Процессор это устройство предназначенное для обработки информации
Пользователи компьютеров очень часто путают между собой такие два понятия как системный блок и процессор, называя первый – вторым. Это в корне неправильно. Сам процессор – это устройство, предназначенное для управления работой вычислительной машины по заранее заданной последовательности команд, которая называется программой, и для выполнения операций по обработке информации.
Кроме того, есть и другие устройства с похожим названием. Например, текстовый процессор предназначен для создания документов и их форматирования. К такому типу программ относится Microsoft Word.
Что это такое?
А само устройство, являющееся мозгом компьютера, еще называют микропроцессором. Для чего предназначен процессор в компьютере? Это такая интегральная схема, которая управляет работой персонального компьютера. Создается такая схема на одном или нескольких кристаллах, сделанных из полупроводника при помощи очень сложной технологии, относящейся к сфере микроэлектроники.
Все то что может делать компьютер с информацией, определено системой команд самого процессора. Они входят в инструкции по управлению работой компьютера. Одна отдельно взятая команда – это одна операция, выполняемая вычислительной машиной. Например, выполнение арифметических действий, логических операций, определение последовательности команд для выполнения, передача информации из памяти одного устройства в память другого.
Таков краткий ответ на вопрос, для чего предназначен процессор.
Устройство
Так как процессор – это устройство, предназначенное для обработки данных, он состоит из следующих элементов:
- арифметико-логическое устройство;
- устройство управления;
- регистры памяти.
Устройство управления, как понятно из его названия, по заданной программе управляет всеми узлами компьютера. Оно извлекает каждую последующую команду из регистра, узнает из нее, какую операцию нужно выполнить, и в какой последовательности. Это своеобразный дирижер, управляющий целым оркестром. А музыкальной композицией служит как раз программа.
Составные части
Арифметико-логическое устройство – это инструмент для вычислений, которое, следуя программам, выполняет операции, связанные с арифметикой и логикой.
Регистры являются внутренней памятью центрального процессора. Один регистр можно сравнить с черновиком, с помощью которого устройство производит расчеты и хранит их результаты. Каждый из регистров имеет свое собственно назначение.
Допустим, процессор должен сложить два каких-то числа. Для выполнения этой операции в первую очередь ему нужно взять из памяти первое слагаемое, потом – второе, сложить эти два значения, а сумму вновь переслать в оперативную память компьютера.
Ясно, что оба слагаемых и результат должны процессором где-то храниться. Для этой цели предназначена ячейка, входящая непосредственно в сам процессор, называемая аккумулятором или сумматором. Так как процессор предназначен для данных и их обработки, он должен понимать, из какой ячейки памяти нужно брать следующую команду. Это он узнает из другой своей внутренней ячейки, которая называется счетчиком. Команда, которая извлекается из оперативной памяти, размещается в еще одной ячейке – регистре команд. Из него результат выполненной команды можно перенести уже в оперативную память.
Виды регистров
Регистры бывают нескольких видов. Они отличаются друг от друга видом операций, которые выполняют. Самые важные регистры обладают собственными названиями:
- Счетчик команд – это регистр, содержащий адрес следующей команды, которую нужно выполнить. Он служит для автоматического выбора программы из набора связанных ячеек памяти.
- Сумматор – принимает участие при выполнении всех операций.
- Регистр команд. В нем хранится команда на тот период времени, который нужен для выполнения.
Шина данных
Процессор компьютера предназначен для работы с информацией. Все его устройства постоянно ею между собой обмениваются. А делают они это при помощи элемента, который называется внутренняя шина данных. В современных центральных процессорах есть и другие части, но необходимым минимумом является вышеописанный набор устройств.
Машинный цикл и его схема
Данный процесс, как правило, состоит из следующих шагов:
- Выбирается команда из ячейки, адрес которой сохранен в регистре-счетчике. Его содержимое при этом увеличивается на значение длины этой команды.
- Далее она отправляется в устройство управления, попадая в его регистр команд.
- Адресное поле, принадлежащее команде, расшифровывается устройством управления.
- Последнее дает сигнал, и данные считываются из оперативной памяти, попадая уже в арифметико-логическое устройство.
- Устройством управления расшифровывается код выполняемой операции и в арифметико-логическое устройство подается сигнал о выполнении этого действия над данными, которые в таком случае называются операндами.
- Результат выполнения операции может сохраниться в самом центральном процессоре или же передается в память, в случае, когда имеется адрес, по которому должен находиться результат.
- Все вышеперечисленные шаги выполняются до тех пор, пока не будет дан стоповый сигнал.
Характеристики
Итак, для чего предназначен процессор, ясно: для выполнения команд из заданной программы. Для этого он обладает следующими характеристиками:
- Тактовая частота. Центральный процессор тесно связан с генератором частоты тактов, которым вырабатываются импульсы. Они синхронизируют между собой работу всех элементов компьютера. Равняется эта характеристика числу тактов за одну секунду. Один такт – это отрезок времени, находящийся между первым импульсом и вторым. Измеряется тактовая частота в мегагерцах.
- Разрядность. Это максимальное значение, отвечающее за число разрядов двоичного кода, образованного и передаваемого процессором в одно и то же время. Эта характеристика определена разрядностью его регистров.
- Адресное пространство. К нему относится тот диапазон адресов, к которым обращается процессор, применяя адресный код.
Благодаря вышесказанному можно четко определиться, для чего предназначен процессор. Это мозг компьютера, без которого он совершенно ни к чему не пригоден. Разве только для украшения интерьера.
Пользователи компьютеров очень часто путают между собой такие два понятия как системный блок и процессор, называя первый – вторым. Это в корне неправильно. Сам процессор – это устройство, предназначенное для управления работой вычислительной машины по заранее заданной последовательности команд, которая называется программой, и для выполнения операций по обработке информации.
Кроме того, есть и другие устройства с похожим названием. Например, текстовый процессор предназначен для создания документов и их форматирования. К такому типу программ относится Microsoft Word.
Что это такое?
А само устройство, являющееся мозгом компьютера, еще называют микропроцессором. Для чего предназначен процессор в компьютере? Это такая интегральная схема, которая управляет работой персонального компьютера. Создается такая схема на одном или нескольких кристаллах, сделанных из полупроводника при помощи очень сложной технологии, относящейся к сфере микроэлектроники.
Все то что может делать компьютер с информацией, определено системой команд самого процессора. Они входят в инструкции по управлению работой компьютера. Одна отдельно взятая команда – это одна операция, выполняемая вычислительной машиной. Например, выполнение арифметических действий, логических операций, определение последовательности команд для выполнения, передача информации из памяти одного устройства в память другого.
Таков краткий ответ на вопрос, для чего предназначен процессор.
Устройство
Так как процессор – это устройство, предназначенное для обработки данных, он состоит из следующих элементов:
- арифметико-логическое устройство;
- устройство управления;
- регистры памяти.
Устройство управления, как понятно из его названия, по заданной программе управляет всеми узлами компьютера. Оно извлекает каждую последующую команду из регистра, узнает из нее, какую операцию нужно выполнить, и в какой последовательности. Это своеобразный дирижер, управляющий целым оркестром. А музыкальной композицией служит как раз программа.
Составные части
Арифметико-логическое устройство – это инструмент для вычислений, которое, следуя программам, выполняет операции, связанные с арифметикой и логикой.
Регистры являются внутренней памятью центрального процессора. Один регистр можно сравнить с черновиком, с помощью которого устройство производит расчеты и хранит их результаты. Каждый из регистров имеет свое собственно назначение.
Допустим, процессор должен сложить два каких-то числа. Для выполнения этой операции в первую очередь ему нужно взять из памяти первое слагаемое, потом – второе, сложить эти два значения, а сумму вновь переслать в оперативную память компьютера.
