Урок 3. Как работает компьютер
Для успешного «общения» с компьютером вредно воспринимать его как черный ящик, который вот-вот выдаст что-то неожиданное. Чтобы понимать реакцию компьютера на Ваши действия, нужно знать как он устроен и как работает.
В этом IT-уроке узнаем, как работает большинство вычислительных устройств (к которым относятся не только персональные компьютеры).
Во втором уроке мы разобрались, что компьютер нужен для обработки информации, её хранения и передачи. Посмотрим же, как происходит обработка информации.
Как хранится информация на компьютере
Компьютер хранит, передаёт и обрабатывает информацию в виде нолей «0» и единиц «1», то есть используется двоичный код и двоичная система счисления.
Например, десятичное число «9» он видит как двоичное число «1001».
В виде нолей и единиц хранятся и все данные, которые необходимо обработать, и все программы, которые руководят процессом обработки.
Например, фотографию компьютер видит так (только первые две строчки файла из 527 строк):
Так человек видит изображение:
Компьютер видит набор «0» и «1»
(первые две строчки файла):
0000 0000 0001 0000 0100 1010 0100 0110
0100 1001 0100 0110 0000 0000 0000 0001
0000 0001 0000 0000 0000 0000 0000 0001
0000 0000 0000 0001 0000 0000 0000 0000
1111 1111 1101 1011 0000 0000 0100 0011
0000 0000 0000 0011 0000 0010 0000 0010
0000 0011 0000 0010 0000 0010 0000 0011
А текст для компьютера выглядит так:
Человек видит текст:
Компьютер опять видит набор «0» и «1»:
0111 0010 0110 1111 0110 1011 0110 1001
0010 1110 0111 0010 0111 0101
Сегодня мы не будем разбираться в тонкостях вычислений и преобразований, посмотрим на процесс в общем.
Где хранится информация
Когда информация занесена в компьютер (записана), то она хранится на специальном устройстве – накопителе данных. Обычно накопитель данных – это жесткий диск (винчестер).
Жестким диском это устройство называется из-за конструкции. Внутри его корпуса находится один или несколько твердых блинов (металлических или стеклянных), на которых и хранятся все данные (текстовые документы, фотографии, фильмы и т.д.) и установленные программы (операционная система, прикладные программы, как Word, Excel, и др.).
Жесткий диск (накопитель данных) хранит программы и данные
Информация на жестком диске хранится и после выключения компьютера.
Подробнее об устройстве жесткого диска мы узнаем в одном из следующих IT-уроков.
Что обрабатывает всю информацию в компьютере
Основная задача компьютера – обрабатывать информацию, то есть выполнять вычисления. Большую часть вычислений выполняет специальное устройство – процессор. Это сложная микросхема, содержащая сотни миллионов элементов (транзисторов).
Процессор – обрабатывает информацию
Что в данный момент времени делать процессору говорит программа, она указывает, какие данные необходимо обработать и что с ними нужно сделать.
Схема обработки данных
Программы и данные загружаются с накопителя (жесткого диска).
Но жесткий диск – относительно медленное устройство, и если бы процессор ждал, пока будет считываться информация, а потом записываться после обработки обратно, то он бы долго оставался без дела.
Не оставим процессор без дела
Поэтому между процессором и жестким диском установили более быстрое запоминающее устройство – оперативную память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Это небольшая печатная плата, на которой находятся быстрые микросхемы памяти.
Оперативная память – ускоряет доступ процессора к программам и данным
В оперативную память заранее считываются с жёсткого диска все необходимые программы и данные. Во время работы процессор обращается к оперативной памяти, считывает команды программы, которая говорит какие данные нужно взять и как именно их обработать.
При выключении компьютера содержимое оперативной памяти не сохраняется в ней (в отличие от жесткого диска).
Процесс обработки информации
Итак, теперь мы знаем, какие устройства участвуют в обработке информации. Посмотрим теперь на весь процесс вычислений.
