Как называется информация, с которой работает компьютер
Обновлено: 03.07.2024
Компьютер — это машина для обработки информации. Компьютеры обрабатывают данные для получения информации.
Наборы инструкций, которые люди дают компьютерам, называются программами или программным обеспечением.
Программное обеспечение, которое выполняет определенный тип задач для пользователя, часто называют прикладным программным обеспечением.
Есть много причин для использования компьютеров:
- Компьютеры могут работать намного быстрее людей;
- Компьютеры никогда не устают и не нуждаются в отдыхе.
- Компьютеры могут выполнять работу, которую человеку было бы опасно выполнять;
- Компьютеры могут хранить большие объемы информации на очень маленьком пространстве.
- Компьютеры могут очень быстро находить информацию;
- Компьютеры никогда не теряют и не помещают информацию не на место.
Три стадии вычислений: ввод, обработка и вывод.
Компьютер проходит через эти этапы, «запуская» программу. Программа — это набор пошаговых инструкций, которые точно сообщают компьютеру, что делать с входными данными, чтобы получить требуемый результат.
- Этот этап вычислений связан с передачей данных, необходимых программе, в компьютер.
- Для этого используются устройства ввода.
- Наиболее часто используемыми устройствами ввода являются мышь и клавиатура.
- Инструкции о том, что делать с входными данными, содержатся в программе.
- Во время обработки компьютер следует этим инструкциям, используя только что введенные данные.
- То, что компьютер производит в конце этого этапа, называется выводом.
- Этот этап вычислений связан с представлением обработанных данных в виде информации в удобной для пользователя форме.
- Для этого используются устройства вывода.
- Наиболее часто используемыми устройствами вывода являются экран, который также называется монитором или визуальным дисплеем (VDU), и принтер.
- Данные – это любой набор чисел, символов или других символов, закодированный в формате, который можно вводить в компьютер и обрабатывать.
- Данные сами по себе не имеют значения или контекста.
- Только после обработки компьютером данные обретают контекст и становятся информацией.
- Существует много типов данных
- Все данные в конечном итоге хранятся в виде набора чисел внутри компьютера.
- Данные могут быть введены пользователем в компьютер разными способами.
- К основным типам данных, которые можно вводить в компьютер и обрабатывать, относятся числовые данные, текст, даты, графика и звук.
Системы обработки данных
В этом видео рассматриваются системы обработки данных
- Оборудование — это название, которое дается любой части компьютера, к которой вы можете прикоснуться.
- Отдельное оборудование называется устройством.
- Основное аппаратное обеспечение любого компьютера состоит из центрального процессора (ЦП), а также устройств ввода, вывода и вспомогательных устройств хранения.
Центральный процессор (CPU)
- Это часть компьютера, где происходит поиск и сортировка данных, вычисления и принятие решений.
- ЦП содержит основную память, блок управления и арифметико-логическое устройство (ALU).
Введение в процессоры
В этом видео объясняются части процессора и функции каждой части. Центральный процессор содержит арифметико-логический блок, выполняющий все арифметические операции, а также функции И/ИЛИ, и блок управления, в котором принимаются решения о сборе и отправке данных.
Компьютер — это удивительно полезная универсальная технология, до такой степени, что теперь камеры, телефоны, термостаты и многое другое превратились в маленькие компьютеры. В этом разделе будут представлены основные части и темы работы компьютерного оборудования. «Оборудование» — это физические части компьютера, а «программное обеспечение» — код, работающий на компьютере.
Чипы и транзисторы
- Транзистор — жизненно важный электронный блок.
—Транзисторы являются «твердотельными» — в них нет движущихся частей.
— Одно из самых важных изобретений в истории.
— «Переключатель», который мы можем включить. /выключено электрическим сигналом - Кремниевый чип – кусочек кремния размером с ноготь.
- Микроскопические транзисторы выгравированы на кремниевых чипах
- Чипы могут содержать миллиарды транзисторов.
- Чипсы упакованы в пластик с металлическими ножками.
