Для задания исходных данных и получения информации о результатах необходимо дополнить компьютер устройствами ввода и вывода.
Все устройства компьютера взаимодействуют между собой единым способом через посредство специальной информационной магистрали или шины. Непосредственно к шине подсоединяются процессор и внутренняя память (ОЗУ и ПЗУ). Остальные устройства для согласования с шиной имеют специальные контроллеры, назначение которых состоит в обеспечении стандартного обмена информацией через шину. Шина компьютера состоит из трех частей:
• шина адреса, на которой устанавливается адрес требуемой ячейки памяти или устройства, с которым будет происходить обмен информацией;
• шина данных, по которой, собственно, и будет передана необходимая информация;
• шина управления, регулирующая этот процесс.
Рассмотрим в качестве примера, как процессор читает содержимое ячейки памяти. Убедившись, что шина свободна, процессор помещает на шину адреса требуемый адрес и устанавливает необходимую служебную информацию (операция — чтение, устройство — ОЗУ и т.п.) на шину управления. ОЗУ, "увидев" на шине обращенный к нему запрос на чтение информации, извлекает содержимое необходимой ячейки и помещает его на шину данных (разумеется, реальный процесс значительно более детальный).
Подчеркнем, что на практике функциональная схема может быть значительно сложнее: компьютер может содержать несколько процессоров, прямые информационные каналы между отдельными устройствами, несколько взаимодействующих шин и т.д.
Магистральная структура позволяет легко подсоединять к компьютеру именно те внешние устройства, которые нужны для данного пользователя.
Характеристики персональных компьютеров фактически представляют собой совокупность характеристик отдельных устройств, его составляющих (хотя, строго говоря, они должны разумно соответствовать друг другу) . Наиболее важными из них являются следующие.
Главная характеристика процессора — тактовая частота. Такты — это элементарные составляющие машинных команд. Для организации их последовательного выполнения в компьютере имеется специальный генератор импульсов. Очевидно, что чем чаще следуют импульсы, тем быстрее будет выполнена операция, состоящая из фиксированного числа тактов. Тактовая частота в современных компьютерах измеряется в гигагерцах, что соответствует миллиардам импульсов в секунду.
С теоретической точки зрения важной характеристикой процессора является его разрядность. На практике же все выпускаемые в данный момент процессоры имеют одинаковую (причем достаточную для подавляющего большинства практических целей) разрядность. С другой стороны, при выборе компьютера важное значение имеет набор окружающих процессор микросхем (так называемый "чипсет"), но детали этого вопроса выходят далеко за рамки билета.
Объемы ОЗУ и видеопамяти также являются важными характеристиками компьютера. Единицей их измерения в настоящий момент является мегабайт, хотя в некоторых наиболее дорогих моделях оперативная память уже превышает 1 гигабайт. Еще одной, "более технической", характеристикой является время доступа к памяти — время выполнения операций записи или считывания данных, которое зависит от принципа действия и технологии изготовления запоминающих элементов.
По технологии изготовления различают статические и динамические микросхемы памяти. Первая является более быстродействующей, но, соответственно, и более дорогой. В качестве компромиссного решения в современных компьютерах применяется сочетание большого основного объема динамического ОЗУ с промежуточной (между ОЗУ и процессором) статической кэш-памятью. Ее объем также оказывает существенное влияние на производительность современного ПК.
Важной характеристикой компьютера является его оснащенность периферийными устройствами. Читатели легко смогут привести здесь достаточное количество примеров. Хочется только подчеркнуть, что существенна также возможность подключения к машине дополнительных внешних устройств. Например, современному компьютеру совершенно необходимо иметь разъемы USB1, через которые к нему можно подключать множество устройств: от принтера и мыши до флэш-диска и цифрового фотоаппарата.
Желательно изложить
При обращении к внешним устройствам используются специальные регистры, которые принято называть портами.
Обмен по шине между устройствами при определенных условиях и при наличии вспомогательного контроллера может происходить без непосредственного участия процессора. В частности, возможен такой обмен между периферийным устройством и ОЗУ (прямой доступ к памяти).