Анимация процесса обработки информации компьютером (IT-uroki.ru)
Когда компьютер выключен, все программы и данные хранятся на жестком диске. При включении компьютера и запуске программы, происходит следующее:
1. Программа с жесткого диска заносится в оперативную память и сообщает процессору, какие загрузить данные в оперативную память.
2. Процессор поочередно выполняет команды программы, порциями обрабатывая данные, взяв их из оперативной памяти.
3. Когда данные обработаны, результат вычислений процессор возвращает в оперативную память и берет следующую порцию данных.
4. Результат работы программы возвращается на жесткий диск и сохраняется.
Описанные шаги показаны красными стрелками на анимации (эксклюзивно от сайта IT-uroki.ru).
Ввод и вывод информации
Чтобы компьютер получил информацию для обработки, её нужно ввести. Для этого используются устройства ввода данных:
Для вывода результата обработки информации используются устройства вывода данных:
Кроме того, мы можем вводить и выводить данные на другие устройства с помощью:
Если в нашу схему добавить устройства ввода-вывода, то получится вот такая диаграмма:
Ввод, обработка и вывод данных
То есть компьютер работает с ноликами и единичками, а когда информация поступает на устройство вывода, она переводится в привычные нам образы (изображение, звук).
Подводим итог
Итак, сегодня мы вместе с сайтом IT-uroki.ru узнали, как работает компьютер. Если кратко, то компьютер получает данные с устройств ввода (клавиатура, мышь и т.д.), заносит их на жесткий диск, затем передает в оперативную память и обрабатывает с помощью процессора. Результат обработки возвращается сначала в оперативную память, затем либо на жесткий диск, либо сразу на устройства вывода (например, монитор).
Если появились вопросы, можно задать их в комментариях к этой статье.
Обо всех перечисленных в сегодняшнем уроке устройствах Вы можете узнать подробнее из последующих уроков на сайте IT-уроки. Чтобы не пропустить новые уроки – подпишитесь на новости сайта.
Копирование запрещено
Напомню, что на сайте IT-уроки есть постоянно обновляемые справочники:
Видео-дополнение
Сегодня небольшое познавательное видео о производстве процессоров.
Как компьютер обрабатывает информацию
Почти в каждом доме есть компьютер и даже не один, а несколько. Но мало кто понимает, как компьютер обрабатывает информацию и понимает нас. Если вы недавно закончили школу или еще учитесь, то на уроках информатики наверняка проходили эту тему, а вот более старшее поколение этого наверняка не знает и даже не задумывается о том, что «разговаривает» с компьютером на языке цифр в двоичной системе исчисления.
Как компьютер обрабатывает информацию
2 — 10 (один-ноль) (одна единица второго разряда)
4 — 100 (один-ноль-ноль) (одна единица третьего разряда
5 — 101 (один-ноль-один)
6 — 110 (один-один-ноль)
7 — 111 (один-один-один)
8 — 1000 (один-ноль-ноль-ноль) (одна единица четвертого разряда)
9 — 1001 (один-ноль-ноль-один)
10 – 1010 (один-ноль-один-ноль)
Если вы хотите понять язык компьютера, необходимо изучить двоичную систему исчисления.
Нули и единицы в компьютере называют битами, а группы из восьми битов называют байтами.
В один байт можно записать число от 0 до 255.
В двух байтах можно записать число от 0 до 65535.
В трех байтах можно записать число от 0 до 16 миллионов.
число 2000 = 00000111 11010000
записывается в двух байтах, по 8 битов в каждом.
С числами более-менее понятно, а как же компьютер понимает текст?
Любые буквы компьютер переводит в числа. Превратив букву в число, компьютер превращает число в сигналы и записывает их, как и числа, — битами, из которых собираются байты:
Полная таблица кодов русского алфавита Ascii
Нажимая на клавишу клавиатуры вы даете компьютеру сигнал в двоичной системе исчисления, (каждой клавише соответствует свой код). Он понимает ее и при помощи специальной программы переводит этот сигнал в понятный для нас символ и выводит его на монитор. Грубо говоря, получается, что клавиатура служит переводчиком между нами и компьютером.
