10ux-1_���ன�⢮����

1. Компьютер

1
Компьютер
• Основные принципы устройства
компьютеров
• Магистрально-модульная организация
компьютера
• Процессор
• Память
• Устройства ввода и вывода
• Современные компьютерные системы
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

2. Компьютер

2
Компьютер
Основные принципы
устройства компьютеров
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

3. Принципы устройства компьютеров

3
Компьютер, 10 класс
Принципы устройства компьютеров
А. Беркс, Г. Голдстайн и Дж. фон Нейман:
«Предварительное рассмотрение логической конструкции
электронного вычислительного устройства» (1946)
• состав основных компонентов вычислительной
машины
• принцип двоичного кодирования
• принцип адресности памяти
• принцип иерархической (многоуровневой)
организации памяти
• принцип хранимой программы
• принцип программного управления
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

4. Архитектура фон Неймана

4
Компьютер, 10 класс
Архитектура фон Неймана
устройства
ввода
обрабатывает
данные
внутренняя
память
временное
хранение
данных во
время
обработки
процессор
(АЛУ, УУ)
устройства
вывода
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
долговременное
хранение данных
внешняя
память
обеспечивает
выполнение
программы
Джон фон Нейман
(1903-1957)
http://kpolyakov.spb.ru

5. Принцип двоичного кодирования

5
Компьютер, 10 класс
Принцип двоичного кодирования
Все данные хранятся в двоичном коде.
Lorem ipsum dolor
sit amet,
consectetur
adipisicing elit, sed
do eiusmod tempor
incididunt ut labore
et dolore magna
aliqua
100101010100…
проще устройства для
хранения и обработки
данных
Троичная ЭВМ «Сетунь» (1959)
Н.П. Брусенцов
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

6. Принцип адресности памяти

6
Компьютер, 10 класс
Принцип адресности памяти
• оперативная память состоит из отдельных
битов
• группы соседних битов объединяется в ячейки
Ячейка — это минимально возможный считываемый
из памяти объём данных: невозможно прочитать
меньшее количество битов.
• каждая ячейка имеет свой адрес (номер)
• нумерация ячеек начинается с нуля
• за один раз можно прочитать или записать
только целую ячейку
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

7. Принцип адресности памяти

7
Компьютер, 10 класс
Принцип адресности памяти
• размеры ячеек:
у первых ЭВМ – 36, 48, 60 битов
сейчас – 8 битов
Первые ЭВМ (I и II поколения)
200
201
202
203
204
205
III и IV поколения
200
числа
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
200
204
205
206
207
208
208
201
202
203
символы
числа
209
20 B
20 A
http://kpolyakov.spb.ru

8. Память с произвольным доступом

8
Компьютер, 10 класс
Память с произвольным доступом
RAM = Random Access Memory
чтение данных из ячеек и запись в них в произвольном
порядке
• ОЗУ – оперативное запоминающее устройство
(оперативная память)
• ПЗУ – постоянное запоминающее устройство
ROM = Read Only Memory
▫ содержит программное обеспечение для загрузки и
тестирования компьютера
▫ запись запрещена
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

9. Иерархическая организация памяти

9
Компьютер, 10 класс
Иерархическая организация памяти
Требования к памяти:
• большой объём
• высокая скорость доступа
! Эти требования противоречивы!
Использование несколько уровней памяти:
• внутренняя память (небольшой объём, высокое
быстродействие)
• внешняя память (большой объём, низкое
быстродействие)
• …
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

10. Принцип хранимой программы

10
Компьютер, 10 класс
Принцип хранимой программы
Фрагмент коммутационной панели IBM-557
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Код программы хранится в ПЗУ или во внешней памяти и
загружается в ОЗУ для решения задач.
! Программа хранится в единой памяти
вместе с данными!
В гарвардской архитектуре есть
отдельные области памяти для
программ и данных!
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

11. Принцип программного управления

11
Компьютер, 10 класс
Принцип программного управления
• программа – это набор команд
• команды выполняются процессором автоматически
в определённом порядке
?
А как?
ячейка памяти
внутри
процессора
Счётчик адреса команд – это регистр процессора, в
котором хранится адрес следующей команды.
IP (Instruction Pointer) в процессорах Intel
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

12. Основной алгоритм работы процессора

12
Компьютер, 10 класс
Основной алгоритм работы процессора
1) выбрать команду
2) записать в счётчик команд адрес следующей команды
3) выполнить команду
4) перейти к п. 1
? Что будет при включении компьютера?
Начальный адрес может заноситься
• вручную (в первых ЭВМ)
• из ПЗУ, аппаратно (тестирование, потом передача
управления загрузчику операционной системы)
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

13. Что такое архитектура?