- напр.Микросхемы ЦП, микросхемы памяти, флэш-чипы
- Силикон (металлоид) и силикон (мягкое вещество на кухонной утвари)
Вот кремниевый чип в пластиковой упаковке. Я вытащил это из кучи электронных отходов в здании Stanford CS, так что, наверное, оно старое. Это небольшой чип с несколькими «контактами» электрического соединения. Позже мы увидим более крупный чип с сотнями контактов.
Внутри пластиковой упаковки находится кремниевый чип размером с ноготь с выгравированными на его поверхности транзисторами и другими компонентами. Крошечные провода соединяют чип с внешним миром. (лицензия CC, атрибуция на шареалке 3. пользователь википедии Zephyris)
В современных компьютерах используются крошечные электронные компоненты, которые можно выгравировать на поверхности кремниевого чипа. (См.: чип из Википедии) Обратите внимание, что кремний (микросхемы, солнечные панели) и силикон (мягкий резиновый материал) — это разные вещи!
Самым распространенным электронным компонентом является "транзистор", который работает как усилительный клапан для потока электронов. Транзистор является «твердотельным» устройством, то есть в нем нет движущихся частей. Это основной строительный блок, используемый для создания более сложных электронных компонентов. В частности, «бит» (ниже) можно построить с компоновкой из 5 транзисторов. Транзистор был изобретен в начале 1950-х годов, заменив вакуумную лампу. С тех пор транзисторы становились все меньше и меньше, что позволяло размещать все больше и больше их на кремниевом чипе.
Закон Мура
- Транзисторы становятся в 2 раза меньше примерно каждые 2 года
– иногда указывается срок службы около 18 месяцев. - Может вместить в два раза больше транзисторов на чип
- Из-за более совершенной технологии травления чипов
-Но современный завод по производству чипов стоит более 1 миллиарда долларов - Наблюдение против научного "закона"
- 2 эффекта:
- а. чипы удваивают емкость каждые 2 года
-скорость не удваивается, емкость удваивается, что по-прежнему очень полезно - б. или при неизменной емкости чипы становятся меньше и дешевле каждые 2 года.
- (б) вот почему компьютеры теперь используются в автомобилях, термостатах и поздравительных открытках.
- Пример: емкость MP3-плеера 50 долларов США каждые 2 года: 2 ГБ, 4 ГБ, 8 ГБ, 16 ГБ.
- Практическое правило: увеличение емкости в 8 раз каждые 6 лет.
- В 8 раз за 6 лет емкость вашего телефона может увеличиться в 8 раз
- Вероятно, закон Мура не будет действовать вечно
Закон Мура (Гордон Мур, соучредитель Intel) гласит, что плотность транзисторов на микросхеме удваивается примерно каждые 2 года (иногда указывается каждые 18 месяцев). Увеличение связано с улучшением технологии производства чипов. Это не научный закон, а просто общее предсказание, которое, кажется, продолжает работать. В более широком смысле он отражает идею о том, что на доллар компьютерные технологии (не только транзисторы) с течением времени становятся лучше в геометрической прогрессии. Это совершенно ясно, если вы посмотрите на стоимость или возможности компьютеров/камер и т. д., которые у вас есть. Закон Мура приводит к появлению более мощных компьютеров (сравните возможности iPhone 7 и оригинального iPhone), а также к более дешевым компьютерам (компьютеры с меньшими возможностями появляются повсюду, например, в термостатах и автомобилях).
Компьютеры в жизни: системы управления
- Система управления: реагирует на внешнее состояние
- напр. автомобильный двигатель: изменяйте топливную смесь в зависимости от температуры
- напр. сработала подушка безопасности при больших перегрузках от столкновения
- Чипы — отличный и дешевый способ создания систем управления.
- Докомпьютерные системы управления работали не так хорошо
- Одна из причин, почему сегодня автомобили работают намного лучше
Система управления / Демонстрация фонарика Мура
- У фонарика Maglite XL200 есть фишка
- Пример системы управления
- Закон Мура делает возможным такое применение чипа
- Фонарик преобразует угловое положение в яркость. (1 клик)
- Также есть угол для режима скорости моргания. (2 клика)
Компьютерное оборудование — ЦП, ОЗУ и постоянное хранилище
Теперь давайте поговорим о трех основных компонентах, из которых состоит компьютер: ЦП, ОЗУ и постоянном хранилище. Эти три компонента есть на всех компьютерах: ноутбуках, смартфонах и планшетах.