Оба вида запоминающих микросхем — статические и динамические — успешно конкурируют между собой. С одной стороны, статическая память значительно проще в эксплуатации и приближается по быстродействию к процессорным микросхемам. С другой стороны, она имеет меньший информационный объем и большую стоимость, сильнее нагревается при работе. На практике в данный момент выбор микросхем для построения ОЗУ всегда решается в пользу динамической памяти. И все же быстродействующая статическая память в современном компьютере обязательно есть: она называется кэш-памятью.
Кэш невидим для пользователя, так как процессор использует его исключительно самостоятельно. Кроме сохранения данных и команд, считываемых из ОЗУ, в специальном каталоге кэш запоминаются также адреса, откуда информация была извлечена. Если информация потребуется повторно, уже не надо будет терять время на обращение к ОЗУ — ее можно получить из кэш-памяти значительно быстрее. Кэш-память является очень эффективным средством повышения производительности компьютера.
Примечания для учителей
Если в аналогичном билете 9-го класса упор делался на перечисление основных устройств компьютера, их примеров и функций, то при ответе на выпускном экзамене данный материал служит лишь введением. Основное содержание первой части вопроса служит описанием процесса взаимодействия узлов компьютера через общую информационную шину.
Во второй половине вопроса следует не просто требовать от учеников перечисления характеристик компьютера и их значений, но и разъяснения их сущности и особенно знания тех свойств компьютерной системы, на которых данные характеристики сказываются. Например, какое влияние оказывает недостаточный объем ОЗУ и почему, для каких приложений требуется большое количество видеопамяти, а какие вполне работоспособны при минимальном и т.п.
Примечание для учеников
Вопрос довольно объемный, но с практической точки зрения понятный. Поэтому ограничимся единственной рекомендацией: изобразите все упомянутые в рассказе блоки компьютера в виде схематического рисунка, что значительно 'облегчит объяснения.
Ссылки
Большое количество дополнительного материала по данному билету можно найти в книге Е.А. Еремина "Популярные лекции об устройстве компьютера" (СПб.: BHV-Петербург, 2003).
"Информатика" № 9, 2002, с. И —13.
2. Технология объектно-ориентированного программирования (объекты, их свойства и методы, классы объектов)
Базовые понятия
Парадигма программирования, объектно-ориентированное программирование, объект, метод, инкапсуляция, наследование, полиморфизм.
Обязательно изложить
Основополагающей идеей одного из популярных в настоящее время подходов к программированию — объектно-ориентированного — является объединение
БИЛЕТ № 6
1. Устройства памяти компьютера. Внешние носители информации (гибкие диски, жесткие диски, диски CD-ROM/R/RW, DVD и др.). Принципы записи и считывания информации.
2. Визуальное объектно-ориентированное программирование. Графический интерфейс: форма и управляющие элементы.
3. Векторная графика. Практическое задание. Создание, преобразование, сохранение, распечатка рисунка в среде векторного графического редактора.
1. Устройства памяти компьютера. Внешние носители информации (гибкие диски, жесткие диски, диски CD-ROM/R/RW, DVD и др.). Принципы записи и считывания информации
Базовые понятия
Внешняя память, накопитель, носитель информации, магнитный носитель, оптический носитель.
Обязательно изложить
Внешняя (долговременная) память — это место длительного хранения данных (программ, результатов расчетов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является энергонезависимой. Носители внешней памяти, кроме того, обеспечивают транспортировку данных в тех случаях, когда компьютеры не объединены в сети (локальные или глобальные).
Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения — носителя.
Основные виды накопителей:
• накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);
• накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);
• накопители на магнитной ленте (НМЛ);
• накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.
Им соответствуют основные виды носителей:
• гибкие магнитные диски (FloppyDisk)',
• жесткие магнитные диски (HardDisk);
• кассеты для стримеров и других НМЛ;
• диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW. Основные характеристики накопителей и носителей:
• информационная емкость;
• скорость обмена информацией;
• надежность хранения информации;
• стоимость.
Принцип работы магнитных запоминающих устройств основан на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который непосредственно осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей — дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение величины напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и при намагничивании носителя означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.