Ясно, что оба слагаемых и результат должны процессором где-то храниться. Для этой цели предназначена ячейка, входящая непосредственно в сам процессор, называемая аккумулятором или сумматором. Так как процессор предназначен для данных и их обработки, он должен понимать, из какой ячейки памяти нужно брать следующую команду. Это он узнает из другой своей внутренней ячейки, которая называется счетчиком. Команда, которая извлекается из оперативной памяти, размещается в еще одной ячейке – регистре команд. Из него результат выполненной команды можно перенести уже в оперативную память.
Виды регистров
Регистры бывают нескольких видов. Они отличаются друг от друга видом операций, которые выполняют. Самые важные регистры обладают собственными названиями:
- Счетчик команд – это регистр, содержащий адрес следующей команды, которую нужно выполнить. Он служит для автоматического выбора программы из набора связанных ячеек памяти.
- Сумматор – принимает участие при выполнении всех операций.
- Регистр команд. В нем хранится команда на тот период времени, который нужен для выполнения.
Шина данных
Процессор компьютера предназначен для работы с информацией. Все его устройства постоянно ею между собой обмениваются. А делают они это при помощи элемента, который называется внутренняя шина данных. В современных центральных процессорах есть и другие части, но необходимым минимумом является вышеописанный набор устройств.
Машинный цикл и его схема
Данный процесс, как правило, состоит из следующих шагов:
- Выбирается команда из ячейки, адрес которой сохранен в регистре-счетчике. Его содержимое при этом увеличивается на значение длины этой команды.
- Далее она отправляется в устройство управления, попадая в его регистр команд.
- Адресное поле, принадлежащее команде, расшифровывается устройством управления.
- Последнее дает сигнал, и данные считываются из оперативной памяти, попадая уже в арифметико-логическое устройство.
- Устройством управления расшифровывается код выполняемой операции и в арифметико-логическое устройство подается сигнал о выполнении этого действия над данными, которые в таком случае называются операндами.
- Результат выполнения операции может сохраниться в самом центральном процессоре или же передается в память, в случае, когда имеется адрес, по которому должен находиться результат.
- Все вышеперечисленные шаги выполняются до тех пор, пока не будет дан стоповый сигнал.
Характеристики
Итак, для чего предназначен процессор, ясно: для выполнения команд из заданной программы. Для этого он обладает следующими характеристиками:
- Тактовая частота. Центральный процессор тесно связан с генератором частоты тактов, которым вырабатываются импульсы. Они синхронизируют между собой работу всех элементов компьютера. Равняется эта характеристика числу тактов за одну секунду. Один такт – это отрезок времени, находящийся между первым импульсом и вторым. Измеряется тактовая частота в мегагерцах.
- Разрядность. Это максимальное значение, отвечающее за число разрядов двоичного кода, образованного и передаваемого процессором в одно и то же время. Эта характеристика определена разрядностью его регистров.
- Адресное пространство. К нему относится тот диапазон адресов, к которым обращается процессор, применяя адресный код.
Благодаря вышесказанному можно четко определиться, для чего предназначен процессор. Это мозг компьютера, без которого он совершенно ни к чему не пригоден. Разве только для украшения интерьера.
Тип урока: урок закрепления и обобщения знаний.
«Научиться можно лишь тому, что любишь, и чем глубже и полнее должны быть знания, тем сильнее, могучее и живее должна быть любовь».
И. В. Гете
Цели урока:
- контроль, обобщение и систематизирование знаний об устройстве компьютера;
- способствование развитию познавательной активности учащихся, внимательности, находчивости;
- развитие интереса к предмету;
- воспитание чувства ответственности за общее дело, умения работать в команде.
Подготовительный этап.
Класс делится на 2 команды, и каждая команда получает задание: придумать себе название и зашифровать его в виде ребуса. Приглашается жюри.
Ход урока
I. Организационный момент.
Приветствие, проверка присутствующих.
II. Тестирование.
- Устройство компьютера, предназначенное для обработки информации:
а) внешняя память;
б) процессор;
в) монитор;
г) клавиатура. - Устройством вывода является:
а) монитор;
б) клавиатура;
в) сканер;
г) дискета. - Устройством ввода является:
а) принтер;
б) монитор;
в) сканер;
г) дисковод. - Оперативная память служит для:
а) временного хранения данных и очищается при выключении питания ПК;
б) временного хранения данных и при выключении питания ПК не очищается;
в) временного хранения данных, от состояния питания ПК не зависит;
г) долговременного хранения данных. - Укажите тип принтера с наихудшим качеством печати:
а) струйный;
б) матричный;
в) лазерный. - Микрофон – это:
а) устройство обработки звуковой информации;
б) устройство хранения звуковой информации;
в) устройство вывода звуковой информации;
г) устройство ввода звуковой информации. - При несоблюдении санитарно-гигиенических требований вредное влияние на здоровье человека может оказывать следующее устройство компьютера:
а) принтер;
б) монитор;
в) системный блок;
г) мышь. - К устройствам внешней памяти не относятся:
а) гибкие магнитные диски;
б) жесткий магнитный диск;
в) CD-ROM;
г) оперативная память. - Мышь – это:
а) устройство вывода информации;
б) устройство ввода символьной информации;
в) устройство ввода манипуляторного типа;
г) устройство хранения информации. - Для переноса информации используют:
а) дискету;
б) оперативную память;
в) дисковод;
г) процессор.
Закончив работу с тестом, ребята меняются карточками с соседом по парте, проверяют (правильные ответы написаны на доске) и выставляют оценки (критерии оценивания также написаны на доске). Затем работы сдают учителю.
Ответы: 1б, 2а, 3в, 4а, 5б, 6г, 7б, 8г, 9в, 10а.
- 9–10 правильных ответов – «5»
- 7–8 правильных ответов – «4»
- 5–6 правильных ответов – «3»
III. Соревнование.
1. Представление команд (конкурс ребусов).
2. Закончи стихотворение.
Командам по очереди читаются стихотворения, которые они должны закончить. За правильный ответ команда получает 1 балл.
Скромный серый колобок,
Длинный тонкий проводок,
Ну а на коробке –
Две или три кнопки.
В зоопарке есть зайчишка,
У компьютера есть. (мышка).
А теперь, друзья, загадка!
Что такое: рукоятка,
Кнопки две, курок и хвостик?
Ну конечно, это. (джойстик).
Словно смелый капитан!
А на нем – горит экран.
Яркой радугой он дышит,
И на нем компьютер пишет
И рисует без запинки
Всевозможные картинки.
Наверху машины всей
Размещается. (дисплей).
Около дисплея – главный блок:
Там бежит электроток
К самым важным микросхемам.
Этот блок зовут. (системным).
По клавишам
прыг да скок –
Бе-ре-ги но-го-ток!
Раз-два и готово –
Отстукали слово!
Вот где пальцам физкультура
Это вот – . (клавиатура).
В ней записаны программы
И для мамы, и для папы!
В упаковке, как конфета,
Быстро вертится. (дискета).
И компьютеры порой
Говорят между собой,
Но для этого одна
Им штуковина нужна.
К телефону подключил –
Сообщение получил!
Вещь, известная не всем!
Называется. (модем).
Для чего же этот ящик?
Он в себя бумагу тащит
И сейчас же буквы, точки,
Запятые – строчка к строчке –
Напечатает картинку
Ловкий мастер
Струйный. (принтер).
Первая команда должна написать на доске Устройства ввода и обработки информации, вторая – Устройства вывода и хранения информации.
Проверка: каждый верный термин +1 балл. При необходимости учитель дополняет списки. Вместе с учениками считаются баллы.
4. Конкурс капитанов.
1-я команда.
- Назови клавишное устройство ввода информации. (Клавиатура).
- Характеристикой какого устройства является тактовая частота? (Процессора).
- Как называется системная плата компьютера? (Материнская).
- Диски CD-ROM магнитные или лазерные? (Лазерные).
- Назови клавишу, фиксирующую режим ввода заглавных букв. (CapsLock).
2-я команда.
- Назови основное устройство манипуляторного типа. (Мышь).
- Оперативная память физически реализована на диске или на микросхемах? (На микросхемах).
- Как называется кратковременная память компьютера? (Оперативная).
- В состав какого устройства входит арифметико-логическое устройство? (Процессор).
