Программные и аппаратные средства информатики

№ 174

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Кафедра инженерной кибернетики

О.В. Андреева
А.С. Кожаринов

Программные и аппаратные
средства информатики

Курс лекций

Рекомендовано редакционноиздательским
советом университета

Москва   Издательский Дом МИСиС
2008

УДК 004.3/4 
 
А65 

Р е ц е н з е н т  
канд. техн. наук С.Ю. Муратова 

Андреева О.В., Кожаринов А.С. 
А65  
Программные и аппаратные средства информатики: Курс 
лекций. – М.: Изд. Дом МИСиС, 2008. – 196 с. 

Рассматриваются общие принципы обработки информации, аппаратная 
организация ПК, организация хранения информации в памяти компьютера и 
обмен информацией между компьютерами в локальных и глобальных сетях, 
защита информации, а также базовое программное обеспечение ПК, современные информационные технологии и основные сферы их применения 
(в том числе операционные системы, системы управления базами данных, 
информационно-поисковые системы, системы искусственного интеллекта, 
экспертные системы, офисные программные средства и др.). 
Полностью соответствует программе курса «Программные и аппаратные 
средства информатики». 
Предназначается для студентов первого курса, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 657100 специальности 
230401 «Прикладная математика», а также для студентов специальностей 
других направлений и для самостоятельного изучения. 

© Государственный технологический  
университет «Московский институт 
стали и сплавов» (МИСиС), 2008 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Раздел 1. Введение в информатику. Общие принципы 
обработки информации. Персональный компьютер.............................5 
Лекция 1. Персональный компьютер (ПК). Аппаратная 
организация ПК. Основные устройства, входящие в ПК. 
Периферийное оборудование. .............................................................5 
Лекция 2. Понятие информации. Общие принципы обработки 
информации. Виды памяти. Организация хранения информации 
в памяти компьютера. Характеристика процессов сбора, 
передачи, обработки и накопления информации ............................21 
Лекция 3. Взаимодействие устройств персонального 
компьютера. Шина. Принцип локальной шины ..............................28 
Лекция 4. Обмен информацией между компьютерами. 
Локальные и глобальные сети. Организация локальных 
сетей и их классификация..................................................................36 
Раздел 2. Базовое программное обеспечение персональных 
компьютеров. Понятие об операционных системах. 
Современные операционные системы. Операционные системы 
WINDOWS и UNIX ...............................................................................48 
Лекция 5. Операционные системы. Основные свойства, 
выполняемые функции, особенности архитектуры. 
OC Microsoft Windows......................................................................48 
Лекция 6. Информационная безопасность, информационные 
угрозы и основные понятия криптографии......................................60 
Лекция 7. Защита от компьютерных вирусов. 
Программы-детекторы и доктора, программы-фильтры. 
Сравнение различных средств защиты от вирусов .........................70 
Лекция 8. Операционные системы семейства UNIX. 
Назначение, основные особенности, области применения ............83 
Раздел 3. Современные информационные технологии 
и основные сферы их применения ........................................................92 
Лекция 9. Базы данных. Системы управления базами 
данных. Классификация баз данных. Накопление, хранение, 
доступ и обработка информации.......................................................92 
Лекция 10. Понятие об информационно-поисковых системах, 
их организации и использовании....................................................106 

Лекция 11. Применение современных информационных 
технологий в различных направлениях науки, образования, 
экономики и бизнеса ........................................................................118 
Лекция 12. Системы искусственного интеллекта. 
Экспертные системы ........................................................................130 
Раздел 4. Приложения WINDOWS. Офисные программные 
средства. Интернет и электронная почта ...........................................143 
Лекция 13. Принципы работы с электронными таблицами 
Excel...................................................................................................143 
Лекция 14. Создание и редактирование текстов при помощи 
текстового редактора Microsoft Word...........................................151 
Лекция 15. Организация вычислений в математическом 
пакете Mathcad.................................................................................166 
Лекция 16. Создание и использование баз данных 
при помощи программной оболочки Access..................................177 
Лекция 17. Глобальная сеть Интернет. Принципы поиска, 
обмена и защиты информации. Обмен информацией 
при помощи электронной почты.....................................................186 
Библиографический список.............................................................194 
 

РАЗДЕЛ 1. ВВЕДЕНИЕ В ИНФОРМАТИКУ. ОБЩИЕ 
ПРИНЦИПЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ. 
ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР 

Лекция 1. Персональный компьютер (ПК). 
Аппаратная организация ПК. Основные 
устройства, входящие в ПК. Периферийное 
оборудование. 