1. ЦП
- ЦП – центральный процессор
- Действует как мозг: следует инструкциям в коде.
- "общее" — изображения, работа в сети, математика... все на ЦП
- Выполняет вычисления, например. добавить два числа
- по сравнению с ОЗУ и постоянное хранилище, в которых только хранятся данные
- "гигагерц" = 1 миллиард операций в секунду
- ЦП с частотой 2 ГГц выполняет 2 миллиарда операций в секунду.
ЦП — центральный процессор — неизбежно называют "мозгом" компьютера. ЦП выполняет активный «запуск» кода, манипулируя данными, в то время как другие компоненты играют более пассивную роль, например, хранят данные. Когда мы говорим, что компьютер может «складывать два числа миллиард раз в секунду»… это процессор. Когда вы нажимаете кнопку «Выполнить», ЦП в конечном итоге «запускает» ваш код. Позже мы дополним картину того, как ваш код Javascript выполняется процессором.
Кроме того: "ядра" процессора
- Современные чипы ЦП имеют несколько ядер.
- Каждое ядро является полунезависимым процессором.
- Ключ: 4 ядра не в 4 раза быстрее, чем 1 ядро.
- т.е. 4 машины не доставят вас туда быстрее, чем 1 машина
- Убывающая отдача
- Более 4 ядер часто бесполезны
Примеры ЦП
- напр. Кнопка "Выполнить" — "распечатать информацию", посчитать.
- напр. Отправить текстовое сообщение — отформатировать байты, отправить байты, проверить, что они были отправлены
Вариант CPU: GPU — графический процессор
- Подобен процессору, но предназначен для обработки изображений.
- Компьютерные игры активно используют GPU
- Современные ЦП в большинстве случаев достаточно быстры, больше энергии уходит на ГП.
2. ОЗУ
- ОЗУ – оперативное запоминающее устройство
- Действует как доска.
- Временное рабочее хранилище, байты
- ОЗУ хранит как код, так и данные (временно)
- напр. открыть изображение в Photoshop
- данные изображения загружаются в байты оперативной памяти - напр. добавление 2 к числу в калькуляторе
- управление байтами в оперативной памяти - "постоянная"
-ОЗУ не является постоянной. Состояние исчезает при выключении питания
-e.g. Вы работаете над документом, затем отключается электричество, и вы теряете свою работу (вместо "Сохранить")
ОЗУ — оперативное запоминающее устройство или просто «память». Оперативная память — это оперативная память, которую компьютер использует для хранения кода и данных, которые активно используются. ОЗУ фактически является областью хранения байтов под управлением ЦП. Оперативная память относительно быстра и способна извлекать значение любого конкретного байта за несколько наносекунд (1 наносекунда составляет 1 миллиардную долю секунды). Другая важная особенность ОЗУ заключается в том, что оно сохраняет свое состояние только до тех пор, пока на него подается питание — ОЗУ не является «постоянным» хранилищем.
Предположим, вы работаете на своем компьютере, и он внезапно теряет питание, и экран гаснет. Вы понимаете, что то, над чем вы работали, пропало. Оперативная память была очищена, осталось только то, что вы в последний раз сохранили на диск (ниже).
Примеры оперативной памяти
- В вашем браузере открыто много вкладок
– данные для каждой вкладки находятся в оперативной памяти - Выполняется программа
- код программы находится в оперативной памяти - Программа манипулирует большим изображением
- данные изображения находятся в оперативной памяти - напр. у вас может закончиться оперативная память — вы не сможете открыть новую вкладку или программу, потому что вся оперативная память занята
- Кроме того, теперь телефоны имеют от 2 до 4 ГБ ОЗУ . достаточно для большинства целей
3. Постоянное хранилище: жесткий диск, флэш-накопитель
- Постоянное хранение байтов
- "Постоянный" означает сохранение, даже если питание отключено.
- напр. Жесткий диск — хранит байты в виде магнитного узора на вращающемся диске.
— он же «жесткий диск».
— Высокий звук вращения, который вы, возможно, слышали. - Жесткие диски долгое время были основной технологией постоянного хранения данных.
