Основы информатики и компьютерных технологий (стр. 3 )

·  накопители на гибких магнитных дисках (дискетах) – НГМД, в настоящее время используются стандартные дискеты высокой плотности диаметром 3,5 дюйма (89 мм). Они маркируются буквами HD (High Density);

·  накопители на флоппи дисках (flopical-накопители), смешанные магнитооптические дисковые накопители с очень высокой плотностью записи, в которых для более точного позиционирования магнитной головки используется лазерный луч;

·  накопители сверхвысокой плотности записи, VHD-накопители Zip-диски по размеру незначительно превышают стандартные гибкие диски, их емкость 100/250 Мбайт, основные недостатки – это требование наличия специальных дисководов, отсутствие совместимости со стандартными трехдюймовыми дискетами.

·  накопители на оптических компакт-дисках, например CD ROM (Compact Disk Read Only Memory) не перезаписываемые лазерно-оптические диски, они поставляются фирмой-изготовителем с уже записанной информацией, срок хранения которой прогнозируется около 50 лет;

·  накопители на оптических дисках CD WORM (Continuous Composite Write Once Read Many), перезаписываемые лазерно-оптические диски с однократной или многократной записью.

·  накопители на оптических дисках DVD не перезаписываемые и перезаписываемые, основное отличие от CD дисков в том, что при записи используется лазер с меньшей длиной волны. Это позволило существенно увеличить плотность записи, кроме того, DVD подразумевает возможность двухслойной записи информации, то есть на поверхности компакта расположен один слой, поверх которого наносится еще один, полупрозрачный, и первый считывается сквозь второй параллельно. В зависимости от количества слоёв и того используется одна сторона диска или обе, различается пять разновидностей DVD-дисков ёмкостью от 2 до 8 часов видеозаписи;

·  накопители на магнитооптических дисках (НМОД), они лишены недостатков обычных оптических компакт-дисков, на них можно записывать огромные объемы информации и считывать ее быстрее, чем с оптических.

Таблица 6 - Характеристики внешних запоминающих устройств.

Тип памяти или накопителя	Емкость, Мбайт	Время доступа, мс
НЖМД - винчестер	Г	5-20
НГИД - дискеты	1,2 1,44	65-100
Флоппи диски	20.8	65
VHD (Zip-диски)	100-250	65
CD ROM		15-150
CD WORM		15-150
DVD однослойный диск	4,7 Г - 8,5 Г	15-300
DVD двухслойный диск	8,5 Г - 17 Г	15-300
НМОД (магнитооптические диски)		15-150
Флэш-память (твердотельные накопители)	512 Мбайт, 1-8

б). Флэш-память - твердотельные накопители достаточно большой ёмкости (1Г, 2Г,….8Г).

в). Стримеры – это накопители на магнитной ленте. Их отличие – малая стоимость. Недостатками является малая производительность (это устройство последовательного доступа), недостаточная надежность (ленты испытывают механические нагрузки и могут физически выходить из строя), емкость магнитных кассет (картриджей) для стримеров составляет несколько сот Мбайт, при повышении плотности записи снижается надежность хранения, при увеличении длины ленты увеличивается время доступа к информации.

2.4.  Устройства ввода/вывода данных, данных, их разновидности

Клавиатура является основным устройством ввода данных. Клавиатуры, имеющие специальную форму, рассчитанную с учетом требований эргономики, называются эргономичными клавиатурами. Такие клавиатуры предназначены для ввода большого количества знаковой информации. Стандартные клавиатуры – далеки от оптимальной. По методу подключения клавиатуры к системному блоку бывают проводные и беспроводные. В беспроводных клавиатурах передача информации осуществляется инфракрасным лучом.

К устройствам командного управления принадлежат: обычная мышь, трекбол, пенмаус, инфракрасная мышь, а также джойстики.

Трекбол – его шарик приводится в движение ладонью руки, он не требует гладкой поверхности, поэтому устанавливается стационарно, в основном в портативных ПК.

Пенмаус – является аналогом шариковой ручки, на конце которой вместо пишущего узла установлен узел, регистрирующий величину перемещения.

Инфракрасная мышь – отличается от обычной наличием беспроводной связи с системным блоком.