- Назови клавишу, стирающую символы слева от курсора. (BackSpace).
5. Разгадайте кроссворд.
Кроссворд выдается на карточках вместе с вопросами.
Вопросы:
- Устройство, при помощи которого человек вводит информацию в компьютер. (Клавиатура).
- Набор условных обозначений для записи заранее определенных символов. (Код).
- Устройство, при помощи которого люди считали с XVII до XX века включительно. (Арифмометр).
- Устройство, позволяющее выводить информацию из памяти компьютера на бумагу. (Принтер).
- Запоминающее устройство. (Память).
- Список, из которого можно выбрать команду. В этой строке находятся слова: файл, правка, вид и т.д. (Меню).
- Устройство, на которое выводится информация. (Монитор).
- Простейший вычислительный прибор, которым пользовались на протяжении веков. (Счеты).
- Главное устройство, “мозг” компьютера, который управляет всеми устройствами компьютера. (Процессор).
Если все отгадано верно, то в результате получится слово “компьютер”.
6. Составьте слова.
Из слов на карточке составить слова, связанные с информатикой и компьютером. Буквы в словах не могут повторяться, и все имеются в слове.
7. “Венгерский” кроссворд.
IV. Подведение итогов урока.
V. Домашнее задание.
Составить кроссворд по теме «Устройства компьютера».
Устройство компьютераСовременный персональный компьютер – это сложное устройство, которое может состоять из десятков отдельных устройств. Среди основных следует отметить следующие:Схема устройства компьютера: Устройство компьютера: Микропроцессор — небольшая электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации. В компьютерах типа IBM PC используется микропроцессоры фирмы Intel. Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Оперативная память. Из оперативной памяти процессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. Оперативная память работает очень быстро, содержащиеся в ней данные сохраняются только пока компьютер включен, при выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается. Контроллеры и шина. Чтобы компьютер мог работать, необходимо, чтобы в его оперативной памяти находились программа (последовательность команд, записанная на языке понятном процессору) и данные. А попадают они туда из различных устройств компьютера: — клавиатуры, дисководов для магнитных дисков и т.д. Обычно эти устройства называют внешними.
Шина — системная магистраль передачи данных Дисководы— устройства для записи, считывания и длительного хранения информации на гибких магнитных дисках (дискетах). Объем информации, который может быть размещен на дискете, различен для различных типов дискет. Самые распространенные на сегодня дискеты — 1.44 Мбайта. Винчестеры — устройства для записи, считывания и длительного хранения информации на жестких магнитных дисках. Необходимый объем винчестера зависит от потребностей и материальных возможностей пользователя, на сегодняшний день –1 Гбайт и выше. Принтеры — печатающие устройства, предназначенные для вывода информации на бумагу. Существует несколько тысяч моделей принтеров. Как правило, применяются принтеры следующих типов: матричные, струйные и лазерные. Мониторы — устройства, предназначенные для вывода на экран текстовой и графической информации. Дополнительные устройства Мышь — манипулятор для ввода информации в компьютер. Модем — устройство для обмена информацией между компьютерами через телефонные, оптоволоконные и др. Сети. Сканер — устройство для считывания графической и текстовой информации в компьютер с бумажных носителей информации. Плоттер —устройство для вывода чертежей на бумагу.
К дополнительным можно отнести следующие устройства:
ПРОГРАММНЫЙ ПРИНЦИП УПРАВЛЕНИЯ КОМПЬЮТЕРОМ В XIX веке английским математиком и инженером Чарльзом Бэббиджем был разработан проект вычислительной машины, которая предназначалась для автоматического проведения длинных цепочек вычислений. Конструкция его аналитической машины включала 50 тысяч деталей: зубчатых колес, рычагов и пружин, взаимодействовавших определенным образом. Совершенствуя и уточняя конструкцию машины, Бэббидж первым смог выделить необходимые для ее работы части:
В качестве средства хранения информации в аналитической машине использовалась перфокарта — картонная прямоугольная пластина с рядами пробитых в ней дырочек. Каждый ряд состоял из двух частей, разделенных столбцом, содержащим отверстия во всех рядах. Первая часть представляла собой запись числа, вторая — код команды, указывающей, что делать с числом. В созданной Бэббиджем аналитической машине присутствовала хранимая в памяти машины программа ее работы. Меняя программу (перфокарту), можно было изменять порядок вычислений, то есть переходить от одной задачи к другой. Главной особенностью конструкции этой машины является программный принцип работы. Принцип программы, хранимой в памяти компьютера, считается важнейшей идеей современной компьютерной архитектуры. Суть идеи заключается в том, что В основу работы компьютеров положен программный принцип управления, состоящий в том, что компьютер выполняет действия по заранее заданной программе. Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается задача соответственно выбранной программе. После ее завершения в память загружается другая программа и т.д. Программа — это запись алгоритма решения задачи в виде последовательности команд или операторов языком, который понимает компьютер. Конечной целью любой компьютерной программы является управление аппаратными средствами. Для нормального решения задач на компьютере нужно, чтобы программа была отлажена, не требовала доработок и имела соответствующую документацию. Поэтому, относительно работы на компьютере часто используют термин программное обеспечение (software), под которым понимают совокупность программ, процедур и правил, а также документации, касающихся функционирования системы обработки данных. Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и взаимодействии. Состав программного обеспечения вычислительной системы называется программной конфигурацией. |
Устройство компьютера
Цели урока:
- Ознакомить учащихся с устройством компьютера.
- Ознакомить с назначением основных и дополнительных устройств компьютера.
- Ознакомить с различными видами компьютеров.
Задачи урока:
- помочь учащимся усвоить устройство компьютера, классификацию устройств компьютера;
- воспитание информационной культуры учащихся, дисциплинированности, усидчивости;
- развивать внимание и кругозор учащихся;
- воспитывать у учащихся информационную культуру.
Тип урока: Объяснение нового материала. Для сопровождения урока используется компьютерная презентация (Презентация).
Оборудование: Компьютер, проектор.
Структура урока:
- Организационный момент.
- Объяснение нового материала.
- Подведение итогов урока.
Ход урока
1. Организационный момент. Формулировка темы и целей урока.
2. Объяснение нового материала.
Что такое компьютер? Этот вопрос интересует всех, кто начинает изучать информатику.
Компьютер — это универсальное устройство, предназначенное для накопления, обработки, хранения, систематизации и передачи информации. Данное определение очень сложно для понимания пятиклассника, поэтому рассмотрим только внешнюю архитектуру компьютера, все его составляющие, устройства, подключаемые к компьютеру и их разделение по группам. А также рассмотрим классификацию компьютеров.
Компьютер состоит из основных четырех компонентов: системный блок, монитор, клавиатура и мышь.
Главным в компьютере является системный блок, включающий в себя процессор, память, накопители на гибких и жестких магнитных дисках, блок питания и др.
Процессор предназначен для вычислений, обработки информации и управления работой компьютера.
Память компьютера служит для хранения данных. Есть два вида памяти: оперативная и постоянная. Устройства, их реализующие, называются ОЗУ — оперативное запоминающее устройство и ПЗУ — постоянное запоминающее устройство.
В ПЗУ хранятся инструкции и правила, которые определяют порядок работы при включении компьютера. Эти инструкции не удаляются даже при выключении компьютера.
Вся информация, необходимая для работы компьютера, помещается в ОЗУ (оперативную память). Процессор может мгновенно обращаться к содержимому оперативной памяти. Электрические импульсы, в форме которых информация хранится в оперативной памяти, существуют только тогда, когда компьютер включен. После отключения источника питания вся информация, содержащаяся в оперативной памяти, теряется.
Для длительного хранения информации используется долговременная память: магнитные диски, компакт-диски, флеш-накопители. Различают гибкие и жесткие магнитные диски. Гибкий магнитный диск — дискета — имеет небольшую емкость и в наше время используется очень редко, чаще всего для того, чтобы перенести информацию с одного компьютера на другой. Жесткий диск встроен внутрь системного блока. Он имеет большую емкость, на нем храниться почти вся основная информация, к которой требуется постоянный доступ. Для хранения не часто используемой информации используют компакт-диски (их называют лазерными или оптическими). Это емкие и надежные носители данных. В последнее время очень часто используют такие носители информации как флеш-накопители (микросхемы памяти). Их емкость в несколько раз больше, чем у компакт-дисков.