13
Компьютер, 10 класс
Что такое архитектура?
Архитектура компьютера – это общие принципы
построения конкретного семейства компьютеров (PDP,
ЕС ЭВМ, Apple, IBM PC, …).
• принципы построения системы команд и их
кодирования
• форматы данных и особенности их машинного
представления
• алгоритм выполнения команд программы
• способы доступа к памяти и внешним устройствам
• возможности изменения конфигурации оборудования
К архитектуре НЕ относятся особенности конкретного
компьютера: набор микросхем, тип жёсткого диска,
ёмкость памяти, тактовая частота и т.д.
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

14. I поколение ЭВМ (1945 – 1955)

Компьютер, 10 класс
14
I поколение ЭВМ (1945 – 1955)
• на электронных лампах
• быстродействие 10-20 тыс. операций в секунду
• каждая машина имеет свой язык
• нет операционных систем
• ввод и вывод: перфоленты,
перфокарты, магнитные
ленты
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

15. II поколение ЭВМ (1955 – 1965)

15
Компьютер, 10 класс
II поколение ЭВМ (1955 – 1965)
• на транзисторах
(1947, Дж. Бардин, У. Брэттейн и У. Шокли)
• до 200 тыс. операций в секунду
• первые операционные системы
• первые языки программирования:
Фортран (1957), Алгол (1959)
TX-0
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
БЭСМ-6
http://kpolyakov.spb.ru

16. III поколение ЭВМ (1965 – 1975)

16
Компьютер, 10 класс
III поколение ЭВМ (1965 – 1975)
• на интегральных микросхемах
(1958, Дж. Килби)
• быстродействие до 1 млн. операций в секунду
• оперативная памяти – сотни Кбайт
• операционные системы – управление памятью,
устройствами, временем процессора
• языки программирования Бэйсик (1965),
Паскаль (1970, Н. Вирт), Си (1972, Д. Ритчи)
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

17. IV поколение ЭВМ (после 1975)

17
Компьютер, 10 класс
IV поколение ЭВМ (после 1975)
• большие и сверхбольшие
интегральные схемы (БИС, СБИС)
• суперкомпьютеры
• персональные компьютеры
• пользователи-непрофессионалы
• более 1 млрд. операций в секунду
• оперативная памяти – до нескольких гигабайт
• многопроцессорные системы
• компьютерные сети
• мультимедиа (графика, анимация, звук)
• мобильные устройства
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

18. Особенности мобильных компьютеров

18
Компьютер, 10 класс
Особенности мобильных компьютеров
процессор
память
аккумулятор
контроллер
дисплея
SIM-карта (Subscriber
Identification Module)
Адаптер Bluetooth
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
беспроводные
наушники
и микрофон
http://kpolyakov.spb.ru

19. Особенности мобильных устройств

19
Компьютер, 10 класс
Особенности мобильных устройств
Требования:
• уменьшенные размеры и вес
• специальные функции (приём и передача
речи)
• экономия заряда аккумулятора
• геолокация (GPS)
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

20. Особенности мобильных устройств

20
Компьютер, 10 класс
Особенности мобильных устройств
Архитектура ARM = Advanced RISC Machine –
усовершенствованная RISC-машина
• процессор + ОЗУ + модули беспроводной
связи на одном кристалле
• уменьшенное потребление энергии
• экономичные («спящие») режимы
• команды для цифровой обработки звука
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

21. Компьютер

21
Компьютер
Магистрально-модульная
организация компьютера
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

22. Взаимодействие устройств

22
Компьютер, 10 класс
Взаимодействие устройств
Шина (или магистраль) – это группа линий связи для
обмена данными между несколькими устройствами
компьютера.
процессор
(АЛУ, УУ)
внутренняя
память
шина адреса
шина данных
шина управления
К
К
К
устройства
ввода
устройства
вывода
внешняя
память
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

23. Контроллеры

23
Компьютер, 10 класс
Контроллеры
Контроллер — это электронная схема для управления
внешним устройством и простейшей предварительной
обработки данных.
шина адреса
шина данных
шина управления
К
контроллер клавиатуры
контроллер диска
устройство
сетевая карта
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
видеокарта
http://kpolyakov.spb.ru

24. Архитектура современных компьютеров

24
Компьютер, 10 класс
Архитектура современных компьютеров
Магистрально-модульная архитектура: набор
устройств (модулей) легко расширяется путём
подключения к шине (магистрали).
Принцип открытой архитектуры (IBM):
• спецификация на шину (детальное описание всех
параметров) опубликована
• производители могут выпускать новые совместимые
устройства
• на материнской плате есть стандартные разъёмы
• нужны драйвера (программы управления) для каждого
устройства
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

