Симонович С.В. (ред.) Информатика для юристов и экономистов

Подождите немного. Документ загружается.

ный Интернет. В состав Всемирной компьютерной сети входит множество са-

мых разных моделей компьютеров, аппаратно несовместимых между собой, на

которых работает множество несовместимых программ. Однако, тем не менее,

это не мешает нам получать информацию, через какие бы компьютерные систе-

мы она ни транслировалась. Это возможно только благодаря тому, что данные

рассматриваются отдельно от программ и несовместимость компьютеров и про-

грамм не влечет за собой несовместимость в данных. Удивительно, но еще 150

лет назад Чарльз Бэббидж, придумавший взаимодействие «мельницы» и «скла-

да» в ходе автоматических вычислений, предвосхитил современный подход к

информации как к продукту взаимодействия методов и данных.

Аналитическая машина Чарльза Бэббиджа может считаться первым в

мире механическим компьютером. Как и всем механическим устройствам, ей

были присущи такие недостатки, как конструктивная сложность, громоздкость,

малая производительность. Однако, тем не менее, это все-таки был компьютер,

поскольку машина была способна выполнять вычисления автоматически.

Именно отсутствие автоматичности не позволяет рассматривать такие устрой-

ства, как абак и русские счеты, в качестве предшественников компьютера.

Современное представление о компьютере

Научно-технические достижения XX в. показали возможность автомати-

зации работ с данными за счет использования устройств не механического, а

электронного типа. Это позволило повысить их надежность и производитель-

ность. Характерное отличие электронных устройств от механических заключа-

ется в том, что они регистрируют не перемещения элементов конструкции

(реек, шестерен и т. п.), а состояния элементов устройства (электронных компо-

нентов).

Устойчивых различимых перемещений в механических устройствах мо-

жет быть сколько угодно, и механики всегда старались сделать свои механизмы

так^ чтобы число этих состояний было кратно десяти — это удобно для работы

с числами, записанными в привычной для нас десятичной системе. Для элек-

тронных устройств количество удобных различимых состояний меньше. Сего-

дня уверенно различимыми считают только два состояния: включено — выклю-

чено; заряжено —разряжено; есть контакт — нет контакта. Поэтому характер-

ной особенностью электронных устройств является удобство работы с двоич-

ным кодом. Числа, записанные в двоичном коде, не слишком наглядны для че-

ловека, но этот недостаток компенсируется тем, что электронные устройства

сами переводят данные из любой системы в двоичную.

Однако у двоичного кода есть и преимущества. Так, например, в преды-

дущей главе мы видели, как с помощью двоичного кода можно выражать не

только числа, но и тексты, изображения, музыку, видео и другие типы данных.

Благодаря этой возможности современные компьютеры предназначены отнюдь

не только для автоматизации вычислительных операций, но и для множества

других операций с данными, представленными в самой разной форме.

Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или авто-

матизированной обработки данных, называют вычислительной техникой. Кон-

кретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, пред-

назначенный для обслуживания одного рабочего участка, называют вычисли-

тельной системой. Центральным устройством большинства вычислительных

систем является компьютер.

В современном понимании компьютер — это универсальный электрон-

ный прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обра-

ботки, транспортировки и воспроизведения данных.

2.2. КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРОВ

Существует достаточно много систем классификации компьютеров. Мы

рассмотрим лишь некоторые из них, сосредоточившись на тех, о которых наи-

более часто упоминают в доступной технической литературе и средствах

массовой информации.

Классификация по назначению

Классификация по назначению — один из наиболее ранних методов клас-

сификации. Он связан с тем, как компьютер применяется. По этому принципу

различают большие ЭВМ (электронно -вычислительные машины), мини -ЭВМ,

микро -ЭВМ и пер -соналъные компьютеры, которые, в свою очередь, подраз-

деляют на массовые, деловые, портативные, развлекательные и рабочие стан-

ции.

