Podstawowe pojęcia

SYSTEM KOMPUTEROWY - Elementy komputera wzajemnie ze sobą powiązane tworzą system komputerowy. W zależności od zastosowania i możliwości finansowych użytkownika struktura komputera może być bardziej lub mniej rozbudowana. Podstawowymi elementami komputera są:
1. Jednostka centralna, w skład której wchodzą:
• procesor,
• pamięć wewnętrzna (operacyjna),
• kanały wejścia i wyjścia.
2. Pamięci zewnętrzne.
3. Urządzenia wejścia i wyjścia.

W schemacie zwracają uwagę moduły komputera oraz połączenia między nimi, tzw. szyny. Szyną adresową nazwano połączenie, które służy do przesyłania adresu z procesora do pamięci i układów wejścia i wyjścia. Szyna danych to połączenie, które przekazuje informacje odczytywane lub zapisywane przez procesor z pamięci lub układów wejścia lub wyjścia. Liczba linii szyny danych, a tym samym liczba bitów, które mogą być jednocześnie przesyłane przez tę szynę, zależy od budowy procesora. Starsze mikrokomputery mają 16-bitowe szyny, nowsze 32-bitowe, a najnowsze 64-bitowe szyny. Zwiększona liczba bitów szyny pozwala na szybsze odczytywanie lub wpisywanie informacji do pamięci, a więc szybszą pracę komputera.
Jednostka centralna. Jak wcześniej stwierdzono elementem organizującym pracę całego systemu komputerowego jest procesor. Często też w przenośni nazywamy go sercem lub mózgiem. Nowoczesny komputer wyposażony jest zwykle w kilka procesorów, wyspecjalizowanych w wykonywaniu określonego rodzaju zadań. Każdy komputer zawiera jednak jeden główny mikroprocesor, określony często mianem CPU (Central Processing Unit). W najbardziej popularnych typach komputerów, a mianowicie w personalnych komputerach, takim „sercem" jest mikroprocesor umieszczony na płycie głównej o odpowiednich parametrach techniczno funkcjonalnych i otwartej architekturze. Przy zakupie procesora patrzymy na ogół na tzw. współczynnik wydajności - czyli porównanie do wydajności jakiegoś procesora Pentium. Ten współczynnik to: COMP - indeks wydajności komputera ustanowiony przez firmę INTEL do pomiaru wydajności procesorów. Mierzymy więc współczynnik szybkości COMP do ceny procesora.
Wydajność komputera zależy więc bezpośrednio od:
• szybkości - tj. ilości instrukcji, którą może wykonać procesor w ciągu sekundy,
• ilości danych - które może objąć procesor w ramach jednej operacji.
• od technologii wykonania procesora (jego możliwości w zakresie operacji arytmetycznych, logicznych oraz sterowania.
Drugim z podstawowych elementów jednostki centralnej jest pamięć wewnętrzna. Jest to bardzo szybka pamięć, w której przechowywane są programy (w tym także system operacyjny), a także dane wejściowe oraz wyniki, uzyskane w trakcie przetwarzania. W tych sytuacjach, kiedy nie są one natychmiast potrzebne, przesłane są do tzw. pamięci zewnętrznych (o których będzie mowa w dalszej części poradnika).
Pamięć wewnętrzna, jest zorganizowana jako ciąg komórek. Każda komórka ma swój adres. Duża pamięć pozwala na wykonanie bardzo złożonych programów. Pamięć ta może być zbudowana z różnych elementów. Stosuje się: pamięć ferrytową, pamięć na cienkich warstwach magnetycznych, pamięć optyczną, pamięć półprzewodnikową oraz pamięć kriogeniczną, która wykorzystuje zjawiska nadprzewodnictwa w niskich temperaturach.
Dawniej najbardziej popularne były pamięci ferromagnetyczne, obecnie natomiast pamięci półprzewodnikowe. Wydaje się, że w niedalekiej przyszłości powszechnie będą stosowane pamięci optyczne, które mogą charakteryzować się dużą pojemnością i szybkością przekazywania danych. Największe możliwości w tym względzie powinna mieć pamięć holograficzna, która wykorzystuje zjawisko holografii i możliwości jakie daje światło laserowe. Obecną wadą takiej pamięci jest to, że zapisany hologram nie może być zmieniony, co utrudnia aktualizację zasobów informacyjnych. Obok wymienionych rodzajów pamięci istnieją również pamięci innego rodzaju, np. pamięć biologiczną, itp.
Postęp w zakresie budowy pamięci wewnętrznych polega na ilości gromadzonych danych jak również minimalizacji czasu dostępu do zgromadzonych tam danych. Przyspiesza to bowiem proces przetwarzania przez mikroprocesor ze względu na to, że wszelkie dane oraz programy pobiera on z pamięci operacyjnej.
W pamięci wewnętrznej wyróżniamy dwa podstawowe rodzaje pamięci:
1. PamięćRAM (Random Access Memory), inaczej zwana pamięcią o dostępie swobodnym - bezpośrednim, typu zapis/odczyt wymaga ona stałego odświeżania – podania źródła zasilania. Przechowuje program i dane dla programu aktualnie realizowanego. Po wyłączeniu komputera informacje te znikają. Jej głównymi elementami funkcjonalnymi jest więc pojemność i czas dostępu do informacji tam zgromadzonych (zapis-odczyt).
Pamięć ta jest zorganizowana jako ciąg elementarnych komórek związanych bitami pamięci z których każda jest zdolna do przechowywania jednego bitu informacji. Bity grupowane są w bajty pamięci. Każda komórka ma swój jednoznaczny numer i adres.
Na rynku informatycznym występują następujące rodzaje pamięci, które stosuje się w komputerach:
* pamięć ferrytową,
* pamięć na cienkich warstwach magnetycznych,
* pamięć optyczną,
* pamięć półprzewodnikową,
* pamięć kriogeniczną - która wykorzystuje zjawiska nadprzewodnictwa w niskich temperaturach.
Pamięci powinny charakteryzować się dwoma istotnymi parametrami:
* dużą pojemnością [GB]
* szybkością przekazywania danych [ns].
Optymalnie zatem w przyszłości powszechnie będą stosowane pamięci optyczne. W tym względzie największe możliwości powinna mieć pamięć holograficzna, która wykorzystuje zjawisko holografii i możliwości jakie daje światło lasera. Obecnie wadą tych pamięci jest to, że hologram może być zmieniony, co utrudnia aktualizację zasobów informacyjnych.
Postęp w zakresie budowy pamięci wewnętrznych dąży do koncentracji pamięci i układów logicznych związanych na bardzo małej powierzchni oraz przyspieszenia procesu przetwarzania.
PAO (pamięć operacyjna) służy do przechowywania danych i programów i składa się z następujących modułów:
2. Pamięć ROM (Read Only Memory), inaczej zwana pamięcią tylko do odczytu.
Pamięć ROM - jest to pamięć stała, nie ulotna - elementy programowalne typu EPROM. Zawarte są dane producenta tzn. ROM BIOS tj. informacje o systemie operacyjnym, do rozpoznania przez system, generator znaków, interpreter języka najczęściej języka BASIC. Pamięć ROM występuje również między innymi w następujących postaciach:
• PROM (Programmable ROM) programowalna jednokrotnie,
• EPROM (Erasable PROM) pamięć stała kasowalna wielokrotnie światłem ultrafioletowym,
• EAPROM (Electrically EPROM lub E2PROM) pamięć kasowalna.