25. Обмен данными с внешними устройствами

25
Компьютер, 10 класс
Обмен данными с внешними устройствами
Программно-управляемый обмен – все операции ввода
и вывода предусмотрены в программе, их полностью
выполняет процессор.
▪ простота
▪ не нужно дополнительное оборудование
▪ процессор долго ждёт медленные устройства
! Идея: пусть устройство само сообщит,
что данные готовы (или оно готово к
приёму данных)!
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

26. Обмен данными с внешними устройствами

26
Компьютер, 10 класс
Обмен данными с внешними устройствами
Обмен по прерываниям – внешнее устройство передаёт
процессору запрос на обслуживание (прерывание).
• процессор прерывает выполнение программы и …
• переходит на программу обработки прерывания и …
• возвращается к прерванной программе
Контроллер прерываний – использует приоритет
различных типов прерываний
▪ процессор не ждёт устройства
▪ всю работу выполняет процессор
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

27. Прямой доступ к памяти (ПДП)

27
Компьютер, 10 класс
Прямой доступ к памяти (ПДП)
1. Передача «задания» контроллеру
процессор
процессор
ОЗУ
носитель
информации
ОЗУ
шина
шина
К
2. Ввод данных в ОЗУ
! Порт – это регистр контроллера,
К
к которому процессор
обращается по носитель
номеру!
линия не задействована
сигналы управления
информации
передача данных
! Ещё участвует
контроллер ПДП!
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

28. Обмен данными с внешними устройствами

28
Компьютер, 10 класс
Обмен данными с внешними устройствами
Прямой доступ к памяти (ПДП)
DMA = Direct Memory Access
обмен данными выполняет внешнее устройство по
команде центрального процессора.
• процессор готовит обмен:
программирует контроллер ПДП
• контроллер ПДП пересылает данные
▪ процессор загружен минимально
▪ сложность (нужен контроллер ПДП)
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

29. Компьютер

29
Компьютер
Процессор
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

30. Что такое процессор?

30
Компьютер, 10 класс
Что такое процессор?
Процессор – это устройство, предназначенное для
автоматического считывания команд программы, их
расшифровки и выполнения.
• AЛУ = арифметико-логическое устройство,
выполняет обработку данных
• УУ = устройство управления, которое управляет
выполнением программы
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

31. Регистры процессора

31
Компьютер, 10 класс
Регистры процессора
Регистр — это ячейка быстродействующей оперативной
памяти, расположенная внутри процессора.
Счётчик адреса команд – это регистр процессора, в
котором хранится адрес следующей команды.
Регистры общего назначения – это регистры,
содержимое которых может изменять программа
пользователя.
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

32. Регистры общего назначения (РОН)

32
Компьютер, 10 класс
Регистры общего назначения (РОН)
Для процессоров Intel:
63
H = High
(старший
байт)
32 31
L = Low
(младший
байт)
16 15
8 7
AH
0
AL
AX
EAX
RAX
Обработка 8-, 16-, 32- и 64-битовых данных.
Есть RBX, RCX, RDX и др…
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

33. АЛУ

33
Компьютер, 10 класс
АЛУ
• 2 регистра
• сумматор
• схема управления операциями
Регистр состояния процессора – биты
устанавливаются по результату R последней операции
бит Z (zero) – установлен, если R = 0
бит N (negative) – установлен, если R < 0
бит C (carry) – установлен, если произошел перенос
R 0:
N or Z
R 0:
not N
! АЛУ работает с целыми числами, специальный
блок FPU (Floating Point Unit) – с вещественными!
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

34. Устройство управления

34
Компьютер, 10 класс
Устройство управления
• извлечение из памяти очередной команды
• расшифровка команды, определение необходимых
действий
• определение адресов ячеек памяти, где находятся
исходные данные
• занесение в АЛУ исходных данных
• управление выполнением операции
• сохранение результата
команда
микрокоманда микрокоманда
…
микрокоманда
генератор тактовых
импульсов
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

35. Основные характеристики процессора

35
Компьютер, 10 класс
Основные характеристики процессора
Тактовая частота — количество тактовых импульсов в
секунду.
1 ГГц (гигагерц) = 1 млрд герц = 109 герц
! Недостаточно для сравнения быстродействия!
Разрядность — это максимальное количество двоичных
разрядов, которые процессор способен обработать за
одну команду.
• разрядность регистров
• разрядность шины данных
• разрядность шины адреса R
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
Величина адресного
пространства 2R байтов
http://kpolyakov.spb.ru