Джойстики – используются для компьютерных игр. Они являются манипуляторами рычажно-нажимного типа. Аналогично им существуют: джойпады, геймпады и штурвально-педальные устройства. Такие устройства подключаются к специальному порту на звуковой карте или к USB порту.

К устройствам ввода графической информации относятся: сканеры, графические планшеты (дигитайзеры). С помощью сканеров можно вводить и знаковую информацию, исходный материал вводится в графическом виде, затем обрабатывается программами распознавания образов. Сканеры бывают: планшетные, ручные, барабанные, сканеры форм, штрих-сканеры.

а). Планшетные сканеры – предназначены для ввода графической информации с прозрачного или непрозрачного листового материала. Принцип действия таких сканеров заключается в том, что луч света, отраженный от поверхности материала или прошедший через него фиксируется специальными элементами, называемыми приборами с зарядовой связью (ПЗС). Обычно элементы ПЗС конструктивно оформляются виде линейки, располагаемой по ширине исходного материала. Основные потребительские параметры планшетных сканеров:

·  Разрешающая способность зависит от плотности размещения приборов ПЗС на линейке, от точности позиционирования при сканировании. Для офисных dpi (dots per inch – количество точек на дюйм). Для профессионального применения - dpi.

·  Производительность – определяется продолжительностью сканирования листа бумаги и зависит от формата, механической части устройства и от типа интерфейса.

·  Динамический диапазон – определяется логарифмом отношения яркости наиболее светлых участков изображения к яркости наиболее темных участков. Для офисного применения 1,8-2,0 и для профессионального – от 2,5 для непрозрачных материалов и до 3,0 для прозрачных материалов.

б). Ручные сканеры. Принцип действия ручных сканеров соответствует планшетным сканерам. Разница заключается в том, что протягивание линейки ПЗС выполняется вручную. Равномерность и точность сканирования при этом неудовлетворительная. Разрешающая способность составляет 150-300 dpi.

в). Барабанные сканеры. Исходный материал закрепляется на цилиндрической поверхности барабана, вращающегося с высокой скоростью. Устройство такого типа обеспечивает наивысшее разрешение ( dpi) благодаря применению не ПЗС, а фотоэлектронных умножителей. Используется для сканирования исходных изображений высокого качества.

г). Сканеры форм. Используется для сканирования форм, заполненных от руки (при переписи населения, обработки выборов и т. п.). Не требуется высокого качества сканирования, основной параметр – быстродействие.

д). Штрих-сканеры. Это разновидность ручных сканеров используется для чтения и ввода информации со штрих-кода. Используются в розничной торговле.

Графические планшеты (дигитайзеры) – предназначены для ввода художественной графической информации. Принцип действия графических планшетов – это фиксация перемещения специального пера относительно планшета. Устройства используют художники, иллюстраторы, поскольку позволяют им создавать экранные изображения привычными приемами, наработанными для традиционных инструментов (кисть, карандаш, перо).

В качестве устройства вывода данных, дополнительно к монитору, использую печатные устройства – принтеры, позволяющие получать копии документов на бумаге или прозрачном носителе. По принципу действия различают: матричные, струйные, лазерные и светодиодные принтеры.

а). Матричные принтеры - простейшее печатное устройство. Данные выводятся на бумагу в виде оттиска, образующегося при ударе цилиндрических стержней («иголок») через красящую ленту. Качество таких принтеров зависит от количества иголок в печатной головке. Самые распространенные 9-игольчатые и 24- игольчатые. Производительность работы матричных принтеров оценивается по количеству печатных знаков в секунду.

б). Лазерные принтеры – обеспечивают высокое качество печати, отличаются высокой скоростью печати, которая измеряется страницами в минуту. Изображение формируется из отдельных точек. Принцип действия лазерных принтеров следующий:

·В соответствии с поступающими данными лазерная головка испускает световые импульсы, которые отражаются от зеркала и попадают на поверхность барабана;

·Горизонтальная развертка изображения выполняется вращением зеркала;

·Участки поверхности светочувствительного барабана, получившие световой импульс, приобретают статический заряд;

·Барабан при вращении проходит через контейнер, наполненный красящим составом (тонером), и тонер закрепляется на участках, имеющих статический заряд;

·При дальнейшем вращении барабана происходит контакт его поверхности с бумажным листом, в результате чего происходит перенос тонера на бумагу;

·Лист бумаги с нанесенным не него тонером протягивается через нагревательный элемент, в результате чего происходит спекание и закрепления частиц тонера.