Рассмотрим все устройства компьютера
Устройства компьютера можно разделить условно на две части: основные и дополнительные.
К основным можно отнести: системный блок, монитор, клавиатура, мышь.
К дополнительным: джойстик, акустические колонки, веб-камера, микрофон, гарнитура, принтер, сканер, графический планшет и т.д.
(Во время просмотра презентации можно кратко рассказать о каждом устройстве, его функция и целях.)
Все устройства, которые мы рассмотрели называют аппаратным обеспечением компьютера. В аппаратном обеспечении различают устройства ввода, обработки, хранения и вывода информации.
Устройства ввода информации — это клавиатура, мышь, сканер, микрофон и др.
Устройство обработки информации - процессор.
Устройства хранения информации — это оперативная память, жесткие диски, компакт-диски, флеш-накопители.
Устройства вывода информации - монитор, принтер, акустические колонки.
В конце урока рассмотреть виды компьютеров: персональный, наколенный, записная книжка. Обсудит с учащимися вопрос: Для каких целей и где можно использовать все перечисленные виды компьютеров.
3. Подведение итогов урока.
Вопросы для самопроверки:
- Из каких основных устройств состоит компьютер?
- Как называется устройство обработки информации?
- Какие вы знаете устройства хранения информации?
- Что входит в состав аппаратного обеспечения компьютера?
Литература.
- Л.Босова, Информатика и ИКТ — 5 класс, издательство БИНОМ 2009 г.
- Н.Л.Югова, Р.Р.Камалов Поурочные разработки по информатике — 5 класс, Москва «ВАКО» 2009 г.
- Картинки с поисковика Yandex.
Микропроцессоры
Введение
ЭВМ получили широкое распространение, начиная с 50-х годов. Прежде это были очень большие и дорогие устройства, используемые лишь в государственных учреждениях и крупных фирмах. Размеры и форма цифровых ЭВМ неузнаваемо изменились в результате разработки новых устройств, называемых микропроцессорами.
Микропроцессор (МП) — это программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, выполненное на одной или нескольких интегральных схемах с высокой степенью интеграции электронных элементов.
В 1970 году Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ — первый микропроцессор Intel-4004, который уже в 1971 году был выпущен в продажу.
15 ноября 1971 г. можно считать началом новой эры в электронике. В этот день компания приступила к поставкам первого в мире микропроцессора Intel 4004.
Это был настоящий прорыв, ибо МП Intel-4004 размером менее 3 см был производительнее гигантской машины ENIAC. Правда работал он гораздо медленнее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации (процессоры больших ЭВМ обрабатывали 16 или 32 бита одновременно), но и стоил первый МП в десятки тысяч раз дешевле.
Кристалл представлял собой 4-разрядный процессор с классической архитектурой ЭВМ гарвардского типа и изготавливался по передовой p-канальной МОП технологии с проектными нормами 10 мкм. Электрическая схема прибора насчитывала 2300 транзисторов. МП работал на тактовой частоте 750 кГц при длительности цикла команд 10,8 мкс. Чип i4004 имел адресный стек (счетчик команд и три регистра стека типа LIFO), блок РОНов (регистры сверхоперативной памяти или регистровый файл — РФ), 4-разрядное параллельное АЛУ, аккумулятор, регистр команд с дешифратором команд и схемой управления, а также схему связи с внешними устройствами. Все эти функциональные узлы объединялись между собой 4-разрядной ШД. Память команд достигала 4 Кбайт (для сравнения: объем ЗУ миниЭВМ в начале 70-х годов редко превышал 16 Кбайт), а РФ ЦП насчитывал 16 4-разрядных регистров, которые можно было использовать и как 8 8-разрядных. Такая организация РОНов сохранена и в последующих МП фирмы Intel. Три регистра стека обеспечивали три уровня вложения подпрограмм. МП i4004 монтировался в пластмассовый или металлокерамический корпус типа DIP (Dual In-line Package) всего с 16 выводами.
В систему его команд входило всего 46 инструкций.
Вместе с тем кристалл располагал весьма ограниченными средствами ввода/вывода, а в системе команд отсутствовали операции логической обработки данных (И, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ), в связи с чем их приходилось реализовывать с помощью специальных подпрограмм. Модуль i4004 не имел возможности останова (команды HALT) и обработки прерываний.
Цикл команды процессора состоял из 8 тактов задающего генератора. Была мультиплексированная ША (шина адреса)/ШД (шина данных), адрес 12-разрядный передавался по 4-разряда.
1 апреля 1972 г. фирма Intel начала поставки первого в отрасли 8-разрядного прибора i8008. Кристалл изготавливался по р-канальной МОП-технологии с проектными нормами 10 мкм и содержал 3500 транзисторов. Процессор работал на частоте 500 кГц при длительности машинного цикла 20 мкс (10 периодов задающего генератора).
В отличие от своих предшественников МП имел архитектуру ЭВМ принстонского типа, а в качестве памяти допускал применение комбинации ПЗУ и ОЗУ.
По сравнению с i4004 число РОН уменьшилось с 16 до 8, причем два регистра использовались для хранения адреса при косвенной адресации памяти (ограничение технологии — блок РОН аналогично кристаллам 4004 и 4040 в МП 8008 был реализован в виде динамической памяти). Почти вдвое сократилась длительность машинного цикла (с 8 до 5 состояний). Для синхронизации работы с медленными устройствами был введен сигнал готовности READY.
Система команд насчитывала 65 инструкций. МП мог адресовать память объемом 16 Кбайт. Его производительность по сравнению с четырехразрядными МП возрасла в 2,3 раза. В среднем для сопряжения процессора с памятью и устройствами ввода/вывода требовалось около 20 схем средней степени интеграции.
Возможности р-канальной технологии для создания сложных высокопроизводительных МП были почти исчерпаны, поэтому «направление главного удара» перенесли на n-канальную МОП технологию.
1 апреля 1974 МП Intel 8080 был представлен вниманию всех заинтересованных лиц. Благодаря использованию технологии п-МОП с проектными нормами 6 мкм, на кристалле удалось разместить 6 тыс. транзисторов. Тактовая частота процессора была доведена до 2 Мгц, а длительность цикла команд составила уже 2 мкс. Объем памяти, адресуемой процессором, был увеличен до 64 Кбайт. За счет использования 40-выводного корпуса удалось разделить ША и ШД, общее число микросхем, требовавшихся для построения системы в минимальной конфигурации сократилось до 6 (рис. 1).
Рис. 1. Микропроцессор Intel 8080.
В РФ были введены указатель стека, активно используемый при обработке прерываний, а также два программнонедоступных регистра для внутренних пересылок. Блок РОНов был реализован на микросхемах статической памяти. Исключение аккумулятора из РФ и введение его в состав АЛУ упростило схему управления внутренней шиной.
Новое в архитектуре МП — использование многоуровневой системы прерываний по вектору. Такое техническое решение позволило довести общее число источников прерываний до 256 (до появления БИС контроллеров прерываний схема формирования векторов прерываний требовала применения до 10 дополнительных чипов средней интеграции). В i8080 появился механизм прямого доступа в память (ПДП) (как ранее в универсальных ЭВМ IBM System 360 и др.).
ПДП открыл зеленую улицу для применения в микроЭВМ таких сложных устройств, как накопители на магнитных дисках и лентах дисплеи на ЭЛТ, которые и превратили микроЭВМ в полноценную вычислительную систему.
Традицией компании, начиная с первого кристалла, стал выпуск не отдельного чипа ЦП, а семейства БИС, рассчитанных на совместное использование.
Содержание >>>
Устройства ввода информации и их функции — урок. Информатика, 5 класс.