36. Система команд процессора

36
Компьютер, 10 класс
Система команд процессора
• команды передачи (копирования) данных
• арифметические операции
• логические операции, например «НЕ», «И», «ИЛИ»,
«исключающее ИЛИ»
• команды ввода и вывода
• команды переходов (условного, безусловного)
! Совместимость: новые модели
поддерживают все команды предыдущих!
Intel 8080 → Pentium III → Core i7
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

37. Система команд процессора

37
Компьютер, 10 класс
Система команд процессора
81 C 2 01 01
код регистра DX
код операции
ADD (сложить
регистр и число)
на языке
ассемблера
число 10116
ADD DX, 101h
операнды – данные, с
которыми выполняется
операция
DX := DX + 10116
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

38. СISC-процессоры

38
Компьютер, 10 класс
СISC-процессоры
CISC = Complex Instruction Set Computer, компьютер с
набором сложных команд
• команды разной длины
• есть сложные команды (умножение, деление, …)
• команды выполняются за разное число тактов
• есть операции с данными в памяти
• мало регистров
▪ удобство программирования
▪ сложно проектировать процессор
▪ ниже быстродействие
! Многие сложные команды используются редко!
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

39. RISC-процессоры

39
Компьютер, 10 класс
RISC-процессоры
RISC = Reduced Instruction Set Computer, компьютер с
упрощённым набором команд
• команды одинаковой длины (32 бита, …)
• только простые команды (сложение и т.п.)
• команды выполняются
за 1 такт
А умножение?
• только две операции с памятью – чтение (LOAD) в
регистр и запись (STORE) из регистра
• много регистров (32, …)
?
▪ проще аппаратура
▪ выше быстродействие
▪ сложнее писать программы
! Современные процессоры: CISC-команды
выполняются RISC-ядром!
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

40. Компьютер

40
Компьютер
Память
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

41. Что такое компьютерная память?

41
Компьютер, 10 класс
Что такое компьютерная память?
Память — это компьютер, которое используется для
записи, хранения и выдачи по запросу команд
программы и данных.
• внутренняя или основная (для хранения программ
и данных в момент решения задачи), ОЗУ и ПЗУ
• внешняя или долговременная (… на длительный
срок)
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

42. Внутренняя память – ОЗУ

42
Компьютер, 10 класс
Внутренняя память – ОЗУ
RAM = Random Access Memory, обращение к ячейкам в
любом порядке.
ОЗУ = оперативное запоминающее устройство
1) на электронно-лучевых трубках
2) на магнитных сердечниках
сейчас:
3) на триггерах (статическая):
регистры, кэш-память
4) на полупроводниковых
конденсаторах (динамическая):
большая ёмкость
меньшая стоимость
меньшее быстродействие
потребляет больше электроэнергии
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

43. Внутренняя память – ПЗУ

43
Компьютер, 10 класс
Внутренняя память – ПЗУ
ПЗУ = постоянное запоминающее устройство
первые: информация заносится только на заводе
затем программируемые ПЗУ
затем перепрограммируемые ПЗУ (флэш-память)
Минимальный набор программ:
• тестирование компьютера
• программа начальной загрузки
• программы для обмена данными с клавиатурой,
монитором, принтером
В компьютерах IBM PC:
BIOS = Basic Input/Output System
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

44. Внешняя память

44
Компьютер, 10 класс
Внешняя память
Внешняя память — часть памяти компьютера, которая
используется для долговременного хранения программ
и данных.
Устройства внешней памяти = накопители:
• на магнитных дисках
• на оптических дисках
• флэш-память
•…
контроллер
К
носитель
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

45. Внешняя память

45
Компьютер, 10 класс
Внешняя память
• данные располагается блоками (на дисках – сектора)
• блок данных читается и пишется как единое целое;
работать с частью блока невозможно
• прежде чем процессор сможет использовать
программу или данные, их нужно загрузить из
внешней памяти в ОЗУ
• обменом данными управляют контроллеры
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

46. Виды внешней памяти

46
Компьютер, 10 класс
Виды внешней памяти
• перфоленты, перфокарты
• магнитные ленты, магнитные диски
! Файловые системы!
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

47. Виды внешней памяти

47
Компьютер, 10 класс
Виды внешней памяти
• оптические диски
CD (Compact Disk)
DVD (Digital Versatile Disk)
Blu-ray Disk
до 700 Мбайт
до 17,1 Гбайт
до 500 Гбайт
• флэш-память
флэш-карты
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
флэш-накопители
SSD
(Solid State Drive)
http://kpolyakov.spb.ru

48. Иерархия памяти

48
Компьютер, 10 класс
Иерархия памяти
компьютер
процессор
регистры
кэш-память
объем
ОЗУ
быстродействие,
стоимость бита
внешняя память
(диски)
компьютерные сети
память
расположить
внутри процессора?
ОЗУ?
? Какая
? Где
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

