Р.Манекин

§ 1. Несколько  полезных сведений о персональных  компьютерах.

При составлении обучающих программ, при проведении квантитативных исследований специалисты-квантификаторы чаще всего ориентируются на персональные компьютеры (ПК). И это понятно. ПК обладают многими важными достоинствами: высокой надежностью, относительной неприхотливостью к помещению, небольшими габаритами, достаточно большим быстродействием[1] , значительной оперативной памятью[2] , обширной периферией[3] , развитым программным обеспечением, относительно простой системой управления, проч.

Давайте  теперь поближе познакомимся с этой машиной.

Персональный компьютер представляет собой целую систему электрических (электронных) машин, выполняющих самые различные функции. Принято различать основные (внутренние) и вспомогательном (внешние) устройства ПК. Основные устройства ПК обеспечивают управление работой компьютера: ввод и вывод, хранение информации; вспомогательные используются для развития возможностей ПК.

Типичный персональный компьютер имеет следующие основные устройства.

1. Процессор - машину, выполняющую управление компьютером, производящую все вычисления, проч.;    

2. Монитор (дисплей) - аппарат, предназначенный для изображения текстовой или графической информации;

3. Накопители (дисководы на гибких дисках) - устройства, используемые для записи и чтения информации, сохраняющейся на гибких дисках

4. Накопители на жестком магнитном диске  - (винчестере) - устройство, используемое для записи чтения информации, сохраняющейся на жестком магнитном диске.       

5. Клавиатуру - машину, используемую для ввода информации в персональный компьютер.

Рассмотрим их поочередно.

I. Наиболее важным из всех устройств компьютера является, пожалуй, процессор. Без процессора - нет компьютера[4] . Процессор - это, по существу, электрическая (электронная) счетная машина, способная к тому же перераспределять поступающие в нее электрические сигналы между другими устройствами ПК.

Процессор включает в себя следующие элементы:

- основной микропроцессор: большую электронную (интегральную) схему, регулирующую движение электрических сигналов и осуществляющую, собственно, управление устройствами компьютера, а также выполняющую все вычисления;

Оперативную память: набор программ, выполняемых компьютером и используемых программами данных[5] ;

электронные схемы (контролеры): микропроцессоры, синхронирующие
работу внутренних и внешних устройств ПК;

- порты ввода-вывода[6] - специальные устройства, обеспечивающие обмен данными между внешними и внутренними устройствами ПК.

Основной характеристикой процессора является быстродействие, зависящее от «Архитектуры» его интегральных схем.

II. Мониторы - это специальные телевизоры, «приспособленные» к сотрудничеству с устройствами компьютера. Они бывают двух видов - цветными и монохромными; и могут работать в двух режимах: текстовом и графическом.

В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки - знакомecтa. В каждое знакоместо может быть выведен один из 256 заранее заданных символов. В число этих символов входят большие и малые латинские буквы (могут также входить и буквы кириллицы - русского алфавита), а также различные символы, в т.ч. и символы, предназначенные для вывода на экран таблиц, диаграмм, построения рамок вокруг участков экрана и т.д.

На цветных мониторах каждому знакоместу может соответствовать свой цвет символа и свай цвет фона. На монохромных мониторах для выделения отдельных частей текста и участков экрана используется повышенная яркость символов, подчеркивание и инверсное изображение (темные символы на светлом фоне).

При работе в графическом режиме экран монитора состоит из точек, каждая из которых может быть темной или светлой (на монохромных мониторах) или содержит один из нескольких цветов (на цветных мониторах).

III. Клавиатура персональных компьютеров (см. рис.3 наст.пособия) может иметь различное расположение клавиш, разное их количество. Однако назначение одинаковых клавиш на разных компьютерах одинаково. Надписи на клавишах могут быть сделаны как на русском (у некоторых отечественных компьютеров), так и на английском языках (у компьютеров зарубежного производства). У персональных компьютеров отечественного производства, как правило, на клавиатуре имеются клавиши «РУС» и «ЛАТ» , предназначенные для переключения с русского шрифта на латинский и обратно.

Расположение латинских букв на клавиатуре ПК обычно такое же, как и на пишущих машинках с латинским шрифтом, а букв кириллицы - как на пишущих машинках с русским шрифтом.

Клавиша «Shift»  служит для ввода прописных букв и символов, располагающихся в верхнем регистре клавиатуры.*

Клавиша «Caps lock»  предназначена для фиксации режима прописных букв.

Клавиша «Enter» (на некоторых клавиатурах – «Return» или «СR») используется для окончания ввода строчки.

Клавиша «Del(Delete» - удаление (служит для удаления символа, помеченного курсором).

Клавиша «Ins(Insert»- вставка (предназначена для переключения между режимами ввода( вывода информации с раздвижкой символов (вставка) и ввода с замещением ранее набранных символов (замена).