Устройства, входящие в персональный 
компьютер 

В персональный компьютер (рис. 1.1) входят следующие устройства: 
• процессор, выполняющий управление компьютером; 
• клавиатура, позволяющая вводить команды в компьютер; 
• монитор (дисплей) для отображения текстовой или графической информации; 
• накопители (дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи информации на гибкие магнитные 
диски; 
• накопитель на магнитном диске, предназначенный для чтения 
и записи информации на несъемный магнитный диск (винчестер). 

 

Рис. 1.1. Персональный компьютер Intel Pentium 4 

Периферийные устройства 

Кроме того, к компьютеру могут подключаться периферийные 
устройства, в том числе: 
• принтер – для вывода на печать текстовой и графической информации; 
• мышь – устройство, облегчающее ввод информации в компьютер; 
• джойстик – манипулятор для игр; 
• плоттер – устройство для вывода чертежей на бумагу; 
• сканер – устройство для считывания графической и текстовой 
информации в компьютер; 
• графический планшет – устройство для ввода контурных изображений; 
• дигитайзер – устройство для «отцифровки» изображений. 

Встроенные устройства 

Возможно также наличие встроенных устройств, т.е. устройств, 
реализованных в виде микросхем, вставляемых в корпус компьютера. К ним, в частности, относятся: 
• трекбол – устройство для ввода информации, аналог мыши; 
• стример – устройство для записи данных на специальные кассеты с магнитной лентой; 
• сетевой интерфейс (сетевой адаптер) – устройство для соединения компьютеров в единую сеть; 
• модем – устройство для передачи и приема данных между 
компьютерами через телефонную линию; 
• музыкальная приставка – устройство для исполнения музыки. 

Системный модуль компьютера 

Персональный компьютер имеет модульную структуру. Центральной частью компьютера является системный модуль, или процессор. Он 
предназначен для аппаратной организации процесса обработки информации. В его состав входят следующие основные устройства: 
• микропроцессор; 
• оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), или оперативная память (ОП); 
• постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); 
• контроллеры внешних устройств; 
• порты ввода-вывода. 

Все эти устройства реализованы в виде микросхем и расположены 
на печатной плате, которая размещается внутри корпуса компьютера 
(рис. 1.2). 

 

Рис. 1.2. Материнская плата 

Микропроцессор (microprocessor) (рис. 1.3) выполняет все арифметические и логические операции и управляет работой узлов и блоков компьютера. Одной из основных его характеристик является быстродействие. Для измерения этого показателя используются различные методы, но одной из определяющих характеристик быстродействия является тактовая частота, на которой работает процессор.  

 

Рис. 1.3. Микропроцессор 

Вычислительная мощность компьютера в значительной степени 
зависит от типа используемого микропроцессора. В настоящее время 
имеется широкий диапазон процессоров и, соответственно, компьютеров – от устаревших до современных Pentium 4. 
Оперативная память (random access memory – RAM) (рис. 1.4) 
предназначена для размещения программ и данных, с которыми компьютер в данный момент работает. Эта память имеет прямую адресацию и характеризуется быстротой доступа. Одна из основных характеристик ОП – ее размер. Первая модель персонального компью

тера имела ОП объемом всего 16 Кбайт, а у современных компьютеров значение этого параметра может достигать 16 Гбайт и выше. 

 

Рис. 1.4. Модуль оперативной памяти 

Постоянное запоминающее устройство (read only memory – ROM) 
(рис. 1.5) – это внутренняя память компьютера с неизменным содержанием. Информация в ПЗУ записывается при изготовлении платы и не может 
быть изменена (за исключением программируемых ПЗУ). 

 

Рис. 1.5. Постоянное запоминающее устройство 

В ПЗУ хранится базовая система ввода-вывода (basic input-output 
system – BIOS). 
Контроллеры (адаптеры) внешних устройств1 (device controller, 
device adapter) (рис. 1.6) – это электронные схемы, играющие роль 
промежуточного звена при осуществлении связи внешних устройств 
компьютера с микропроцессором. Контроллер управляет вводомвыводом данных и работой соответствующих внешних устройств 
(монитора, накопителей на магнитных дисках и т.д.). 

 

Рис. 1.6. Разъем контроллера внешних устройств 

Так как микропроцессор не может одновременно управлять всеми 
процессами в компьютере, он передает выполнение определенных 
функций вспомогательным микросхемам, разгружая себя для основной работы. На эти вспомогательные микросхемы можно возложить 
управление потоками информации во внутренних цепях (контроллеры прерываний и прямого доступа к памяти) или обслуживание 
внешних устройств (например, дисплея или дисковода). 
Так как внешним устройствам (ВУ) свойственно различное быстродействие, различные наборы управляющих сигналов, различные 
электрические параметры (т.е. их интерфейс, как правило, несовместим с системным интерфейсом2), то для сопряжения компьютера с 

_________ 
1 Между понятиями «контроллер» и «адаптер» отсутствует четкая грань: «адаптер» подразумевает в первую очередь преобразование представления и скорости 
передачи информации, «контроллер» обычно выполняет более сложные функции 
управления устройством. 
2 Под системным интерфейсом подразумевается набор цепей, связывающих процессор с памятью и контроллерами ВУ, алгоритм передачи сигналов по этим цепям, 
их электрические параметры и тип соединительных элементов. 