49. Кэш-память

49
Компьютер, 10 класс
Кэш-память
Кэш-память — это память, ускоряющая работу другого
(более медленного) типа памяти, за счёт сохранения
прочитанных данных на случай повторного обращения
к ним.
• статическая память (на триггерах)
• нет собственных адресов ячеек
• кэш программ и данных отдельно
процессор
контроллер
кэш-памяти
2-й раз
1-й раз
кэш-память
ОЗУ
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

50. Кэш-память

50
Компьютер, 10 класс
Кэш-память
Проблемы:
• небольшой объём, быстро заполняется
• при изменении данных в регистрах нужно
обновлять кэш
Решаются контроллером кэш-памяти.
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

51. Виртуальная память

51
Компьютер, 10 класс
Виртуальная память
• увеличение размера программы
• увеличение объема обрабатываемых данных (до
Тбайтов)
• запуск нескольких программ одновременно
! Требуется больше ОЗУ, чем реально
установлено на компьютере!
страницы
виртуальной
памяти
адресное пространство процессора
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

52. Основные характеристики памяти

52
Компьютер, 10 класс
Основные характеристики памяти
Информационная ёмкость — это максимально
возможный объём данных, который может сохранить
данное устройство памяти (Гбайт, Тбайт, …).
Для дисков – форматированная («полезная») ёмкость и
неформатированная (+ место для служебной разметки)
Время доступа — интервал времени от момента
посылки запроса информации до момента получения
результата на шине данных.
ОЗУ – наносекунды(1 нс = 10–9 с)
жёсткие диски — миллисекунды (1 мс = 10–3 с).
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

53. Основные характеристики памяти

53
Компьютер, 10 класс
Основные характеристики памяти
Средняя скорость передачи данных — это
количество передаваемых за единицу времени
данных после непосредственного начала операции
чтения (Мбайт/с).
+ для дисков – частота вращения
+ стоимость 1 бита или стоимость 1 Гбайта
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

54. Компьютер

54
Компьютер
Устройства ввода и вывода
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

55. Что такое устройство ввода?

55
Компьютер, 10 класс
Что такое устройство ввода?
Устройством ввода называется устройство, которое:
позволяет человеку отдавать компьютеру команды
и/или выполняет первичное преобразование данных в
форму, пригодную для хранения и обработки в
компьютере.
? Что не относится к устройствам ввода?
сенсорная панель
флэш-накопитель
(touchpad)
сканер
микрофон
жесткий диск
джойстик
мышь графический
планшет
датчики
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
сетевая карта
http://kpolyakov.spb.ru

56. Клавиатура

56
Компьютер, 10 класс
Клавиатура
Мембранная
▪ простая и дешёвая
▪ недолговечна (1-10 млн нажатий)
▪ со временем свойства ухудшаются (залипание,
нужны бόльшие усилия)
Механическая
▪ реакция быстрее
▪ 20-50 млн нажатий
▪ характеристики не меняются
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
▪ дороже
▪ тяжелее
http://kpolyakov.spb.ru

57. Контроллер клавиатуры

57
Компьютер, 10 класс
Контроллер клавиатуры
• опрашивает клавиши; фиксирует их нажатие или
отпускание;
• хранит скан-коды нескольких последних нажатых или
отпущенных клавиш;
• посылает требование прерывания центральному
процессору, передаёт ему скан-коды;
• управляет индикаторами клавиатуры;
• диагностика неисправностей клавиатуры
скан-коды
буфер клавиатуры
– 43 +43 –12 – 78 +78 +12
контроллер
клавиатуры
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
прерывание
центральный
процессор
http://kpolyakov.spb.ru

58. Манипуляторы

58
Компьютер, 10 класс
Манипуляторы
Мышь (оптическая)
приемное устройство
(адаптер, USB)
Характеристики:
Лазерные мыши:
• разрешение 1000 dpi
• подсветка лазером
• количество кадров в секунду • более контрастное
(до 10000)
изображение
• размер кадра (16×16, 32×32) • точность выше
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

59. Манипуляторы

59
Компьютер, 10 класс
Манипуляторы
Трекбол
Сенсорная панель (тачпад)
мультитач – реакция
на касание в
нескольких местах
одновременно
Трекпоинт
Джойстик
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
Игровые манипуляторы
http://kpolyakov.spb.ru

60. Сканеры

60
Компьютер, 10 класс
Сканеры
Сканер – устройство для ввода изображений.
ручные
планшетные
со слайд-модулем
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
барабанные
рулонные
http://kpolyakov.spb.ru