К расходным материалам относятся тонер и барабан.

в). Светодиодные принтеры – имеют такой же принцип действия, как и лазерные принтеры. Разница заключается в том, что источником света является не лазерная головка, а линейки светодиодов, которая расположена по всей ширине печатаемой страницы, при этом отпадает необходимость в механизме формирования горизонтальной развертки. Величина разрешения светодиодных принтеров составляет порядка 600 dpi.

г). Струйные принтеры – изображение формируется из пятен, образующихся при попадании капель красителя на бумагу. Выброс капель происходит под давление, которое развивается в печатной головке за счет преобразования. В некоторых моделях капля выбрасывается щелчком в результате пьезоэлектрического эффекта. Качество печати зависит от формы капли и ее размера, а также от характера впитывания жидкого красителя поверхностью бумаги. Особую роль играют вязкостные свойства красителя и бумаги. Положительные свойства струйных принтеров – это небольшое количество движущихся механических частей, простота и надежность в эксплуатации, низкая стоимость. Основным недостатком – нестабильность получаемого разрешения, частая замена картриджей.

Модем – это устройство для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи. Под каналом связи понимают физические линии (проводные, оптоволоконные, кабельные, радиочастотные), способ их использования (коммутируемые и выделенные), способ передачи данных (цифровые и аналоговые сигналы). В зависимости от типа канала связи устройства приема-передачи подразделяются на радиомодемы, кабельные и прочие. Самое широкое применение нашли модемы, ориентированные на подключение к телефонным каналам связи.

К основным потребительским параметрам модемов относятся:

·производительность (бит/с), от нее зависит объем данных в единицу времени, максимальная скорость передачи (пропускная способность) измеряется в бодах, современные модемы работают на скоростях от 14400 до 57600 бод;

·поддерживаемые протоколы связи и коррекции ошибок, от этого зависит эффективность взаимодействия модема с сопредельными модемами;

·шинный интерфейс, если модем внутренний (ISA ил PCI), от шинного интерфейса зависит простота установки и настройки, а также производительность.

2.5.  Перспективы развития вычислительных средств

Появление новых поколений ЭВМ обусловлено расширением сферы их применения, требующей более производительной, дешевой и надежной вычислительной техники. В настоящее время стремление к реализации новых потребительских свойств ЭВМ стимулирует работы по созданию машин пятого и последующего поколений. Вычислительные средства пятого поколения, кроме более высокой производительности и надежности при более низкой стоимости, обеспечиваемых новейшими электронными технологиями, должны удовлетворять качественно новым функциональным требованиям:

·  работать с базами знаний в различных предметных областях и организовывать на их основе системы искусственного интеллекта;

·  обеспечивать простоту применения ЭВМ путем реализации эффективных систем ввода-вывода информации голосом, диалоговой обработки информации с использованием естественных языков, устройств распознавания речи и изображения;

·  упрощать процесс создания программных средств путем автоматизации синтеза программ.

В настоящее время ведутся интенсивные работы как по созданию ЭВМ пятого поколения как традиционной (неймановской) архитектуры, так и по созданию и апробации перспективных архитектур и схемотехнических решений. На формальном и прикладном уровнях исследуются архитектуры на основе параллельных абстрактных вычислителей (матричные и клеточные процессоры, систолические структуры, однородные вычислительные структуры, нейронные сети и др.). Развитие вычислительной техники с высоким параллелизмом во многом определяется элементной базой, степенью развития параллельного программного обеспечения и методологией распараллеливания алгоритмов решаемых задач.

Проблема создания эффективных систем параллельного программирования, ориентированных на высокоуровневое распараллеливание алгоритмов вычислений и обработки данных, представляется достаточно сложной и предполагает дифференцированный подход с учетом сложности распараллеливания и необходимости синхронизации процессов во времени.

Наряду с развитием архитектурных и системотехнических решений ведутся работы по совершенствованию технологий производства интегральных схем и по созданию принципиально новых элементных баз, основанных на оптоэлектронных и оптических принципах.