Компьютеру, как и человеку, необходимы свои «глаза и уши», с помощью которых он мог бы воспринимать информацию извне. В настоящее время имеются разнообразные устройства, выполняющие эти функции в составе компьютера. Они называются устройствами ввода, так как обеспечивают ввод в компьютер данных в различных формах: чисел, текстов, изображений, звуков.
Устройства ввода преобразуют эту информацию из формы, понятной человеку, в цифровую форму, воспринимаемую компьютером.
Современные компьютеры могут обрабатывать числовую, текстовую, графическую, звуковую и видеоинформацию.
Клавиатура — компьютерное устройство, которое располагается перед экраном дисплея и служит для набора текстов и управления компьютером с помощью клавиш, находящихся на клавиатуре.
Клавиатура позволяет вводить в компьютер числовую и текстовую информацию, а также различные команды и данные.
Микрофон используется для ввода звуковой информации, подключается к входу звуковой карты.
Сканер — устройство для перевода графической информации в цифровую.
Сканер используется для оптического ввода в компьютер и преобразования в компьютерную форму изображений (фотографий, рисунков, чертежей).
Сканеры используются и для бесклавиатурного ввода текста. Всякую информацию сканер воспринимает как графическую. Если это был текст, который в другом случае пришлось бы набирать вновь, то после работы сканера специальная программа распознавания текста, позволяющая выделить в считанном изображении отдельные символы и сопоставить с ними соответствующие коды символов, преобразовывает его в пригодный для обработки текст.
Веб-камера — малоразмерная цифровая видео- или фотокамера, способная в реальном времени фиксировать видеоизображения, предназначенные для дальнейшей передачи по компьютерной сети.
Цифровые камеры позволяют получать видеоизображение и фотоснимки в цифровом (компьютерном) формате. Позволяют вводить в компьютер графическую информацию.
Сенсорный экран — устройство ввода информации, представляющее собой экран, реагирующий на прикосновения к нему.
Графический планшет (дигитайзер). Графический планшет (со световым пером) — это устройство для ввода рисунков от руки и рукописного текста непосредственно в компьютер.
Тест №1. Устройства компьютера.
Тест №3. Внешние (периферийные) устройства ЭВМ.
считывания графической информации вывода ввода
центральный процессор принтер оперативная память
тактовая частота дискретность время доступа к информации
обработки вводимых данных реализации алгоритмов обработки, накопления и передачи информации
драйвер контроллер стример
стример факсмодем дискета вывода считывания информации ввода
принтер стриммер дисплей стриммер
программного управления работой вычислительной машины передачи информации от машины человеку хранение информации ввод и выдачу информации обработку информации Тест №4. Укажите пункт, в котором приведено неверное высказывание относительно устройств, входящих в состав ПЭВМ или ноль, если его нет. 1) Процессоры, в первую очередь, осуществляют всевозможные операции над числами. 2) Операционная память служит, в первую очередь, для хранения информации во время ее обработки. 3) Магистраль служит, в первую очередь, для связи блоков ЭВМ между собой. 4) От объема долговременной памяти, в первую очередь, зависит объем и сложность решаемых задач.
Укажите пункт, приведенное утверждение в котором не соответствует действительности, или ноль, если его нет. 1) ПЭВМ не может эксплуатироваться без процессора. 2) ПЭВМ не может эксплуатироваться без внутренней памяти. 3) ПЭВМ не может эксплуатироваться без клавиатуры. 4) ПЭВМ не может эксплуатироваться без принтера.
Укажите пункт или пункты, в котором(рых) приведены правильные высказывания. 1. Принцип открытой архитектуры — это возможность открытого доступа ко всем устройствам компьютера для их ремонта или обслуживания. 2. Принцип открытой архитектуры — это полное описание функций и состава всех устройств компьютера в технической документации. 3. Принцип открытой архитектуры — это единый способ соединения всех устройств компьютера между собой. 4. Принцип открытой архитектуры — это возможность замены или добавления новых устройств на основе стандартных средств для их сопряжения с системной шиной компьютера.
Укажите пункт или пункты, в которых приведены неправильные высказывания. 1. Сопроцессор — это дополнительный процессор, который необходим для обеспечения работы компьютера после отказа основного процессора. 2. Сопроцессор — это специализированный процессор, который обеспечивает вычисление над числами с плавающей запятой (вещественными числами). 3. Сопроцессор — это специализированный процессор, который обеспечивает операции над символами и логическими величинами. 4. Сопроцессор — это микросхема, которая предназначена для соединения процессора с другими устройствами компьютера.
Устройство, которое предназначено для преобразования звуковых сигналов в колебания электрического тока и обратно называется: 1) модем 2) телефон 3) факс 4) сканер
Для измерения количества информации и емкости запоминающих устройств компьютера используются следующие единицы измерения: 1) байт 2) бит 3) бод 4) мегабайт 5) флопс
Укажите максимальный размер оперативной памяти памяти персонального компьютера. 1) 1 Гбайт 2) 4 Гбайт 3) 512 Мбайт 4) Зависит от разрядности адресной шины и способа адресации. 5) Зависит от количества регистров процессора.
Укажите пункты, содержащие правильные высказывания: 1) Качество изображения на экране монитора зависит от быстродействия процессора и размера оперативной памяти. 2) Качество изображения на экране монитора зависит от размера видеопамяти. 3) Качество изображения на экране монитора зависит от количества графических элементов изображения (пикселов) и типа установленного видеоадаптера.
Укажите пункты, содержащие неправильные высказывания. 1). Устройство «мышь» используется для ввода в компьютер графических изображений. 2). Устройство «мышь» используется для выбора объектов на экране монитора и управления работой программы. 3). Устройство «мышь» используется для управления качеством изображения на экране монитора.
|
Компьютер. 5. Центральные устройства компьютера
Назначение и устройство компьютера
Назначение и устройство компьютера основные устройства компьютера компьютерная память взаимодействие устройств ПК основные характеристики ПК закрепление изученного материала домашнее задание Компьютер
ПодробнееМодуль 2. Архитектура компьютера
Модуль 2. Архитектура компьютера 1. Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки информации это: 1) информационная система 2) информационные технологии 3)
ПодробнееУстройство компьютера
Устройство компьютера Персональный компьютер (ПК) это электронный прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки и передачи информации Основные компоненты компьютера Процессор
ПодробнееЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА В состав современных компьютеров входит много разнообразных запоминающих устройств, различающихся по назначению, характеристикам и объёму хранимой информации. На данном этапе выделяют
ПодробнееВиды памяти компьютера 10 класс
Виды памяти компьютера 10 класс Учитель МБОУ «Школа 91» Сафонова Л.Ф Виды памяти Внутренняя память быстродействующая электронная память, расположенная на системной плате компьютера Внешняя (долговременная)
ПодробнееУстройство компьютера. Левашова Л.Н.
Устройство компьютера Левашова Л.Н. АНАЛОГИЯ МЕЖДУ КОМПЬЮТЕРОМ И ЧЕЛОВЕКОМ Ч Е Л О В Е К Органы чувств Прием ( ввод ) информации Хранение информации М О З Г Процесс мышления ( обработка информации ) Компьютер
ПодробнееТема урока: Устройства внешней памяти.