61. Сканеры

61
Компьютер, 10 класс
Сканеры
на бумаге
в компьютере
1 дюйм = 2,54 см
пиксель
Разрешающая способность — это максимальное
количество точек на единицу длины, которые способен
различить сканер.
ppi = pixels per inch, пиксели на дюйм
150-300 ppi – низкое разрешение
300 ppi – сканирование любительских фото
до 5400 ppi – сканирование фотопленки
планшетные – до 5400 ppi рулонные – до 800 ppi
барабанные – до 14400 ppi
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

62. Сканеры

62
Компьютер, 10 класс
Сканеры
Ввод текста
! Сканер вводит текст как изображение!
Для редактирования в текстовом редакторе, нужно
распознать символы с помощью специальной
программы (> 300 ppi!):
OCR = Optical Character Recognition, оптическое
распознавание символов
ABBYY FineReader, CuneiForm
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

63. Сканирование

63
Компьютер, 10 класс
Сканирование
Разрешение, ppi
Сканирование в отраженном свете:
иллюстрации для веб-страниц
75-150
сканирование текста без распознавания
150-200
сканирование текста для распознавания
300-400
цветное фото для печати на струйном
принтере
200
цветное фото для типографской печати
не менее 300
Сканирование в проходящем свете:
35-мм пленка, для веб-страниц
200-600
35-мм пленка, для печати на струйном
принтере
600-2000
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

64. Устройства ввода

64
Компьютер, 10 класс
Устройства ввода
Микрофоны
Датчики
Веб-камера
датчик
Графический
планшет
3D-сканер
АЦП
101001010101
компьютер
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

65. Что такое устройства вывода?

65
Компьютер, 10 класс
Что такое устройства вывода?
Устройства вывода — это устройства, которые
представляют компьютерные данные в форме,
доступной для восприятия человеком.
? Что не относится к устройствам вывода?
сенсорный экран
принтер
жесткий диск
монитор
датчики
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
флэш-накопитель
колонки
МФУ
плоттер
сетевая карта
http://kpolyakov.spb.ru

66. Первые устройства вывода

66
Компьютер, 10 класс
Первые устройства вывода
700707708
Рг1
Рг2
См
Рг2 = ?
АЦПУ = алфавитно-цифровые печатающие устройства
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

67. Плоттеры (графопостроители)

Компьютер, 10 класс
67
Плоттеры (графопостроители)
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

68. Мониторы

68
Компьютер, 10 класс
Мониторы
Монитор = дисплей + электронные схемы управления
жидкокристаллические (ЖК)
электронно-лучевые
• очень малое излучение
• малые размеры и вес
• потребляют мало
электроэнергии (40 Вт)
• нет искажений
изображения
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
• хуже цветопередача
(чёрный цвет?)
• изображение зависит от
угла зрения
• смазывание изображения
• «битые пиксели»
• только одно разрешение
http://kpolyakov.spb.ru

69. Мониторы

69
Компьютер, 10 класс
Мониторы
пиксель
R GB
управляющий
транзистор
15’’, 17’’, 19’’, …
Разрешение — это количество точек экрана по ширине
и по высоте. 1280×1024, 1440×900, 1366×768, …
Соотношение сторон
Углы обзора
Время отклика
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
4:3, 5:4, 16:9
160° … 178°
2…8 мс
http://kpolyakov.spb.ru

70. Принтеры

70
Компьютер, 10 класс
Принтеры
Принтер – устройство для вывода информации на
бумагу или пленку.
Разрешающая способность
dpi = dots per inch, точки на дюйм
обычно 300 – 600 dpi
1200 dpi (типографское качество)
Виды принтеров
• матричные (красящая лента)
• струйные (чернила)
• лазерные (порошок)
• сублимационные (красящая лента)
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

71. Матричные принтеры

71
Компьютер, 10 класс
Матричные принтеры
бумага
красящая лента
печатающая головка
Качество печати:
72…300 dpi
текст: до 337 символов в
минуту
графика: до 5 мин на
страницу!!!
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
• дешевые принтеры и ленты
• нетребовательны к бумаге
• невысокое качество
• низкая скорость печати графики
• шумят
• черно-белые (почти все)
http://kpolyakov.spb.ru

72. Струйные принтеры

72
Компьютер, 10 класс
Струйные принтеры
цвет: CMYK
Cyan
Magenta
Yellow
Key color
Качество печати:
300…4800 dpi
цвет: до 30 стр/мин
• относительно дешевые
• качественная печать
• мало шумят
• большинство – цветные
фото 10 15:
от 10 сек
• требовательны к бумаге
• дорогие катриджи
• чернила расплываются от воды
ч/б: до 30 стр/мин
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