В плане создания принципиально новых архитектур вычислительных средств большое внимание уделяется проектам нейрокомпьютеров, базирующихся на понятии нейронной сети (структуры на формальных нейронах), моделирующей основные свойства реальных нейронов. В случае применения био - или опто - элементов могут быть созданы соответственно биологические или оптические нейрокомпьютеры. Многие исследователи считают, что в следующем веке нейрокомпьютеры в значительной степени вытеснят современные ЭВМ, используемые для решения трудно формализуемых задач. Последние достижения в микроэлектронике и разработка элементной базы на основе биотехнологий дают возможность прогнозировать создание биокомпьютеров.

Важным направлением развития вычислительных средств пятого и последующих поколений является интеллектуализация ЭВМ, связанная с наделением ее элементами интеллекта, интеллектуализацией интерфейса с пользователем и др. Работа в данном направлении, затрагивая, в первую очередь, программное обеспечение, потребует и создания ЭВМ определенной архитектуры, используемых в системах управления базами знаний, — компьютеров баз знаний, а так же других подклассов ЭВМ. При этом ЭВМ должна обладать способностью к обучению, производить ассоциативную обработку информации и вести интеллектуальный диалог при решении конкретных задач.

В заключение отметим, что ряд названных вопросов реализован в перспективных ЭВМ пятого поколения либо находится в стадии технической проработки, другие — в стадии теоретических исследований и поисков.

3.  Программные средства реализации информационных процессов

Для реализации информационных технологий необходимы две составляющие:

• аппаратное обеспечение (Hardware);

• программное обеспечение (Software)- совокупность программ обработки данных и необходимых для их эксплуатации документов. Программа — упорядоченная последовательность команд (инструкций) компьютера для решения задачи.

3.1.  Классификация программных продуктов

Программные продукты для обеспечения информационной технологии по сфере их использования делятся на три больших класса:

• системное программное обеспечение (System Software) — совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ;

• инструментарий технологии программирования — совокупность программ и программных комплексов для разработки, отладки и внедрения создаваемых программных продуктов;

• прикладное программное обеспечение (пакеты прикладных программ) — комплекс взаимосвязанных программ для решения задач в конкретной предметной области.

Системное программное обеспечение - предназначено для:

•  обеспечения надежной и эффективной работы компьютера и вычислительной сети;

•  создания операционной среды функционирования других программ;

•  проведения диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;

•  выполнения вспомогательных технологических операций (копирования, архивирования, восстановления файлов программ и баз данных и т. д.).

	Прикладное программное обеспечение
Проблемно-ориентированные (1С Бухгалтерия, RS-Bank)			Интеллектуальные системы (Eros, GURU)
Методо-ориентированные (MathCAD, MathLAB)			Офисные ПП (Internet Explorer, MS Outlook, Promt)
ПП автоматизированного проектирования (AutoCAD)			Издательские системы (Page Maker, Quark Xpress, Corel)
Средства мультимедиа (Multimedia Viewer, 3D Studio)			ПП общего назначения (Word, Excel, Access, Photoshop)

Рисунок 4 - структура прикладного программного обеспечения

Системное программное обеспечение подразделяется на базовое и сервисное программное обеспечение. Базовое программное обеспечение — минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера; к нему относятся операционные системы и операционные оболочки. Сервисное программное обеспечение — программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового программного обеспечения и организуют более удобную среду работы пользователя. Оно включает в себя следующие программы:

•  диагностики работоспособности компьютера;

•  обслуживания сети;

•  обслуживания дисков и архивирования данных(архиваторами называют программы, которые осуществляют упаковку и распаковку файлов);

•  антивирусные и др.

Прикладное программное обеспечение состоит из пакетов прикладных программ, включающих в себя приложения. Приложение (прикладная программа) — компьютерная программа, предназначенная для выполнения конкретного вида paботы: подготовки текстов, создания электронных таблиц, рисунков, диаграмм и т. п. Пакеты прикладных программ являются самым многочисленным классом программных продуктов, что обусловлено большим разнообразием областей применения компьютерной техники. По типам предметных областей, функциям и комплексам реализуемых с их помощью задач пакеты прикладных программ (ППП) подразделяются на несколько больших групп(Рисунок 4)

3.2.  Операционные системы

Операционная система (ОС) — это совокупность программ: для организации диалога пользователя и компьютера, для управления аппаратурой и ресурсами.