- НО сейчас Flash становится все более популярным.
Видео о том, как работает жесткий диск (Webm — открытый стандартный видеоформат, работает в Firefox и Chrome). 4:30 в видео, чтобы увидеть чтение/запись битов.
Постоянное хранилище, новая технология: флэш-память
- "Flash" – это транзисторная технология постоянного хранения данных.
"твердое состояние" – отсутствие движущихся частей. -aka "SSD": твердотельный накопитель - Флэш-память лучше жесткого диска во всех отношениях, но стоит дешевле: быстрее, надежнее, потребляет меньше энергии.
- Флэш дороже в пересчете на байт.
- Форматы: USB-ключ, SD-карта в камере, флэш-память, встроенная в телефон, планшет или компьютер.
- Раньше флэш-память была очень дорогой, поэтому в большинстве компьютеров использовались жесткие диски.
- Flash дешевеет (закон Мура)
- Однако в пересчете на байт жесткие диски по-прежнему значительно дешевле.
- Не путать с проприетарным мультимедийным форматом Adobe Flash.
- Предупреждение: флэш-память не сохраняется вечно. Он может не хранить биты за последние 10 или 20 лет. Никто точно не знает
Постоянное хранилище — долговременное хранилище байтов в виде файлов и папок. Постоянный означает, что байты сохраняются даже при отключении питания. Ноутбук может использовать вращающийся жесткий диск (также известный как «жесткий диск») для постоянного хранения файлов. Или он может использовать «флэш-накопитель», также известный как твердотельный диск (SSD), для хранения байтов на флэш-чипах.Жесткий диск считывает и записывает магнитные узоры на вращающемся металлическом диске для хранения байтов, в то время как флэш-память является «твердотельной»: никаких движущихся частей, только кремниевые чипы с крошечными группами электронов для хранения байтов. В любом случае хранилище является постоянным, т. е. сохраняет свое состояние даже при отключении питания.
Флэш-накопитель работает быстрее и потребляет меньше энергии, чем жесткий диск. Однако в пересчете на байт флэш-память значительно дороже, чем хранилище на жестком диске. Flash дешевеет, поэтому может занять нишу за счет жестких дисков. Флэш-память намного медленнее, чем оперативная память, поэтому она не является хорошей заменой оперативной памяти. Обратите внимание, что Adobe Flash — это несвязанное понятие; это проприетарный медиаформат.
Флэш-память — это то, что лежит в основе USB-накопителей, SD-карт для использования в камерах или встроенной памяти в планшете или телефоне.
Файловая система
- Как организованы байты в постоянном хранилище?
- напр. Байты на флешке?
- "Файловая система" – организация байтов постоянного хранилища, файлов и папок.
- "Файл" — имя, дескриптор блока байтов.
- напр. "flowers.jpg" означает 48 КБ данных изображения.
Жесткий диск или флэш-накопитель обеспечивает постоянное хранение в виде плоской области байтов без особой структуры. Обычно жесткий диск или флэш-диск отформатированы с использованием «файловой системы», которая организует байты в знакомый шаблон файлов и каталогов, где каждый файл и каталог имеют несколько полезное имя, например «resume.txt». Когда вы подключаете диск к компьютеру, компьютер представляет файловую систему диска пользователю, позволяя ему открывать файлы, перемещать файлы и т. д.
По сути, каждый файл в файловой системе относится к блоку байтов, поэтому имя «flowers.jpg» относится к блоку 48 КБ байтов, которые являются данными этого изображения. Фактически файловая система дает пользователю имя (и, возможно, значок) для блока байтов данных и позволяет пользователю выполнять операции с этими данными, например перемещать их, копировать или открывать с помощью программы. Файловая система также отслеживает информацию о байтах: их количество, время последнего изменения.
Microsoft использует проприетарную файловую систему NTFS, а Mac OS X имеет собственный эквивалент HFS+ от Apple. Многие устройства (камеры, MP3-плееры) используют на своих флеш-картах очень старую файловую систему Microsoft FAT32. FAT32 — старая и примитивная файловая система, но она хороша там, где важна широкая поддержка.