АКСЮТИН АЛЕКСЕЙ СЕРГЕЕВИЧ Учитель информатики и ИКТ МБОУ «Арсеньевская СОШ» Тема урока: Устройства внешней памяти. Цели урока: Познакомить учащихся с устройствами внешней памяти и их характеристиками;
ПодробнееУстройство компьютера
Устройство компьютера Тема 0. Типы компьютеров К.Ю. Поляков, 2007-2008 Настольные компьютеры (desktop) звуковые монитор колонкидля вывода для вывода информации звука на экран системный блок принтер для
ПодробнееУстройство компьютера. Внешняя память
Устройство компьютера Внешняя память Вариант классификации ВЗУ МАГНИТНАЯ ПАМЯТЬ Основной функцией внешней памяти компьютера является долговременное хранение большого объема информации. Устройство, которое
ПодробнееСостав и работа компьютерной системы Тест
1. Компьютер это — Состав и работа компьютерной системы Тест 1. электронное вычислительное устройство для обработки чисел; 2. устройство для хранения информации любого вида; 3. многофункциональное электронное
ПодробнееЗапоминающие устройства (ЗУ)
Запоминающие устройства (ЗУ) ЗУ классифицируют: 1) по месторасположению по отношению к вычислительному устройству: а) внешние ЗУ, б) внутренние ЗУ; 2) по назначению: а) сверхоперативные ЗУ (СОЗУ) имеют
ПодробнееТема 1. Аппаратное обеспечение (HARDWARE)
Лекция 2. Тема 1. Аппаратное обеспечение (HARDWARE) — Понятие автоматизации вычислений; — Классификация компьютеров; — Устройство персонального компьютера; — Периферийные устройства; — Система «Тонкий
ПодробнееПерсональный компьютер
Персональный компьютер 1 Определение! Персональный компьютер ПК (англ. personal computer, PC), ПЭВМ (персональная электронно-вычислительная машина) — устройство или система, способное выполнять заданную,
ПодробнееОрганизация компьютера (Hardware)
Организация компьютера (Hardware) Лекция 3 Информатика Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ 1 Содержание Основы компьютерной архитектуры Компьютер фон Неймана Аппарат прерываний Внешние устройства Виртуальная
ПодробнееОсновные функции микропроцессора :
Архитектура МП Основные понятия Микропроцессор — это программно-управляемое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессами этой обработки, выполненной в виде одной
ПодробнееТема 1. Аппаратное обеспечение (HARDWARE)
Лекция 2. Тема 1. Аппаратное обеспечение (HARDWARE) — Понятие автоматизации вычислений; — Классификация компьютеров; — Устройство персонального компьютера; — Периферийные устройства; — Система «Тонкий
ПодробнееA-000, B-110, C-01, D-001, E-10
1. Что делать, если не работает мышь или клавиатура? сообщить учителю отсоединить и присоединить снова разъём устройства перезагрузить компьютер выключить компьютер 2. Что изучает информатика? любые процессы
ПодробнееСОСТАВ И НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОМПЬЮТЕРА
СОСТАВ И НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОМПЬЮТЕРА Термин «компьютер» происходит от английского слова Computer вычислитель, т.е. программируемое электронное устройство, предназначенное для автоматизированной обработки
ПодробнееАрхитектура персонального компьютера
Архитектура персонального компьютера Поколения ЭВМ 1-е поколение (начало 1950-х гг.) Элементная база электронные лампы. ЭВМ отличались большими габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием,
ПодробнееПринципы построения процессора
1. ВВЕДЕНИЕ Базовая структура микропроцессорной системы Обобщенная структурная схема микропроцессорного устройства (МПУ) изображена на рис. 1.1. В общем случае, работа МПУ сводится к следующей последовательности
ПодробнееЛекция 5. Центральный микропроцессор
Лекция 5 Центральный микропроцессор Архитектура ПЛК 2 Под архитектурой микроконтроллера понимают комплекс его аппаратных и программных средств, предоставляемых пользователю. Основные модули ПЛК: центральный
Подробнее:= 5; := 7; := := := 13. ПЗУ
Вопросы для экзамена по информатике в 9 классе. 1. Как представлено число 83 10 в двоичной системе счисления? 2. Как представлено число 25 в двоичной системе счисления? 3. Как представлено число 82 в двоичной
ПодробнееГлоссарий Учебной практики
Глоссарий Учебной практики 1 курса факультета МИФ «Волгоградского государственного социально-педагогического университета» Чекунова Виктора Сергеевича Группа ИНБ-111 Тема «Носители информации» Список терминов:
Подробнее2.1. Шины микропроцессорной системы
1 2.Организация обмена информацией: Шины микропроцессорной системы и циклы обмена В этой лекции речь идет об обмене информацией по шинам микропроцессорных систем, о циклах обмена информацией и их фазах,
ПодробнееIV. Запоминающие устройства
IV. Запоминающие устройства ЗУ классифицируют: 1) по месторасположению по отношению к вычислительному устройству: а) внешние ЗУ, б) внутренние ЗУ; 2) по назначению: а) сверхоперативные ЗУ (СОЗУ) имеют
ПодробнееСистема управления вводом-выводом
Система управления вводом-выводом Виды работ вычислительной системы Обработка информации Операции по осуществлению ввода-вывода информации Общие сведения об архитектуре компьютера. Шины Шины данных Адресные
Подробнееоборудование компьютера и прочее «железо»
оборудование компьютера и прочее «железо» Оборудование компьютера Оборудованием (аппаратным обеспечением) персонального компьютера (ПК) называют внутренние физические компоненты компьютера и периферийные
ПодробнееИнформационная технология
Информатика Аппаратное обеспечение информационных технологий Средства информационных технологий Информационная технология Алгоритмические средства (brainware) Аппаратные средства (hardware) Программные
ПодробнееУстройство обработки информации — обзор
Выявление источников информации может быть ограничено только вашим собственным недостатком воображения. Следующий список представляет собой частичную компиляцию документальных источников.
Алфавитный / географический телефонный справочник
Банковские счета / записи операций
Банкротства, залоговые права и судебные решения
Финансовая история
Списки абонентов коммунальных услуг
Страховые компании
Поиск записей о смерти
журналов в качестве профессиональных объединений
Поиск судимостей
Корпоративные документы
Проверка образования
Братские, общественные и политические организации
Клубы здоровья и другие виды отдыха и клубы, включая общественные и частные поля для гольфа
Автосалоны, ремонтные и заправочные станции
Знаки прачечной и бирки химчистки
Отели, рестораны, бары, салоны, сети быстрого питания и услуги на вынос
Агенты по недвижимости и строительные ассоциации
Виды транспорта — такси, авиалинии, любые другие означает возможность ведения списков пассажиров и отчетов о поездках
Компании по связям и обеспечению безопасности
Различные лицензионные бюро местных, государственных и федеральных органов власти
Банки данных
Врачи и необходимые рецепты или лекарства
Почтовое отделение
Паспортные данные
Лицензия на импорт / экспорт, Таможня и торговля США
Служба иммиграции и натурализации
Администрация ветеранов
Интернет-программ
Facebook, данные Twitter и LinkedIn сайты
Сотовый телефон
Поиск объектов недвижимости
Городские, окружные и государственные записи, а также статистика естественного движения населения, относящаяся к передаче земли, информация об автомобиле и водителе, рождении , смерти, браки, записи комиссии по выборам, занятость и деловая PR ivileges лицензии, сведения о судимости, гражданские и уголовные тяжбы, начисление налогов на недвижимость и любые залоговые права или ипотеки на движимое имущество
Новое устройство для хранения и обработки информации — ScienceDaily
Группа ученых разработала средства для создания нового типа памяти, что стало заметным прорывом во все более сложной области искусственного интеллекта.
«Квантовые материалы открывают большие перспективы для улучшения возможностей современных компьютеров», — объясняет Эндрю Кент, физик из Нью-Йоркского университета и один из старших исследователей. «Работа опирается на их свойства при создании новой структуры вычислений».
О создании, разработанном в сотрудничестве с исследователями из Калифорнийского университета Сан-Диего (UCSD) и Университета Париж-Сакле, сообщается в Scientific Reports .
«Поскольку обычные вычисления достигли своих пределов, разрабатываются новые вычислительные методы и устройства», — добавляет Иван Шуллер, физик из Калифорнийского университета в США и один из авторов статьи.«Они могут произвести революцию в вычислениях, и в один прекрасный день они могут соперничать с человеческим мозгом».
В последние годы ученые стремились добиться прогресса в так называемых «нейроморфных вычислениях» — процессе, имитирующем функции человеческого мозга. Из-за своих человеческих характеристик он может предлагать более эффективные и новаторские способы обработки данных с использованием подходов, недостижимых с использованием существующих вычислительных методов.