Pamięć zewnętrzna. Pamięci te mają za zadanie przechowanie danych i programów nie będących w danej chwili przetwarzane. Do najpopularniejszych rodzajów pamięci zewnętrznych należą:
1. Pamięć taśmowa (pamięć sekwencyjna).
2. Pamięć na dyskach (pamięć o dostępie bezpośrednim).
3. Płyta kompaktowa (czytnik CD).
Pamięć ta składa się z dwóch następujących modułów funkcjonalnych: jednostki sterującej oraz z jednej lub kilku jednostek pamięci podłączonych do jednostki sterującej. Wymiana danych pomiędzy pamięcią wewnętrzną a jednostką pamięci zewnętrznej (zapisywanie danych) odbywa się na drodze: pamięć wewnętrzna - kanał (układ we/wy) - jednostka sterująca pamięcią - jednostka pamięci.
Odczytywanie danych z pamięci zewnętrznych odbywa się w kierunku przeciwnym. Podstawowymi parametrami decydującymi o przydatności i zastosowaniu danego rodzaju pamięci są:
• pojemność pamięci,
• szybkość pracy pamięci (zapis-odczyt),
• koszt przechowywania informacji, liczona jako stosunek kosztu urządzenia do jego pojemności (ilości danych jaka może być przechowana w pamięci).

Pamięć na dyskach. Pamięć na dyskach, tzw. pamięć o dostępie bezpośrednim; można ją podzielić na następujące kategorie:
• dyski twarde,
• dyski elastyczne.
Pamięć dyskowa jest pamięcią o dostępie bezpośrednim. Wprowadzenie dysków magnetycznych przyczyniło się do szybkiego postępu w wykorzystywaniu komputerów.
Pojemności dysków są bardzo różne i wynoszą w pakietach od kilku megabąjtów do kilkudziesięciu gigabajtów i setek terabajtów. Najczęściej jest stosowany zestaw, w którym do jednostki sterującej można podłączyć do 8 jednostek dyskowych. Zestaw dysków zapewnia w praktyce nieograniczoną pojemność, ponieważ wymiana jednego pakietu jest niezwykle prosta. Pakiet dysków zawiera najczęściej 6 płyt, w których jest 10 powierzchni roboczych i 2 osłaniające. Przeciętnie czas dostępu do ścieżki sąsiedniej wynosi „~ 30 ms” (nowe tendencje zmieniają ten czas). Dla zrozumienia organizacji zbiorów na dysku istotne jest „wyczucie” różnicy między zbiorem logicznym a zbiorem fizycznym. Zbiór logiczny jest to pewna grupa dokumentów jednorodnych tematycznie. Istnienie zbioru fizycznego wynika stąd, że każdy dokument jest magazynowany w pamięci w pewnym przeznaczonym dla siebie obszarze. Każdy taki obszar ma identyfikator zwany adresem.
Dysk magnetyczny jako nośnik ma określone zalety i wady.
a) Zalety:
• duża pojemność informacyjna pakietu dysków,
• nieograniczona możliwość zwiększenia pojemności przez wymianę dysków (pakietów),
• stosunkowo krótki czas dostępu.
b) Wady:
• wrażliwość nośnika na urządzenia mechaniczne,
• trudności technologiczne przy wykonywaniu pakietu (jednorodna warstwa ferromagnetyku.