Примеры постоянного хранилища
- Это легко понять, так как вы использовали файлы и файловые системы.
- напр. 100 отдельных видеофайлов по 1 ГБ. Требуется 100 ГБ дискового пространства.
Изображения оборудования
Ниже представлены изображения недорогих компьютеров Shuttle с процессором 1,8 ГГц, 512 МБ ОЗУ и жестким диском на 160 ГБ. Примерно в 2008 году он стоил около 200 долларов США. Он сломался и стал классным примером.
- Материнская плата
- Металлический пакет ЦП, удерживаемый рычагом
- Медный радиатор
- Чип процессора в металлическом корпусе
- Радиатор удален.
- Низ упаковки... много соединений (маленькие провода)
Если перевернуть ЦП, видны маленькие позолоченные накладки в нижней части ЦП. Каждая контактная площадка соединена очень тонким проводом с точкой на кремниевом чипе.
Вот изображение другого чипа, но без верхней упаковки. Вы видите кремниевый чип размером с мизинец в центре с выгравированными на нем крошечными деталями транзистора. На краю чипа видны очень тонкие провода, соединяющие части чипа с внешними контактными площадками (лицензия CC, атрибуция 3. пользователь википедии Zephyris)
- Карта оперативной памяти
- Подключается к материнской плате
- Карта на 512 МБ (4 чипа)
Оперативная память состоит из нескольких микросхем, объединенных в небольшую плату, известную как DIMM, которая вставляется в материнскую плату (модуль памяти с двумя встроенными разъемами). Здесь мы видим модуль RAM DIMM, извлеченный из разъема материнской платы. Это модуль DIMM емкостью 512 МБ, состоящий из 4 микросхем. Несколькими годами ранее этот модуль DIMM мог потребовать 8 микросхем для хранения 512 МБ. Закон Мура в действии.
- Жесткий диск объемом 160 ГБ (постоянное хранилище)
- т.е. постоянный
- Подключается к материнской плате стандартным кабелем SATA.
- Флэш-накопитель (другой тип постоянного хранилища)
- т.е. постоянный
- Содержит флэш-чип, твердотельный.
- SD-карта, аналогичная идея
Здесь он разобран, показывая флэш-чип, который фактически хранит байты. Этот чип может хранить около 1 миллиарда бит... сколько это байтов? (A: 8 бит на байт, то есть около 125 МБ)
Вот "SD-карта", которая обеспечивает хранение в камере. Он очень похож на флешку, только другой формы.
Компьютер — это устройство для работы с информацией. Информация может быть числами, словами, изображениями, фильмами или звуками. Компьютерная информация также называется данными. Компьютеры могут очень быстро обрабатывать огромные объемы данных. Они также хранят и отображают данные.
Люди используют компьютеры каждый день на работе, в школе и дома. Компьютеры используются на фабриках для контроля производства и в офисах для ведения записей. Люди также используют компьютеры для отправки электронной почты, написания отчетов, покупок, банковских операций, прослушивания музыки и игр. Интернет, представляющий собой огромную сеть связанных компьютеров, предоставляет информацию со всего мира.
Типы компьютеров
Компьютеры бывают разных форм. Суперкомпьютеры — это очень мощные и дорогие компьютеры, которые используются для сложной работы, например для прогнозирования погоды. Настольные персональные компьютеры или ПК используются для выполнения задач в офисе, в школе и дома. Ноутбуки, ноутбуки и планшетные компьютеры выполняют те же функции, что и ПК, но они меньше по размеру и их легко носить с собой. Персональные цифровые помощники, или КПК, представляют собой карманные компьютеры. Некоторые очень маленькие компьютеры используются для управления машинами. Они встроены в такие вещи, как самолеты, заводские роботы, автомобили и даже бытовую технику.
Компьютерное оборудование и программное обеспечение
Компьютерная система требует как аппаратного, так и программного обеспечения. Аппаратное обеспечение — это физические части компьютера. Программное обеспечение — это программы или инструкции, которые сообщают оборудованию, что делать.
Все компьютеры имеют одинаковое базовое оборудование. Микропроцессор — это «мозг» компьютера. Его также называют процессором или центральным процессором. Микропроцессор обрабатывает всю информацию, поступающую в компьютер и выходящую из него. Память — это аппаратное обеспечение, в котором хранятся программы и данные, пока их использует микропроцессор.