Большие ЭВМ. Это самые мощные компьютеры. Их применяют для об-

служивания очень крупных организаций и даже целых отраслей народного хо-

зяйства. За рубежом компьютеры этого класса называют мэйнфреймами (main-

frame). В России за ними закрепился термин большие ЭВМ. Штат обслужива-

ния большой ЭВМ составляет до многих десятков человек. На базе таких

суперкомпьютеров создают вычислительные центры, включающие в себя

несколько отделов или групп.

Несмотря на широкое распространение персональных компьютеров, зна-

чение больших ЭВМ не снижается. Из-за высокой стоимости их обслуживания

при работе больших ЭВМ принято планировать и учитывать каждую минуту.

Для экономии времени работы больших ЭВМ малопроизводительные операции

ввода, вывода и первичной подготовки данных выполняют с помощью персо-

нальной техники. Подготовленные данные передают на большую ЭВМ для вы-

полнения наиболее ресурсоемких операций.

Группа технического

обеспечения Центральный процессор

Группа подготовки данных

Рис. 2.3. Структура современного вычислительного центра

на базе большой ЭВМ

Центральный процессор — основной блок ЭВМ, в котором непосред-

ственно и происходит обработка данных и вычисление результатов. Обычно

центральный процессор представляет собой несколько стоек аппаратуры и раз-

мещается в отдельном помещении, в котором соблюдаются повышенные требо-

вания по температуре, влажности, защищенности от электромагнитных помех,

пыли и дыма.

Группа системного программирования занимается разработкой, отладкой

и внедрением программного обеспечения, необходимого для функционирова-

ния самой вычислительной системы. Работников этой группы называют си-

стемными программистами. Они должны хорошо знать техническое устройство

всех компонентов ЭВМ, поскольку их программы предназначены в первую оче-

редь для управления физическими устройствами. Системные программы обес-

печивают взаимодействие программ более высокого уровня с оборудованием,

то есть группа системного программирования обеспечивает программно-аппа-

ратный интерфейс вычислительной системы.

Труппа прикладного программирования занимается созданием программ

для выполнения конкретных операций с данными. Работников этой группы на-

зывают прикладными программистами. В отличие от системных программи-

стов им не надо знать техническое устройство компонентов ЭВМ, поскольку их

программы работают не с устройствами, а с программами, подготовленными

системными программистами. С другой стороны, с их программами работают

пользователи, то есть конкретные исполнители работ. Поэтому можно говорить

о том, что группа прикладного программирования обеспечивает пользователь-

ский интерфейс вычислительной системы.

Труппа подготовки данных занимается подготовкой данных, с которыми

будут работать программы, созданные прикладными программистами. Во мно-

гих случаях сотрудники этой группы сами вводят данные с помощью клавиату-

ры, но они могут выполнять и преобразование готовых данных из одного вида в

другой. Так, например, они могут получать иллюстрации, нарисованные худож-

никами на бумаге, и преобразовывать их в электронный вид с помощью специ-

альных устройств, называемых сканерами.

Труппа технического обеспечения занимается техническим обслуживани-

ем всей вычислительной системы, ремонтом и наладкой устройств, а также под-

ключением новых устройств, необходимых для работы прочих подразделений.

Труппа информационного обеспечения обеспечивает технической инфор-

мацией все прочие подразделения вычислительного центра по их заказу. Эта же

группа создает и хранит архивы ранее разработанных программ и накопленных

данных. Такие архивы называют библиотеками программ или банками данных.

Отдел выдачи данных получает данные от центрального процессора и

преобразует их в форму, удобную для заказчика. Здесь информация распечаты-

вается на печатающих устройствах (принтерах) или отображается на экранах

дисплеев.

Большие ЭВМ отличаются высокой стоимостью оборудования и обслу-

живания, поэтому работа таких суперкомпьютеров организована по непрерыв-

ному циклу. Наиболее трудоемкие и продолжительные вычисления планируют

на ночные часы, когда количество обслуживающего персонала минимально. В

дневное время ЭВМ исполняет менее трудоемкие, но более многочисленные за-

дачи. При этом для повышения эффективности компьютер работает одновре-

менно с несколькими задачами и, соответственно, с несколькими пользователя-

ми. Он поочередно переключается с одной задачи на другую и делает это на-

столько быстро и часто, что у каждого пользователя создается впечатление,

будто компьютер работает только с ним. Такое распределение ресурсов вычис-

лительной системы носит название принципа разделения времени.