Клавиша «Backspase» стрелка влево над клавишей «Enter» удаляет символ, находящийся слева от курсора,

Клавиши ← → ↑ ↓ «Home», «End», «PgUp», «PgDown» называют клавишами управления курсором. Нажатие на эти клавиши пpиводит к перемещению курсора в соответствующем направлении или к «перелистыванию» изображенного на экране текста.

Клавиша «NumLock» - блокировка цифр (включает и выключает режим при нажатии клавиш, расположенных в правой части клавиатуры. Этот режим удобен для ввода цифр.

Клавиша «Esc(Escape» - («Escape» - убегать, спасаться), как правило, используется для отмены какого-либо действия, выхода из режима программы, проч.

В режиме «Caps lock»  нажатие клавиши «Shift»  дает возможность ввода строчных букв. Иногда клавиша «Shift» используется для переключения на русский алфавит.

Функциональные клавиши F1 – F10 (на некоторых клавиатурах- F1 - F12 ) предназначены для специальных действий, их функции определяются выполняемой программой.

Клавиши «Ctrl» и   «Alt»  предназначены для изменения значений других клавиш. Эти клавиши могут использоваться в комбинации с другими, и выполняющаяся программа может реагировать на них особым образом.

 Комбинации клавиш  «Shift» и «Printscr» обеспечивают печать на принтере содержимого экрана.

Комбинации клавиш «Ctrl»,   «Alt» и «Del»  (их одновременное нажатие) используется при перезагрузке операционных систем.

Далее. К числу вспомогательных систем персональных компьютеров относятся: принтеры, плоттеры, графопостроители, сканеры, музыкальные приставки, сетевые адаптеры, МОДЕМы, «мышь»,  др.

Принтеры (или печатающие устройства) предназначены для вывода информации на бумагу. Все принтеры могут выводить текстовую информацию, многие из них «умеют» выводить также и графику. Некоторые Принтеры способны выводить цветные изображения. Всего существует около тысячи моделей принтеров.     

Принято различать четыре основных типа принтеров. А именно: матричные, струйные,  литерные и лазерные.

Печатающая головка матричных  (или точечно-матричных) принтеров содержит вертикальный ряд тонких металлических стержней (иголок). Головка движется вдоль печатаемой строки, и в нужный момент стержни ударяют по бумаге через красящую ленту.

В струйных принтерах формируются изображения микрокаплями специальных чернил, выдуваемых на бумагу с помощью сопел.

Литерные (т.е. буквенные) принтеры работают по принципу электрической пишущей машинки.

В лазерных принтерах для печати используется принцип ксерографии; изображение переносится на бумагу со специального барабана, к которому посредством электрического магнитного поля притягиваются частички краски. Отличие лазерных принтеров от обычных ксерокопировальных аппаратов состоит в том, что у первых печатающий барабан электризуется с помощью луча лазера по командам, транслируемым через компьютер.

Плотеры - это устройства для вывода рисунков (другой графической информации) на бумагу.

Графопостроители выводят на бумагу чертежи.

Музыкальная приставка дает возможность исполнять «компьютерную музыку».[7]

Сканеры - это устройства, предназначенные для оперативного ввода в компьютер текстовой и графической информации.

Обычный сканер «считывает» информацию как изображение, как бы «фотографирует» текст. Иначе говоря, сканер «воспринимает» интенсивность и различия цветов изображений на бумаге, преобразует их в поток электрических сигналов и направляет накопленную информацию в память ЭВМ.

Оптические сканеры (лазерные сканирующие устройства) «умеют» распознавать шрифты бука и вводить текстовую информацию в компьютер в ее оригинальном виде[8] .

Сетевой адаптер дает возможность подключать компьютер к другим ЭВМ.

Таковы основные и вспомогательные устройства персональных компьютеров.

* * *

А теперь садитесь за компьютер и испытайте его возможности. Например, набери те на клавиатуре составленную Вами программу (см. Гл.1) и распечатайте её текст на принтере. (Попросите преподавателя помочь Вам подготовить принтер и компьютер к этой работе).

Подсказка: Если Ваш компьютер загружен операционной системой MSDOS, попытайтесь воспользоваться командным словом  «print».

§2. Многомашинные и мультипроцессорные комплексы. Локальные сети.

Для увеличения быстродействия и объёма памяти ЭВМ  часто объединяют в т.н. вычислительные системы. В состав вычислительных систем могут входить как несколько ЭВМ (в этом случае они называются «многомашинными комплексами»), так и ЭВМ и несколько процессоров («мультипроцессорные комплексы»).

При создании мультипроцессорных комплексов возникают т.н. сверхоперативные запоминающие устройства (суперОЗУ), а также массовая (или виртуальная) память[9] .