Тоже самое происходит и с графической информацией. Для того, чтобы сохранить картинку и работать с ней на компьютере, ее необходимо превратить в сигналы, т.е. оцифровать. Для этой цели можно воспользоваться сканером или цифровым фотоаппаратом или видеокамерой.
Каждая точка имеет свой код:
Черная точка: 0, 0, 0;
Белая точка: 255, 255, 255;
Коричневая: 153, 102, 51;
И т. д. У каждого цвета – свой шифр (цветовой код).
Ниже хорошее видео на эту тему:
Таблица
соответствия цветов их шестнадцатиричным
RGB-составляющим .
Как передается информация в компьютере
Используя ресурсы Интернет, найти ответы на вопросы:
1. Что представляет из себя процесс передачи информации?
Передача информации — физический процесс, посредством которого осуществляется перемещение информации в пространстве. Записали информацию на диск и перенесли в другую комнату. Данный процесс характеризуется наличием следующих компонентов:
Схема передачи информации:
Источник информации – информационный канал – приемник информации.
Информация представляется и передается в форме последовательности сигналов, символов. От источника к приёмнику сообщение передается через некоторую материальную среду. Если в процессе передачи используются технические средства связи, то их называют каналами передачи информации (информационными каналами). К ним относятся телефон, радио, ТВ. Органы чувств человека исполняют роль биологических информационных каналов.
Процесс передачи информации по техническим каналам связи проходит по следующей схеме (по Шеннону):
Термином «шум» называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Такие помехи, прежде всего, возникают по техническим причинам: плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемой по одним и тем же каналам. Для защиты от шума применяются разные способы, например, применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума.
Клодом Шенноном была разработана специальная теория кодирования, дающая методы борьбы с шумом. Одна из важных идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована. Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведёт к задержкам и подорожанию связи.
2. Общая схема передачи информации
3. Перечислите известные вам каналы связи
Канал связи (англ. channel, data line ) — система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений (не только данных) от источника к получателю (и наоборот). Канал связи, понимаемый в узком смысле (тракт связи), представляет только физическую среду распространения сигналов, например, физическую линию связи.
По типу среды распространения каналы связи делятся на:
5. Что такое пропускная способность канала передачи информации?
Пропускная способность — метрическая характеристика, показывающая соотношение предельного количества проходящих единиц (информации, предметов, объёма) в единицу времени через канал, систему, узел.
В информатике определение пропускной способности обычно применяется к каналу связи и определяется максимальным количеством переданной/полученной информации за единицу времени.
Пропускная способность — один из важнейших с точки зрения пользователей факторов. Она оценивается количеством данных, которые сеть в пределе может передать за единицу времени от одного подсоединенного к ней устройства к другому.
Скорость передачи информации зависит в значительной степени от скорости её создания (производительности источника), способов кодирования и декодирования. Наибольшая возможная в данном канале скорость передачи информации называется его пропускной способностью. Пропускная способность канала, по определению, есть скорость передачи информации при использовании «наилучших» (оптимальных) для данного канала источника, кодера и декодера, поэтому она характеризует только канал.
5. В каких единицах измеряется пропускная способность каналов передачи информации?
Может измеряться в различных, иногда сугубо специализированных, единицах — штуки, бит/сек, тонны, кубические метры и т. д.
Как передается информация в компьютере
Компьютер – наше будущее. Мы живем в мире, где почти все погружены в виртуальный мир, мир интернета. Электронные деньги, покупки, социальные сети и многое другое – это уже не новинка. Мы все время проводим за компьютером, потому что он уже стал частью нашей жизни. Мы общаемся, передаем информацию в интернете. Играем, работаем и многое другое. Компьютер стал настоящим средством помощи и развлечения. Мы все пользуемся компьютером, но не все знают, как он работает. Как передается информация в компьютере? Попробуем это выяснить.
Как передается информация в компьютере во время работы за ним?
Информация – это очень разная штука. Но мы поговорим о информации внутри компьютера. Передается информация в компьютере посредством сигналов. Для начала можно привести ряд действий: ввод, вывод, обработка, анализ, изменение, преобразование, накопление, хранение, создание, запись информации. Но информация в компьютере как-то передается?