Мини-ЭВМ

От больших ЭВМ компьютеры этой группы отличаются уменьшенными

размерами и, соответственно, меньшей производительностью и стоимостью.

Такие компьютеры используются крупными предприятиями, научными учре-

ждениями, банками и некоторыми высшими учебными заведениями, сочетаю-

щими учебную деятельность с научной.

На промышленных предприятиях мини-ЭВМ управляют производствен-

ными процессами, но могут сочетать управление производством с другими за-

дачами. Например, они могут помогать экономистам в осуществлении контроля

себестоимости продукции, нормировщикам в оптимизации времени технологи-

ческих операций, конструкторам в автоматизации проектирования станочных

приспособлений, бухгалтерии в осуществлении учета первичных документов и

подготовки регулярных отчетов для налоговых органов. Для организации рабо-

ты с мини-ЭВМ тоже требуется специальный вычислительный центр, хотя и не

такой многочисленный, как для больших ЭВМ.

Микро-ЭВМ

Компьютеры данного класса доступны многим предприятиям. Организа-

ции, использующие микро-ЭВМ, обычно не создают вычислительные центры.

Для обслуживания такого компьютера им достаточно небольшой вычислитель-

ной лаборатории в составе нескольких человек. В число сотрудников вычисли-

тельной лаборатории обязательно входят программисты, хотя напрямую разра-

боткой программ они не занимаются. Необходимые системные программы

обычно покупают вместе с компьютером, а разработку нужных прикладных

программ заказывают более крупным вычислительным центрам или специали-

зированным организациям.

Программисты вычислительной лаборатории занимаются внедрением

приобретенного или заказанного программного обеспечения, выполняют его

доводку и настройку, согласовывают его работу с другими программами и

устройствами компьютера. Хотя программисты этой категории и не разрабаты-

вают системные и прикладные программы, они могут вносить в них изменения,

создавать или изменять отдельные фрагменты. Это требует высокой квалифика-

ции и универсальных знаний. Программисты, обслуживающие микро-ЭВМ, ча-

сто сочетают в себе качества системных и прикладных программистов одновре-

менно.

Несмотря на относительно невысокую производительность по сравнению

с большими ЭВМ, микро-ЭВМ находят применение и в крупных вычислитель-

ных центрах. Там им поручают вспомогательные операции, для которых нет

смысла использовать дорогие суперкомпьютеры.

Персональные компьютеры (ПК)

Эта категория компьютеров получила особо бурное развитие в течение

последних двадцати лет. Из названия видно, что такой компьютер предназначен

для обслуживания одного рабочего места. Как правило, с персональным

компьютером работает один человек. Несмотря на свои небольшие размеры и

относительно невысокую стоимость, современные персональные компьютеры

обладают немалой производительностью. Многие современные персональные

модели превосходят большие ЭВМ 70-х годов, мини-ЭВМ 80-х годов и микро-

ЭВМ первой половины 90-х годов. Персональный компьютер (Personal Com-

puter, PC) вполне способен удовлетворить большинство потребностей малых

предприятий и отдельных лиц.

Особенно широкую популярность персональные компьютеры получили

после 1995 г. в связи с бурным развитием Интернета. Персонального компью-

тера вполне достаточно для использования всемирной сети в качестве источни-

ка научной, справочной, учебной, культурной и развлекательной информации.

Персональные компьютеры являются также удобным средством автоматизации

учебного процесса по любым дисциплинам, средством организации дистанци-

онного (заочного) обучения и средством организации досуга. Они вносят

большой вклад не только в производственные, но и в социальные отношения.

Их нередко используют для организации надомной трудовой деятельности, что

особенно важно в условиях ограниченной трудозанятости.