В рамках работы над научными отчетами исследователи создали новое устройство, которое знаменует значительный прогресс, уже достигнутый в этой области.
Для этого они построили наноконстрикционный спинтронный резонатор, позволяющий манипулировать известными физическими свойствами новаторскими способами.
Резонаторыспособны генерировать и сохранять волны четко определенных частот — подобно коробке струнного инструмента. Здесь ученые сконструировали резонатор нового типа — способный хранить и обрабатывать информацию, подобную синапсам и нейронам в головном мозге. Один, описанный в Scientific Reports, сочетает в себе уникальные свойства квантовых материалов со свойствами спинтронных магнитных устройств.
Устройства Spintronic — это электронные устройства, которые используют спин электрона в дополнение к его электрическому заряду для обработки информации способами, которые уменьшают энергию при одновременном увеличении емкости хранения и обработки по сравнению с более традиционными подходами. Такое широко используемое устройство, «генератор крутящего момента», работает на определенной частоте. Сочетание его с квантовым материалом позволяет настраивать эту частоту и, таким образом, значительно расширяет область ее применения.
«Это фундаментальное достижение, которое находит применение в вычислениях, особенно в нейроморфных вычислениях, где такие резонаторы могут служить связями между вычислительными компонентами», — отмечает Кент.
История Источник:
Материалы предоставлены Нью-Йоркским университетом . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.
Обработка информации: исторические перспективы | Encyclopedia.com
С незапамятных времен люди пытались разработать методы для более эффективных вычислений и обработки данных. Одним из первых вычислительных устройств были счеты, разработанные в Древнем Египте в тринадцатом веке.Счеты — это рамка, состоящая из бусинок, нанизанных на проволоки, которые используются для сложения, вычитания, деления и умножения. Хотя это примитивное устройство предшествовало карандашу и бумаге, оно все еще используется в двадцать первом веке.
ПЕРВЫЕ СЧЕТЧИКИ
Чтобы увеличить скорость и точность вычислений, математик Джон Напье изобрел логарифмы, которые в значительной степени помогли арифметическим вычислениям. Он также изобрел «кости Напьера» в начале 1600-х годов. Этот инструмент представлял собой стол из дерева или костей, на котором были надписи умножения.В 1642 году француз Блез Паскаль (1623–1662) изобрел первую арифметическую машину. Готфрид Лейбниц (1646–1716) расширил идеи Паскаля и в 1671 году разработал «счетчик шагов», который мог выполнять сложение, вычитание, умножение и деление, а также вычислять квадратные корни.
В 1834 году Чарльз Бэббидж (1791–1871) сконструировал предшественника компьютера — механическую аналитическую машину. Он был разработан для выполнения сложных вычислений, таких как умножение, деление, сложение и вычитание.Аналитическую машину не удалось создать из-за ее механической природы. Механические части работали очень медленно и часто выходили из строя. Хотя эта машина никогда не производилась, она повлияла на дизайн современных компьютеров. Он включает четыре компонента современных вычислений: ввод, хранение, обработку и вывод. Машина позволяла вводить данные и имела место для хранения данных для обработки. У него также был процессор для вычисления чисел и управления задачами, которые необходимо выполнить, а также устройство вывода для распечатки информации.
В 1884 году Герман Холлерит (1860–1929) использовал электрические компоненты для создания компьютера, который правительство США использовало для составления таблиц данных для переписи населения США 1890 года. Эта машина получала перфокарты с ручной подачей и позволяла металлическим штырям проходить через отверстия в чашки, заполненные ртутью, замыкая электрическую цепь. Позднее Холлерит улучшил конструкцию и в 1896 году основал компанию Табулирующих машин. Позже компания стала International Business Machines (IBM) Corporation.
ПЕРВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ СОВРЕМЕННОГО ДНЯ
Ховарду Эйкену (1900–1973), профессору Гарварда, приписывают создание первого цифрового компьютера, получившего название Mark I.Эта машина была похожа на аналитическую машину Бэббиджа и состояла из переключателей и реле (металлических стержней, окруженных катушками с проволокой). На создание этой 5-тонной машины потребовалось пять лет, что сделало ее устаревшей еще до того, как она была завершена.
В Университете штата Айова Джон В. Атанасов (1903–1995) и его ассистент Клиффорд Берри (1918–1963) разработали первый электронный цифровой компьютер специального назначения в 1930-х годах. Компьютер Атанасова-Берри использовал вакуумные лампы для хранения и арифметических функций
.Усовершенствовав эту конструкцию, Джон Мочли (1907–1980) и Джон Преспер Экерт-младший (1919–1995) из Пенсильванского университета в 1945 году разработали первый крупномасштабный электронный цифровой компьютер общего назначения. электронный числовой интегратор и компьютер, или ENIAC, весили 30 тонн и занимали площадь 1500 квадратных футов. Эта огромная машина использовала 18 000 электронных ламп для хранения и арифметических вычислений.
Эккерт и Мочли основали свою собственную компанию, которая позже была известна как Remington Rand Corporation, и в 1951 году разработали универсальный автоматический компьютер (UNIVAC).UNIVAC стал первым коммерческим компьютером, доступным для бизнеса и промышленности. Эта машина использовала магнитную ленту для хранения входных и выходных данных вместо перфокарт, используемых в предыдущих машинах. IBM воспользовалась концепцией коммерческих приложений и разработала компьютерные системы IBM 701 и IBM 752. Из-за меньшего размера по сравнению с UNIVAC I модели IBM занимали более 70 процентов рынка промышленных компьютеров.
Транзисторы пришли на смену электронным лампам и послужили толчком к развитию компьютеров второго поколения.Транзисторы
, изобретенные в 1947 году, были дешевле электронных ламп, генерировали меньше тепла и производили более надежные компьютеры. Компьютеры на транзисторах пользовались большим спросом из-за их небольшого размера, более низкой стоимости и большей надежности.
По мере роста спроса на компьютеры программисты были поглощены утомительным процессом программирования компьютеров для работы. Компьютерные программисты использовали машинный язык, чтобы дать компьютеру инструкции.Машинный язык — это двоичный код (состоящий из нулей и единиц), который компьютер понимает напрямую. Каждая компьютерная модель имела уникальный язык программирования. Например, в UNIVAC был машинный язык, отличный от того, который использовался в IBM 752. Чтобы упростить задачу программирования компьютеров, машинный язык был заменен языком ассемблера. Программисты использовали ассемблеры для преобразования или перевода англоязычного кода, разработанного с использованием языка ассемблера, на машинный язык. Этот низкоуровневый язык повысил скорость написания программ.
Использование интегральных схем улучшило развитие компьютеров, что привело к появлению компьютеров третьего поколения. Интегральные схемы, разработанные в 1958 году, использовали миниатюрные транзисторы, которые были установлены на небольших кремниевых кристаллах длиной около четверти дюйма с каждой стороны. Эти микрочипы позволили ученым разрабатывать еще более компактные, быстрые и надежные компьютеры. IBM использовала микрочипы для разработки компьютеров серии 360. Вместо перфокарт пользователи взаимодействовали со своими компьютерами с помощью клавиатуры, мониторов и операционных систем.
В эпоху третьего поколения были представлены языки программирования высокого уровня. В то время как компьютеры третьего поколения выполняли более сложные операции с данными, связь с компьютерами также усложнялась. Такие языки программирования, как COBOL и FORTRAN, были разработаны в 1950-х годах, чтобы упростить программирование компьютера. Эти языки высокого уровня использовали компиляторы или интерпретаторы для преобразования англоязычного кода в машинный язык.
КОМПЬЮТЕРЫ ЧЕТВЕРТОГО ПОКОЛЕНИЯ
Компьютеры четвертого поколения были созданы благодаря разработке микропроцессоров.Этот процессор, названный полупроводником, был произведен в 1971 году компанией Intel. Полупроводник представлял собой крупномасштабную интегральную схему, содержащую тысячи транзисторов на одном кристалле. Разработка этого чипа привела к изобретению первого персонального компьютера. С этим изобретением использование компьютеров распространилось от крупных предприятий и военных на малые предприятия и дома.