73. Лазерные принтеры

73
Компьютер, 10 класс
Лазерные принтеры
лазер
призма
чистящий
элемент
картридж
с тонером
нагретые
валики
фотобарабан
бумага
Качество печати:
600…1200 dpi
ч/б: до 50 стр/мин
цвет: до 25 стр/мин
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
• становятся все дешевле
• очень качественная печать
• мало шумят
• есть цветные
• требовательны к бумаге
• дорогие катриджи
• потребляют много электроэнергии
• цветные дорогие
http://kpolyakov.spb.ru

74. Сублимационные принтеры

74
Компьютер, 10 класс
Сублимационные принтеры
Сублимация – быстрый переход вещества из твердого
состояния в газообразное.
• твердые красители:
Cyan
Magenta
Yellow
• 256 оттенков каждого цвета, всего
16,7 млн. цветов
• печать при нагреве
• верхний защитный слой
качество печати:
300 dpi
(= 4800 dpi)
• очень качественная печать фото
• не выцветает 100 лет
• печать прямо с фотоаппарата
фото 10 15:
около 1 мин
• специальная бумага и пленки с
красками
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

75. 3D-принтеры

75
Компьютер, 10 класс
3D-принтеры
3D = 3-dimensions, трёхмерный
3D-принтер — устройство, которое создает физический
объект по слоям на основе его цифровой трёхмерной
модели.
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

76. Устройства ввода и вывода

76
Компьютер, 10 класс
Устройства ввода и вывода
Сенсорный экран
мультитач – реакция на касание экрана в нескольких
местах одновременно
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

77. Компьютер

77
Компьютер
Современные
компьютерные системы
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

78. Стационарные компьютеры

78
Компьютер, 10 класс
Стационарные компьютеры
настольный
промышленный
компьютер
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
моноблок
моноблок с
сенсорным экраном
суперкомпьютер
http://kpolyakov.spb.ru

79. Мобильные компьютеры

79
Компьютер, 10 класс
Мобильные компьютеры
ноутбук
смартфоны
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
планшетные компьютеры
GPS-навигатор
http://kpolyakov.spb.ru

80. Встроенные компьютеры

Компьютер, 10 класс
80
Встроенные компьютеры
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

81. Параллельные вычисления

81
Компьютер, 10 класс
Параллельные вычисления
Параллельные вычисления — это вычисления на
многопроцессорных системах, при которых
одновременно выполняются многие действия,
необходимые для решения одной или нескольких
задач.
Параллельное выполнение
задач
Проц. 1
Проц. 2
Проц. 3
Задача 1
Задача2
Задача3
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
Параллельная работа с
данными
Проц. 1
Проц. 2
Проц. 3
Память
http://kpolyakov.spb.ru

82. Суперкомпьютеры

82
Компьютер, 10 класс
Суперкомпьютеры
• исследование климата
• создание математических моделей молекул
• синтез новых материалов и лекарств
• расчёт процессов горения и взрыва
• моделирование обтекания летательных
аппаратов
• моделирование ситуаций в экономике
• расчёты процессов нефте- и газодобычи
• проектирование новых электронных устройств
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

83. Суперкомпьютеры

Компьютер, 10 класс
83
Суперкомпьютеры
1976. Cray-1 (США)
• 166 млн. оп/c
• память 8 Мб
• векторные вычисления
2009. «Ломоносов» (Россия)
• 1700 Тфлопс (2012)
• 78660 ядер (многоядерные
процессоры)
• 31-е место в рейтинге TOP-500
(2013 г.)
2018. «Summit» (IBM)
• 2 282 544 ядер
• 122 Пфлопс
• 1-е место в рейтинге TOP-500
(2018 г.)
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

84. Распределённые вычисления

84
Компьютер, 10 класс
Распределённые вычисления
Кластер
ведомые (slave)
! Специальное ПО
«под задачу»!
OC Linux
• параллельные вычисления
• много маленьких задач
ведущий
(master)
Интернет
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

85. Распределённые вычисления

85
Компьютер, 10 класс
Распределённые вычисления
Грид-системы
Интернет
Главный
сервер
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

86. Распределённые вычисления

86
Компьютер, 10 класс
Распределённые вычисления
У 90% пользователей процессор загружен
менее, чем на 40%.
BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network
Computing) – открытая инфраструктура для сетевых
вычислений
https://boinc.berkeley.edu, http://www.boinc.ru
• математика (простые числа)
• биология (модели мозга)
• медицина (борьба с малярией,)
• материалы (свойства сплавов)
• изменение климата
• поиск внеземных цивилизаций
! Каждый может участвовать!
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