Программы и данные постоянно хранятся на оборудовании, называемом устройствами хранения. Большинство компьютеров имеют запоминающее устройство, называемое жестким диском. Жесткий диск хранит данные на металлическом диске внутри компьютера. Некоторые устройства хранения помещают данные на диски, которые можно легко перемещать с одного компьютера на другой. К таким дискам относятся CD и DVD. Они упрощают обмен данными.
Устройства ввода и вывода — это другие типы оборудования. Устройства ввода позволяют пользователю вводить данные или команды в компьютер. К устройствам ввода относятся клавиатура и мышь. Устройства вывода позволяют пользователю видеть или слышать результаты, полученные компьютером. К устройствам вывода относятся монитор (или экран), принтер и динамики.
Коммуникационные или сетевые устройства соединяют компьютеры друг с другом. Они позволяют людям отправлять данные с одного компьютера на другой и подключаться к Интернету. Модемы — это устройства связи, которые могут передавать данные по телефонным проводам или телевизионным кабелям. Некоторые компьютеры используют устройства беспроводной связи. Они отправляют данные по воздуху с помощью небольшой антенны.
Компьютерное программное обеспечение делится на два основных типа: операционная система и прикладное программное обеспечение. Операционная система контролирует совместную работу различных частей оборудования. Прикладное программное обеспечение дает компьютеру инструкции для выполнения определенных задач, таких как обработка текста или игра в игры.
Как работают компьютеры
Большинство компьютеров являются электронными устройствами. Это означает, что они работают с электричеством. Все компьютерные данные передаются крошечными потоками электричества, называемыми электрическими токами. Микропроцессор содержит тысячи или миллионы крошечных электронных частей, называемых транзисторами. Транзисторы работают как переключатели. Они управляют потоком электрического тока.
Компьютеры используют эти электрические токи для представления чисел 0 и 1. Компьютеры используют только эти два числа, потому что транзисторы, как и выключатели света, имеют только два состояния: они либо включены, либо выключены. Транзистор, который «включен», представляет собой одно из чисел. «Выключенный» транзистор представляет другой. Компьютеры используют строки из 0 и 1 для обозначения букв, звуков и всех других данных, с которыми они работают. Например, компьютер хранит слово «собака» в виде трех чисел: 01100100 (d), 01101111 (o) и 01100111 (g).
Компьютеры могут понимать только эти комбинации нулей и единиц. Все инструкции, которым следует компьютер, должны быть в этой форме. Но людям трудно работать с шаблонами длинных чисел. Так что люди, которые пишут компьютерные программы, называемые программистами, говорят на своих особых языках. К ним относятся языки программирования BASIC, Java и C++. Компьютер превращает языки программирования в числовые шаблоны, которые он может понять.
Программисты используют эти языки для написания инструкций для компьютера. Инструкции сообщают компьютеру, как обрабатывать данные. Инструкции состоят из алгоритмов, представляющих собой серию шагов, используемых для решения проблемы.
История
Английский изобретатель Чарльз Бэббидж сконструировал первый компьютер в 1830 году.Он был механическим, а не электронным, потому что ученые еще не знали, как работает электричество. В конструкции требовалось более 50 000 движущихся частей. Машина была разработана для выполнения инструкций, которые люди вводили с помощью перфокарт. Он был настолько сложным, что Бэббидж так и не построил его. Но он по-прежнему считается первым компьютером.
Первые электронные компьютеры были изобретены в 1940-х годах. Вместо механических частей они использовали электронные переключающие устройства, называемые вакуумными лампами. Эти компьютеры были настолько большими, что один из них занимал целую комнату. Они стоят миллионы долларов.
Компьютеры улучшились после того, как в 1947 году был изобретен транзистор. Транзистор представлял собой электронное переключающее устройство, которое было намного меньше и работало лучше, чем электровакуумная лампа. К 1960 году транзисторы в основном заменили электронные лампы в компьютерах. Новые компьютеры были меньше и доступнее, чем раньше.
Как включить интерактивную доску Smart Board на компьютере