Многомашинные комплексы создаются в следующих целях:

-в целях формирования «горячего резерва» при решении интеллектуальноёмких задач; в эtom случае объединяют, как правило, идентичные машины (однородные многомашинные комплексы), - для использования ЭВМ, имеющих различные функции (например, в интегрированных системах управления сложными объектами) – неоднородные многомашинные комплексы;

- для одновременного применения нескольких пакетов прикладных программ (при проведении интеллектуальноёмких исследований).

В ходе создания многомашинных комплексов приходится решать две основные задачи.

А именно: задачу по организации информационного обмена между ЭВМ, входящими в комплекс и задачу по организации управления комплексом.

Её нельзя использовать для передачи команд и данных непосредственно в процессор.0днако специальные программы «умеют» считывать данные, хранящиеся в массовой памяти, и направлять их в память конкретной ЭВМ. Применение массовой памяти позволяет расширять объем оперативной памяти, не делая этого явно.

Информационный обмен обеспечивают т.н. «каналы»[10] , а также сетевые адаптеры[11] ЭВМ.

Управление многомашинными комплексами ЭВМ бывает централизованным (т.е. управление, осуществляемое посредством специально выделенной машины-диспетчера) и децентрализованным (в этом случае все машины комплекса равны и могут организовать совместную работу под управлением одной из них).

Объединение ЭВМ в многомашинные комплексы (комплексирование) предполагает, что объединяемые машины находятся на небольшом (до нескольких сотен метров) расстоянии друг от друга. Комплексы ЭВМ, находящихся на большем расстоянии называют сетями. Различают локальные  и глобальные сети. Локальными называют сети, объединяющие ЭВМ (устройства ЭВМ) расположенные в десятках километров друг от друга; глобальные сети объединяют машины, находящиеся в разных городах, странах и даже континентах.

Простейшим видом локальной сети является терминальная сеть. Терминальная сеть состоит из единственного вычислительное центра (ВЦ) и сети удаленных терминалов.

ВЦ оснащаются, как правило, мощной ЭВМ (большим многомашинным комплексом); в качестве терминалов могут использоваться т.н. Автоматизированные рабочие места или Абонентские пункты (печатающие устройства плюс периферийные процессоры).

Ну, что же… Сказанного, кажется, достаточно, чтобы составить себе общее представление о видах вычислительных систем. В дальнейшем мы еще вернёмся к этой теме. А сейчас оглянитесь на свой компьютерный класс. Попытайтесь определить: является ли он вычислительной системой? Если да, то какого именно вида?

[1] Особенно в мультипроцессорных комплексах.

[2] Особенно, когда информация записывается на диске СD-ROM.

[3] Т.е., собственно, большим количеством внешних устройств ПК.

[4] Некоторые «искусники» приспосабливаются использовать вместо монитора - телевизоры; вместо клавиатуры - электрические печатные машинки; а запись информации производить на магнитные ленты через магнитофоны.

[5] Объем оперативной памяти ПК, как правило, составляет 640 Килобайт (байт - единица информации, эквивалентная восьми двоичным цифрам из 256 возможных); объем оперативной памяти у различных ПК различный.

[6] Различают несколько видов портов ввода-вывода. А именно: специализированные (предназначенные для обмена данными между процессором, монитором и клавиатурой ПК) и порты общего назначения (они обеспечивают обмен данными между внешними и внутренними устройствами ПК). Порты общего назначения бывают параллельными и асинхронными (последовательными). Параллельные порты выполняют ввод и вывод информации быстрее, чем асинхронные, но требуют и большего количества проводов для обмена данными.

[7] Правда, многие компьютеры, благодаря встроенным синтезаторам, «способны» самостоятельно «исполнять» музыкальные произведения. Однако без музыкальной приставки компьютер может выводить в каждый момент звук только одного тона, что дает такие же музыкальные возможности, как и игра на фортепиано одним пальцем.

[8] Используя лазерные сканирующие устройства и технологию IKR-1 (Intelligent Charakter Recognition - интеллектуальное распознавание знаков) зарубежные ученые «обучили» компьютер распознавать различны шифры, шифрограммы (символические надписи). При этом компьютер анализирует геометрические особенности знаков и уравнивает их с имеющимися в его памяти эталонами. Подробнее об IKR-1  см.: Информационный бюллетень комиссии по применению математических методов и ЭВМ в исторических исследованиях при отделении истории РАН.,1993, № 6.

[9] Массовая память реализуется на магнитных дисках.

[10] «Каналами» (или, иначе: периферийными процессорами) называют специализированные  процессоры, посредством которых осуществляется обмен данными между внешними запоминающими устройствами и оперативной памятью ЭВМ.

[11] С  помощью сетевого адаптера можно обращаться к памяти других ЭВМ, также как и к памяти собственной машины.