До последнего времени модели персональных компьютеров условно

рассматривали в двух категориях: бытовые ПК и профессиональные ПК. Быто-

вые модели, как правило, имели меньшую производительность, но в них были

приняты особые меры для работы с цветной графикой и звуком, чего не требо-

валось для профессиональных моделей. В связи с достигнутым в последние

годы резким удешевлением средств вычислительной техники границы между

профессиональными и бытовыми моделями в значительной степени стерлись, и

сегодня в качестве бытовых нередко используют высокопроизводительные про-

фессиональные модели, а профессиональные модели, в свою очередь, комплек-

туют устройствами для воспроизведения мультимедийной информации, что ра-

нее было характерно для бытовых устройств.

Под термином мультимедиа подразумевается сочетание нескольких видов данных в одном докумен-

те (текстовые, графические, музыкальные и видеоданные) или совокупность устройств для воспроиз-

ведения этого комплекса данных.

Начиная с 1999 г. в области персональных компьютеров начал действо-

вать международный сертификационный стандарт — спецификация РС99. Он

регламентирует принципы классификации персональных компьютеров и огова-

ривает минимальные и рекомендуемые требования к каждой из категорий. Но-

вый стандарт устанавливает следующие категории персональных компьютеров:

• Consumer PC (массовый ПК);

• Office PC (деловой ПК);

• Mobile PC (портативный ПК);

• Workstation PC (рабочая станция);

• Entertainmemt PC (развлекательный ПК).

Согласно спецификации РС99 большинство персональных компьютеров,

присутствующих в настоящее время на рынке, попадают в категорию массовых

ПК. Для деловых ПК минимизированы требования к средствам воспроизведе-

ния графики, а к средствам работы со звуковыми данными требования вообще

не предъявляются. Для портативных ПК обязательным является наличие

средств для создания соединений удаленного доступа, то есть средств компью-

терной связи. В категории рабочих станций повышены требования к устрой-

ствам хранения данных, а в категории развлекательных ПК — к средствам вос-

произведения графики и звука.

Другие виды классификации компьютеров

Классификация по уровню специализации. По уровню специализации

компьютеры делят на универсальные и специализированные. На базе универ-

сальных компьютеров можно собирать вычислительные системы произвольно-

го состава (состав компьютерной системы называется конфигурацией). Так,

например, один и тот же персональный компьютер можно использовать для ра-

боты с текстами, музыкой, графикой, фото- и видеоматериалами.

Специализированные компьютеры предназначены для решения конкрет-

ного круга задач. К таким компьютерам относятся, например, бортовые

компьютеры автомобилей, судов, самолетов, космических аппаратов. Компью-

теры, интегрированные в бытовую технику, например в стиральные машины,

СВЧ-плиты и видеомагнитофоны, тоже относятся к специализированным. Бор-

товые компьютеры управляют средствами ориентации и навигации, осуще-

ствляют контроль состояния бортовых систем, выполняют некоторые функции

автоматического управления и связи, а также большинство функций оптимиза-

ции параметров работы систем объекта (например, оптимизацию расхода топ-

лива объекта в зависимости от конкретных условий движения). Специализиро-

ванные мини-ЭВМ, ориентированные на работу с графикой, называют графиче-

скими станциями. Их используют при подготовке кино- и видеофильмов, а так-

же рекламной продукции. Специализированные компьютеры, объединяющие

компьютеры предприятия в одну сеть, называют файловыми серверами.

Компьютеры, обеспечивающие передачу информации между различными

участниками всемирной компьютерной сети, называют сетевыми серверами.

Во многих случаях с задачами специализированных компьютерных си-

стем могут справляться и обычные универсальные компьютеры, но считается,

что использование специализированных систем все-таки эффективнее. Крите-

рием оценки эффективности выступает отношение производительности обору-

дования к величине его стоимости.

Классификация по типоразмерам. Персональные компьютеры можно

классифицировать по типоразмерам. Так, различают настольные {desktop), пор-

тативные (notebook), карманные (palmtop) модели. Совсем недавно появились

устройства, сочетающие возможности карманных персональных компьютеров

и устройств мобильной связи. По-английски они называются PDA, Personal Di-

gital Assistant. Пользуясь тем, что в русском языке за ними пока не закрепилось

какое-либо название, мы будем называть их мобильными вычислительными

устройствами (МВУ).