При работе с ОС широко используется понятие интерфейс. Интерфейс (от англ. interface — средства взаимодействия, связи, согласования) — совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, предназначенная для обмена информацией между устройствами вычислительной системы. Существуют аппаратный, программный и пользовательский интерфейсы: аппаратный интерфейс — средство сопряжения устройств вычислительной техники на уровне электронных компонентов; программный интерфейс — комплекс правил и соглашений о стыковке программных модулей; пользовательский интерфейс (интерфейс пользователя) — совокупность аппаратных, программных и графических средств, для организации диалога с пользователем, иными словами, — набор средств, с помощью которых пользователь общается с ПК.

Основными функциями операционной системы являются:

1)обеспечение всех программ единым и стандартным доступом к устройствам ввода-вывода информации. Важнейшей частью ввода-вывода информации является создание файловой системы;

2)запуск других программ;

3)организация диалога между компьютером и человеком;

4)управление выполнением одной или нескольких одновременно запущенных программ и обменом информации между ними и др.

В настоящее время наибольшее распространение имеют следующие операционные системы:

•  MS DOS (Microsoft Disk Operation System) — выпускается фирмой Microsoft с 1981 г.; она работает в текстовом режиме; известны также ее разновидности от других фирм-разработчиков: DR DOS, PC DOS;

•  OS/2 — разрабатывается фирмой IBM;

•  Unix — создана корпорацией Bell Laboratory;

•  МасОС — выпускается фирмой Apple для компьютеров типа Macintosh;

•  NetWare — сетевая операционная система, выпускается фирмой Novell;

•  Windows 95/98/NT/2000/XP/2003 — разрабатываются фирмой Microsoft.

Операционной системой MS DOS в недалёком прошлом было оснащено подавляющее большинство персональных компьютеров. Её сравнение с используемыми в настоящее время операционными системами, например Windows, позволяет отметить следующие недостатки MS DOS (и DOS-приложений):

•  наибольшая длина имени файла в MS DOS составляет: 8 символов;

•  отсутствие стандартов в интерфейсе;

•  однозадачный режим работы;

•  неэффективное использование оперативной памяти;

•  зависимость прикладных программ от характеристик внешних устройств;

•  необходимость текстового ввода команд.

Среди сетевых операционных систем наибольшее распространение получили системы Novell NetWare, OS/2 Warp 4.0, Unix, Windows NT/2000 и др.

Сетевая операционная система Novell NetWare используется в сетях фирмы Novell, которая контролирует значительную часть Рынка компьютерных сетей.

Операционная система Unix (Unimplexed Information and Computing System) создана в корпорации Bell Laboratory (Bell Labs) в 1971 г. Денисом Ритчи и Кеном Томпсоном, авторами и разработчиками языка программирования Си. В настоящее время система Unix имеет много модификаций, выпускаемых различными фирмами и, по мнению многих, является самой удачной операционной системой за всю историю развития компьютерной техники. Операционная система Unix — это мощнейшая 32- или 64-разрядная многозадачная, многопользовательская, высокопроизводительная и высоконадежная сетевая операционная система. Различные модификации ОС Unix могут иметь разные файловые системы, например NFS, Unix System V или Unix BSD. Все эти варианты полностью совместимы между собой. Unix является открытой системой, ее компоненты доступны в исходных кодах для любого пользователя. К тому же некоторые ее версии, например Free BSD, распространяются бесплатно (официальным путем). Поэтому самые новые идеи и возможности первыми появляются именно в этой системе. Система обеспечения безопасности многопользовательского режима реализована в Unix на чрезвычайно высоком уровне. Не случайно в военных и правительственных учреждениях для работы с информацией государственной важности всегда используются Unix-системы. Система Unix получила распространение для суперкомпьютеров, профессиональных ПК, рабочих станций, а также используется в популярном Web-сервере Apache, с помощью которого организовано более 30 % всех Web-серверов мира. Согласно прогнозам, использование ОС Unix будет существенно возрастать, особенно с расширением систем телекоммуникаций и переходом к сетевым технологиям.