87. Облачные вычисления

87
Компьютер, 10 класс
Облачные вычисления
Облачные вычисления (англ. cloud computing) —
технология обработки данных, при которой
компьютерные ресурсы предоставляются
пользователю как Интернет-сервис.
«облако», «облачные вычисления» –
Эрик Шмидт, глава компании Google (2006)
Интернет
задание
результат
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

88. Облачные вычисления

88
Компьютер, 10 класс
Облачные вычисления
• программное обеспечение как услуга (англ. SaaS –
Software as a Service):
Adobe Photoshop
✓программное обеспечение
Microsoft Office 365
• платформа как услуга (англ. PaaS – Platform as a
Service)
✓средства разработки программ
• инфраструктура как услуга (англ. IaaS – Infrastructure
as a Service)
✓операционные системы
✓средства для установки и выполнения любых
нужных программ
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

89. Облачные вычисления

89
Компьютер, 10 класс
Облачные вычисления
▪ данные доступны везде, где есть Интернет
▪ данные надёжно хранятся в центрах обработки
данных (ЦОД) крупных компаний
▪ большие вычислительные мощности для хранения и
обработки данных
▪ уменьшаются затраты
▪ потеря контроля над данными
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

90. Компьютеры V поколения

90
Компьютер, 10 класс
Компьютеры V поколения
Япония, 1982-1992
Цель – создание суперкомпьютера с функциями
искусственного интеллекта
• обработка знаний с помощью логических средств
• сверхбольшие базы данных
• использование параллельных вычислений
• распределенные вычисления
• голосовое общение с компьютером
• постепенная замена программных средств на аппаратные
Проблемы:
• идея саморазвития системы провалилась
• неверная оценка баланса программных и аппаратных средств
• традиционные компьютеры достигли большего
• ненадежность технологий
• израсходовано 50 млрд. йен
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

91. Проблемы

91
Компьютер, 10 класс
Проблемы
! Чтобы увеличить быстродействие, нужно
уменьшать размеры!
• чем мельче детали, тем сложнее изготовить
• чем мельче детали, тем труднее охлаждать
• чем меньше зазор, тем больше шансов на
короткое замыкание
Многоядерные процессоры:
• задачи сложно распараллеливать
• пересылка данных между ядрами – замедление
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

92. Перспективы развития компьютеров

92
Компьютер, 10 класс
Перспективы развития компьютеров
Квантовые компьютеры
▫ эффекты квантовой механики
▫ биты → «кубиты» (квантовые биты)
▫ параллельность вычислений
▫ 2013 – компьютер D-Wave Two, 512 кубит,
в 3600 раз быстрее обычных компьютеров
D-Wave Two (2013)
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

93. Перспективы развития компьютеров

93
Компьютер, 10 класс
Перспективы развития компьютеров
Оптические компьютеры
▫ источники света – лазеры, свет проходит
через линзы
▫ параллельная обработка (все
пиксели изображения одновременно)
▫ военная техника и обработка видео
Enlight256 (2003)
▫ Enlight256 (2003) – 8 Тфлопс
Биокомпьютеры
▫ ячейки памяти – молекулы сложного
строения (например, ДНК)
▫ обработка = химическая реакция с
участием ферментов
▫ 330 трлн. операций в секунду
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

94. Конец фильма

94
Компьютер, 10 класс
Конец фильма
ПОЛЯКОВ Константин Юрьевич
д.т.н., учитель информатики
ГБОУ СОШ № 174, г. Санкт-Петербург
kpolyakov@mail.ru
ЕРЕМИН Евгений Александрович
к.ф.-м.н., доцент кафедры мультимедийной
дидактики и ИТО ПГГПУ, г. Пермь
eremin@pspu.ac.ru
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
http://kpolyakov.spb.ru

95. Источники иллюстраций

95
Компьютер, 10 класс
Источники иллюстраций
1. http://lenovo.ru
2. http://apple.com
3. http://samsung.com
4. http://www.pcguide.com
5. http://hardforum.com
6. https://market.yandex.ru
7. http://www.techspot.com
8. http://www.directindustry.com
9. http://www.photo-dictionary.com
10. http://www.flashdrive-repair.com
11. http://qtwy.net
12. http://www.designboom.com
13. http://vindavoz.ru
14. http://www.mousearena.com
15. http://www.globalnerdy.com
16. http://vernier.com
17. http://mnc.ru
18. http://npkrapid.ru
19. http://avgold.ru
© К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2025
20. http://abs3d.ru
21. http://tavco.net
22. http://en.wikipedia.org
23. http://ru.wikipedia.org
24. http://www.teamliquid.net/forum/te
ch-support/333648-an-overviewof-mouse-technology
25. http://inosmi.info
26. https://www.computerworld.com
27. иллюстрации художников
издательства «Бином»
28. авторские материалы
http://kpolyakov.spb.ru