ВУ (системного интерфейса с интерфейсом) используют контроллеры ВУ. Упрощения и унификации аппаратуры сопряжения добиваются за счет введения промежуточного стандартного устройства параллельной или последовательной передачи данных. Для подключения ВУ с такими стандартными интерфейсами можно использовать 
одинаковые (для данного компьютера) контроллеры параллельного 
или последовательного интерфейса. Такие контроллеры называют 
еще интерфейсами, или адаптерами. 
Порты ввода-вывода (I/O port) (рис. 1.7) – это электронные схемы 
с разъемами подключения к компьютеру. Имеются специализированные порты, через которые происходит обмен данными с внутренними устройствами компьютера, и порты общего назначения, к которым могут подсоединяться различные внешние устройства. Порты 
общего назначения бывают параллельные и последовательные. Параллельный порт предназначен для подключения параллельного интерфейса, например принтера, по которому информация передается  

 

а 
б 

Рис. 1.7. Порты ввода-вывода: а – на задней панели 
компьютера; б – на передней панели 

байтами сразу по восьми линиям. В операционной системе MS DOS 
для устройств, подключаемых через параллельные порты, зарегистрированы логические имена PRN, LPT1, LPT2, LPT3. Кроме парал

лельных компьютеры имеют еще и последовательные порты. Через 
такие порты информация передается бит за битом. Через последовательные порты к компьютеру подключаются такие дополнительные 
внешние устройства, как модем и др. Для таких устройств в зарегистрированы логические имена COM1, COM2, COM3. 
Параллельные порты выполняют обмен информацией с большей 
скоростью, чем последовательные, но требуют большего числа проводов для передачи данных. 

Устройства внешней памяти 

Внешняя память состоит из следующих частей: 
• физический носитель информации – жесткий диск; 
• накопитель информации на магнитных дисках; 
• контроллер магнитного диска. 
Магнитный диск (disk) предназначен для долговременного хранения информации. Первые модели персональных компьютеров имели 
возможность записи только на гибкие магнитные диски, однако их 
объем был весьма незначителен, а потребность в большой емкости 
внешних носителей информации постоянно возрастала, поэтому 
очень скоро персональный компьютер стал оснащаться жестким 
магнитным диском – винчестером. 

 

Рис. 1.8. Жесткий магнитный диск 

Накопитель информации (дисковод) (disk drive) предназначен для 
организации записи информации на магнитный диск и считывания 
информации с диска в оперативную память. В зависимости от типа 
дисков, с которыми работают накопители, они делятся на накопители 
на гибких магнитных дисках (floppy disk drive – FDD) и накопители 
на жестких магнитных дисках (hard disk drive – HDD). 

Жесткий магнитный диск (винчестер) вместе с накопителем изготавливается в виде единого модуля (рис. 1.8) и вмонтирован в корпус 
процессора. Винчестер представляет собой несколько дисков, помещенных вместе с головками чтения/записи в герметичный корпус. На 
диске размещаются те программы и данные, которые постоянно используются при работе компьютера: операционная система, сервисные 
программы, пакеты прикладных программ, файлы данных и т.д. 
В некоторых компьютерах устанавливаются два винчестера, что 
увеличивает объем памяти, но при работе с диском большого объема 
значительно возрастает время доступа к информации. Поэтому винчестеры, как правило, разбиваются на несколько частей – логических дисков. Эта операция называется ранжированием диска. Если жесткий диск 
не ранжирован, то операционная система MS DOS обращается к нему 
по логическому имени С:. Если же винчестер разбит на логические 
диски, то им присваиваются логические имена C:, D:, E: и т.д. 
Один из этих дисков (как правило, диск С:) является системным, 
т.е. на нем хранятся файлы операционной системы, загружаемые с 
него в оперативную память при включении питания. 
Гибкие магнитные диски (дискеты) предназначены для долговременного хранения информации, для создания архивных копий 
файлов и т.д. Использование дискет позволяет обмениваться информацией между различными компьютерами. В операционной системе 
MS DOS для накопителей на гибких магнитных дисках (рис. 1.9) зарегистрированы имена А: и В:.  

 

Рис. 1.9. Дисковод FDD 3,5” 1.44Mb 

Современные компьютеры оснащены также устройством для считывания информации, записанной на лазерных компакт-дисках. Такое устройство называется накопителем на компакт-дисках (compact