Настольные модели распространены наиболее широко. Они являются

принадлежностью рабочего места. Эти модели отличаются простотой измене-

ния конфигурации за счет несложного подключения дополнительных внешних

приборов или установки дополнительных внутренних компонентов. Достаточ-

ные размеры корпуса в настольном исполнении позволяют выполнять

большинство подобных работ без привлечения специалистов, а это позволяет

настраивать компьютерную систему оптимально для решения именно тех за-

дач, для которых она была приобретена.

Портативные модели удобны для транспортировки. Их используют биз-

несмены, коммерсанты, руководители предприятий и организаций, проводящие

много времени в командировках и переездах. С портативным компьютером

можно работать при отсутствии рабочего места. Особая привлекательность

портативных компьютеров связана с тем, что их можно использовать в качестве

средства связи. Подключив такой компьютер к телефонной сети, можно из лю-

бой географической точки установить обмен данными между ним и централь-

ным компьютером своей организации. Так производят обмен сообщениями,

передачу приказов и распоряжений, получение коммерческих данных, докладов

и отчетов. Для эксплуатации на рабочем месте портативные компьютеры не

очень удобны, но их можно подключать к настольным компьютерам, использу-

емым стационарно.

Карманные модели выполняют функции «интеллектуальных записных

книжек». Они позволяют хранить оперативные данные и получать к ним бы-

стрый доступ. Некоторые карманные модели имеют жестко встроенное про-

граммное обеспечение, что облегчает непосредственную работу, но снижает

гибкость в выборе прикладных программ.

Мобильные вычислительные устройства сочетают в себе функции кар-

манных моделей компьютеров и средств мобильной связи (сотовых радиотеле-

фонов). Их отличительная особенность — возможность мобильной работы с

Интернетом, а в ближайшем будущем и возможность приема телевизионных

передач. Дополнительно МВУ комплектуют средствами связи по инфракрасно-

му лучу, благодаря которым эти карманные устройства могут обмениваться

данными с настольными ПК и друг с другом.

Классификация по совместимости. В мире существует множество раз-

личных видов и типов компьютеров. Они выпускаются разными производите-

лями, собираются из разных деталей, работают с разными программами. При

этом очень важным вопросом становится совместимость различных компьюте-

ров между собой. От совместимости зависит взаимозаменяемость узлов и при-

боров, предназначенных для разных компьютеров, возможность переноса про-

грамм с одного компьютера на другой и возможность совместной работы

разных типов компьютеров с одними и теми же данными.

Аппаратная совместимость. По аппаратной совместимости различают так

называемые аппаратные платформы. В области персональных компьютеров

сегодня наиболее широко распространены две аппаратные платформы: IBM PC

и Apple Macintosh. Кроме них существуют и другие платформы, распространен-

ность которых ограничивается отдельными регионами или отдельными отрас-

лями. Принадлежность компьютеров к одной аппаратной платформе повышает

совместимость между ними, а принадлежность к разным платформам — пони-

жает.

Кроме аппаратной совместимости существуют и другие виды совмести-

мости: совместимость на уровне операционной системы, программная совме-

стимость, совместимость на уровне данных.

Классификация по типу используемого процессора. Процессор —

основной компонент любого компьютера. В электронно-вычислительных ма-

шинах это специальный блок, а в персональных компьютерах — специальная

микросхема, которая выполняет все вычисления. Даже если компьютеры при-

надлежат одной аппаратной платформе, они могут различаться по типу исполь-

зуемого процессора. Основные типы процессоров для платформы IBM PC мы

рассмотрим в соответствующем разделе, а здесь укажем на то, что тип исполь-

зуемого процессора в значительной (хотя и не в полной) мере характеризует

технические свойства компьютера.

