні нагромаджувачі є саме дисковими нагромаджувачами. У дискових нагромаджувачах інформація записується на концентричні кільця, які називаються доріжками. Радіуси, проведені з центра диска, розділяють доріжки на сектори. Кожна доріжка має свій номер (починаючи з 0), всі сектори, розміщені на різних доріжках між двома сусідніми радіусами, мають однаковий номер. Всі сектори розраховані на запис однакового обсягу інформації (звичайно 512 байтів). Запис та зчитування інформації на дискових нагромаджувачах виконується посекторно, тобто інформація передається відразу з цілого сектора. Нагромаджувач на гнучкіше магнітних дисках (НГМД) призначається для перенесення невеликих об'ємів інформації між різними комп'ютерами. Привод НГМД називається дисководом і вмонтовується в системний блок. Носієм НГМД є гнучкий диск (floppy disk), або скорочено дискета. Звичайно використовуються дискети розміром 3,5 дюйма (3,5"= 89 мм), інформація в них записується на одну пластину з магнітним покриттям. Гнучкі магнітні диски можуть мати позначення DS, DD або HD: DS (від англ. double sided) — двостороння дискета із записом на обох поверхнях, DD — (від англ, double density) — дискета з подвійною щільністю запису; HD — (від англ. high density) — дискета з високою щільністю запису. Стандартна ємність дискет 3,5" — 1,44 Мб та 2,88 Мб. Час життя дискети при інтенсивному використанні звичайно не більше року. Нагромаджувач на жорсткому магнітному диску (англ, hard disk), або «вінчестер», призначений для постійного збереження інформації, яка використовується при роботі з комп'ютером.. Носій вінчестера — це кілька твердих круглих пластин, які закріплюються на одному стержні й розташовуються у герметичному корпусі. Корпус вмонтовується в системний блок. Привод вінчестера також розташований в цьому ж корпусі. Ємність сучасних вінчестерів -- від 1,2 Гб .до 100 Гб і більше. Швидкість запису та зчитування інформації з вінчестера у тисячі разів вища, ніж з гнучких дисків. Час життя вінчестера при інтенсивному використанні, як правило, складає 4-5 років.^ Zip-, Jaz-диски за функціями та принципами побудови подібні до гнучких дисків. Працювати з ними так само просто, як зі звичайними дисками, але вони значно надійніші у роботі. Такі дискети можуть містити до 250 Мб (Zip-диски) і до 2 Гб (Jaz-диски) інформації.Стример записує інформацію великими блоками, безперервним потоком (звідси і назва: англ. stream — потік). Головною його перевагою є можливість швидкого та надійного зберігання великих об'ємів інформації. Касети для стримера випускаються місткістю від 60 Мб до 4 Гб.Нагромаджувачі на лазерних (оптичних) дисках (НЛД) призначені для тривалого зберігання інформації середнього обсягу. Носій НЛД (його часто називають компакт-диском) має вигляд платівки діаметром приблизно 12 сантиметрів. Звичайні компакт-диски можуть зберігати до 650 Мб інформації. Швидкість запису та зчитування інформації з компакт-дисків значно вища, ніж з гнучких дисків, але нижча, ніж з вінчестерів. Вважається, що компакт-диски мають високу надійність збереження інформації. Існують такі різновиди компакт-дисків: CD-ROM, CD-R та CD-RW. Для кожного виду компакт-дисків існує відповідний привод.CD-ROM (від Compact Disk-Read Only Memory — компакт-диск-пам'ять тільки для читання). Інформація на такі диски записується за допомогою спеціальної заводської апаратури та не може змінюватись.CD-R (Compact Disk Recordable — компакт-диск для запису). Інформацію можна записати лише один раз.CD-RW (Compact Disk—Rewritable — компакт-диск, який можна перезаписувати). Інформацію можна записати багато разів (до 1000).Цифрові диски DVD (Digital Versatile Disk — цифровий диск) призначені для зберігання великих об'ємів інформації (до 17 Гб). DVD по суті є вдосконаленням CD-ROM.