Процесс передачи информации в компьютере схож с процессом в интернете. Существует большое количество многоуровневых протоколов. Конечно, устройство этих протоколов намного сложнее, чем интернет аналоги, да и функции расходятся, но направлены они на одно и то же.
С помощью каких уровней передается информация в компьютере?
Каждый уровень несет свои правила и обязанности. Нижний – отвечает за правила передачи маленьких порций информации внутри сети. Передаётся информация в компьюторе и может быть искажена, тогда идет запрос на восстановления лишь искаженной части, а не всей информации. Следующий уровень имеет возможности разбивать и собирать большие массивы данных. Если возникают какие-то проблемы, то этот уровень пользуется прошлым протоколом (нижним уровнем). Следующий уровень отвечает за передачу целого файла и так далее. Из этого можно составить целую систему, многоуровневую систему.
Для каждого из видов файлов существует свой многоуровневый протокол с аналогичной структурой.
Как передается информация в компьютере
Код ОГЭ: 1.2.1 Процесс передачи информации, источник и приемник информации, сигнал, скорость передачи информации
Передача информации — перемещение сообщений от источника к приемнику по каналу передачи. В процессе передачи информации всегда имеется несколько участников:
Общую схему передачи информации разработал основоположник цифровой связи (создатель теории информации) Клод Шеннон.
Передача информации означает ее перемещение в виде информационных сообщений в пространстве — от источника к приемнику. Передаваемое источником сообщение кодируется в передаваемый сигнал.
Источниками и приемниками информации могут быть живые существа или технические устройства. Каналами связи могут быть, например, электромагнитные, звуковые и световые волны.
Информационные сообщения передаются по каналам связи в форме сигналов. Сигнал — это изменение во времени некоторой физической величины (например, уровня напряжения). Именно изменения некоторых параметров (характеристик) сигнала отображают сообщение. Таким образом, сигналы являются материально–энергетической формой представления информации.
Сигналы могут быть аналоговыми (непрерывными) или дискретными (импульсными). Сигнал является дискретным, если его параметр может принимать только конечное число значений и существует лишь в конечное число моментов времени. В компьютерах используются сигналы, которые могут принимать только два дискретных значения — 0 и 1.
По способу передачи сигналов различают каналы проводной связи (например, кабельные) и каналы беспроводной связи (например, спутниковые).
По типу среды распространения каналы связи делятся на проводные, акустические, оптические, инфракрасные и радиоканалы. Например, один из современных каналов передачи информации — световод (оптоволокно) — позволяет передавать сигналы лазеров на расстояние более 100 км без усиления.
Основной характеристикой каналов передачи информации является их пропускная способность, или скорость передачи по каналу информации.
Скорость передачи информации (информационных сообщений) — количество информации, переданное в единицу времени. Скорость передачи сообщений обычно измеряется в битах за секунду (бит/с). Кроме того, используются другие единицы: килобиты за секунду (Кбит/с), мегабиты за секунду (Мбит/с), байты за секунду (Б/с), килобайты за секунду (Кб/с).
Скорость передачи информации отображает, как быстро передается информация от источника к получателю — безотносительно к тому, по каким каналам происходит передача.
Пропускная способность канала — максимальное количество переданной или полученной по этому каналу информации за единицу времени. Таким образом, пропускная способность канала — максимально возможная скорость передачи информации по этому каналу. Например, пропускная способность современных оптоволоконных каналов — более 100 Мбит/с, т. е. в миллиарды раз выше, чем у нервной системы человека при чтении текстов.
Пропускная способность канала измеряется в тех же единицах, что и скорость передачи информации.
В сетях передачи данных по одному каналу может одновременно происходить огромное количество процессов передачи информации (от многих источников ко многим получателям). При этом скорость передачи информации для каждой конкретной пары «источник — получатель» может быть разной, а пропускная способность канала — величина, как правило, постоянная.
Конспект урока по информатике «Процесс передачи информации».