2.3. СОСТАВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные

и программные средства вычислительной техники принято рассматривать раз-

дельно. Соответственно, отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию

вычислительных систем и их программную конфигурацию. Такой принцип раз-

деления имеет для информатики особое значение, поскольку очень часто реше-

ние одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и про-

граммными средствами. Критериями выбора аппаратного или программного

решения являются производительность и эффективность.

Обычно принято считать, что аппаратные решения в среднем оказываются дороже, зато реализация

программных решений требует более высокой квалификации персонала.

Аппаратное обеспечение

К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устрой-

ства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные

компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную

конструкцию — аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения

конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков.

По способу расположения устройств относительно центрального процес-

сорного устройства (ЦПУ — Central Processing Unit, CPU) различают внутрен-

ние и внешние устройства. Внешними, как правило, являются большинство

устройств ввода-вывода данных (их также называют периферийными устрой-

ствами) и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения

данных.

Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют с помо-

щью переходных аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными

интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы в вычислительной техни-

ке называют протоколами. Таким образом, протокол — это совокупность тех-

нических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками

устройств для успешного согласования их работы с другими устройствами.

Многочисленные интерфейсы, присутствующие в архитектуре любой вы-

числительной системы, можно условно разделить на две большие группы: по-

следовательные и параллельные. Через последовательный интерфейс данные

передаются последовательно, бит за битом, а через параллельный — одновре-

менно группами битов. Количество битов, участвующих в одной посылке,

определяется разрядностью интерфейса, например, восьмиразрядные парал-

лельные интерфейсы передают один байт (8 бит) за один цикл.

Параллельные интерфейсы обычно имеют более сложное устройство, чем

последовательные, но обеспечивают более высокую производительность. Их

применяют там, где важна скорость передачи данных: для подключения печата-

ющих устройств, устройств ввода графической информации, устройств записи

данных на внешний носитель и т. п. Производительность параллельных интер-

фейсов измеряют байтами в секунду (байт/с; Кбайт/с; Мбайт/с).

Устройство последовательных интерфейсов проще; как правило, для них

не надо синхронизировать работу передающего и принимающего устройства

(поэтому их часто называют асинхронными интерфейсами), но пропускная

способность их меньше, и коэффициент полезного действия ниже, так как из-за

отсутствия синхронизации посылок полезные данные предваряют и завершают

посылками служебных данных, то есть на один байт полезных данных могут

приходиться 1-3 служебных бита (состав и структуру посылки определяет кон-

кретный протокол). Поскольку обмен данными через последовательные устрой-

ства производится не байтами, а битами, их производительность измеряют би-

тами в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с). Несмотря на кажущуюся простоту пере-

вода единиц измерения скорости последовательной передачи в единицы изме-

рения скорости параллельной передачи данных путем механического деления

на 8, такой пересчет не выполняют, поскольку он не корректен из-за наличия

служебных данных. В крайнем случае, с поправкой на служебные данные, ино-

гда скорость последовательных устройств выражают в знаках в секунду или,

что то же самое, в символах в секунду (с/с), но эта величина имеет не техниче-

ский, а справочный, потребительский характер. Последовательные интерфейсы

применяют для подключения «медленных» устройств (простейших устройств

печати низкого качества, устройств ввода и вывода знаковой и сигнальной ин-

формации, контрольных датчиков, малопроизводительных устройств связи и т.

п.), а также в тех случаях, когда нет существенных ограничений по продолжи-

тельности обмена данными.

Программное обеспечение

Программы — это упорядрченные последовательности команд. Конечная

цель любой компьютерной программы — управление аппаратными средствами.

Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудова-

нием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет

вывод данных на устройства вывода, все равно ее работа основана на управле-

нии аппаратными устройствами компьютера.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в нераз-

рывной связи и в непрерывном взаимодействии. Несмотря на то что мы

рассматриваем эти две категории отдельно, нельзя забывать, что между ними

существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является по

меньшей мере условным.

Состав программного обеспечения вычислительной системы называют

программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими

узлами и блоками, существует взаимосвязь — многие программы работают,

опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть, мы можем гово-

рить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого ин-

терфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов

взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программ-