IBM представила свой первый домашний компьютер в 1981 году, а Apple разработала домашний компьютер Macintosh в 1984 году.Чип Intel 4004 поместил все компоненты компьютера в один крошечный чип. Это нововведение в конечном итоге привело к разработке портативных устройств. Карманные устройства — это портативные компьютеры, которые обладают многими возможностями настольного компьютера. Одним из популярных портативных устройств является персональный цифровой помощник, который позволяет пользователю планировать и систематизировать информацию.
Мощные возможности микропроцессоров позволили маленьким компьютерам соединяться вместе, образуя сети или Интернет. Интернет, созданный в конце 1960-х годов исследователями из Агентства перспективных исследовательских проектов США.S. Department of Defense, представляет собой сеть компьютерных сетей, которые позволяют общаться между пользователями компьютеров. Интернет облегчил использование электронной почты, которая является широко используемой формой общения.
Интернет был расширен за счет всемирной паутины (WWW), которая позволяет пользователям компьютеров искать, просматривать и распространять информацию по множеству тем с веб-сайтов. WWW был разработан в 1990 году Тимом Бернерсом-Ли (1955–). Интернет вместе с WWW коренным образом изменили способ коммуникации, распространения и обработки информации промышленно развитыми странами.
КОМПЬЮТЕРЫ ПЯТОГО ПОКОЛЕНИЯ
Вычислительные устройства пятого поколения в настоящее время находятся в стадии разработки. В центре внимания этого поколения — заставить компьютеры вести себя как люди. Это явление было названо искусственным интеллектом Джоном Маккарти (1927–) в Массачусетском технологическом институте в 1957 году. Сфера искусственного интеллекта включает игры, экспертные системы, естественные языки, нейронные сети и робототехнику. Игры включают создание игр, которые позволяют пользователям играть против компьютера.Экспертные системы — это компьютерные приложения, которые выполняют задачи человека-эксперта, например, диагностируют болезнь. Естественные языки позволяют компьютерам понимать естественные человеческие языки, такие как английский или китайский. Нейронные сети пытаются работать как мозг человека или животного. Робототехника включает создание компьютеров, которые могут использовать человеческие чувства, такие как зрение и слух.
Хотя ученым очень трудно заставить компьютеры вести себя и думать как люди, в этой области были достигнуты некоторые успехи.В области игр программисты разработали компьютерные игры, которые могут «перехитрить» людей. В области естественных языков было разработано программное обеспечение для распознавания голоса, которое преобразовывает устные слова в письменные. Это позволяет пользователям разговаривать с компьютером, а компьютер, в свою очередь, диктует, что говорит пользователь, в виде слов на экране.
Обработка информации или обработка данных стали синонимом компьютеров. Развитие компьютеров, Интернета и WWW значительно улучшило способ обработки информации.Эти инструменты предоставили обществу больше возможностей для обработки информации, чем когда-либо прежде. Поскольку постоянно меняющийся мир продолжает развиваться, можно быть уверенным, что вскоре последуют новые инновации в области обработки информации.
см. Также Метизы; Обработка информации; Офисные технологии
библиография
Пять поколений компьютеров. (нет данных). Получено 17 ноября 2005 г. с веб-сайта http://www.webopedia.com/DidYouKnow/Hardware_Software/2002/FiveGenerations.asp
История компьютеров. (нет данных). Получено 17 ноября 2005 г. с http://www.hitmill.com/computers/history/index.html
История компьютеров. (нет данных). Получено 17 ноября 2005 г. с веб-сайта http://www.maxmon.com/history.htm
Введение в компьютеры. (нет данных). Получено 17 ноября 2005 г. с веб-сайта http://www97.intel.com/discover/JourneyInside/TJI_Intro/default.aspx
Schneider, David I. (2003). Введение в программирование с использованием Visual Basic .NET (5-е изд.). Река Аппер Сэдл, штат Нью-Джерси: Prentice Hall.
Ронда Б. Хендерсон
Энциклопедия бизнеса и финансов, 2-е изд.
Список этапов цикла обработки информации
Цикл обработки информации в контексте компьютеров и компьютерной обработки состоит из четырех этапов: ввод, обработка, вывод и хранение (IPOS). Однако на некоторых уровнях компьютера некоторые устройства обработки фактически используют только три из этих стадий — ввод, обработку и вывод — без необходимости хранить данные.Каждый из этих этапов играет важную роль в действиях по сбору, анализу и распространению, выполняемых компьютерной системой.
Обработка входных данных
••• Hemera Technologies / PhotoObjects.net / Getty Images
Данные должны поступить в систему, прежде чем они могут быть преобразованы в сохраненные или информационные выходные данные. Этап ввода IPOS предоставляет средства и механизмы, через которые данные попадают в модель IPOS. Некоторые эксперты считают, что сам процесс ввода можно разделить на три этапа: сбор, подготовка и ввод.Однако общий вид этапа ввода состоит в том, что данные вводятся в систему с использованием некоторой формы устройства ввода.
Устройство ввода способно собирать данные в их источнике или точке измерения. Источником данных, вводимых человеком в систему, является клавиатура, микрофон или, возможно, даже движение глаз или другой части тела. Другие формы устройств ввода, такие как термометры, датчики и часы, также соответствуют общему определению устройств ввода. Стадия ввода IPOS также может называться стадией кодирования.
Обработка данных
••• Comstock / Comstock / Getty Images
После того, как данные попадают в модель IPOS, они преобразуются в сохраненные данные или информацию. Агент обработки обычно представляет собой некоторую форму программного обеспечения или микропрограмм с определенным действием, предпринимаемым с определенным типом данных. В портативных или настольных компьютерах агент обработки обычно активен даже до того, как данные поступят. Фактически, программное обеспечение обработки также часто запрашивает данные и направляет процесс ввода.
Обработка может варьироваться от относительно небольших и простых до очень больших и сложных. Тем не менее, единственной целью этапа обработки является преобразование необработанных входных данных в форму, которая может быть сохранена для последующего использования, или обеспечение вывода информации для дальнейшей обработки или интерпретации.
Обработка вывода
••• Jupiterimages / Polka Dot / Getty Images
Обработка вывода в IPOS отправляет информацию на экран дисплея, принтер, плоттер, динамик или другой носитель, который может интерпретироваться человеческими органами чувств.Однако этап вывода может хранить данные в новом формате или преобразовывать обработанные данные во входные данные для другого модуля IPOS. Для большинства пользователей вывод означает либо отображение на экране монитора, либо распечатанный документ или графику. Вывод также может означать данные, информацию или кодирование.
Обработка хранилища
••• Goodshoot / Goodshoot / Getty Images
Стадия хранения IPOS может происходить непосредственно из каскада обработки или выхода. Этап хранения может служить в качестве этапа псевдоввода или псевдовывода для этапа обработки.На этапе обработки может потребоваться сохранить данные для последующего использования или вызвать ранее сохраненные данные для обработки новых данных из этапа ввода. Выходной каскад может хранить обработанные данные как информацию для отображения другим модулем IPOS, когда это необходимо. Этап хранения не только хранит данные или информацию на фиксированном носителе данных, таком как жесткий диск, но также может хранить данные и информацию на съемных носителях, таких как флэш-накопитель, CD-ROM или DVD.
Сравнительный подход к исследованию обработки биологической информации: исследование структуры и функции компьютерных жестких дисков и ДНК | Теоретическая биология и медицинское моделирование
Описав четыре свойства CHD, которые необходимы для его функции в качестве системы хранения и обработки информации, мы теперь опишем те аспекты DHD, которые также соответствуют этим четырем свойствам.Акцент в этом разделе делается не на попытке провести однозначное сопоставление между каждым компонентом в CHD и DHD, а скорее на описании структуры и механизма, касающихся роли ДНК, с точки зрения четырех функциональных свойств централизованного комплекс обработки информации, при этом отмечены конкретные случаи, когда реализация DHD расходится с CHD.
Корреляция 1: ортогональность генетической информации ДНК
Биологические системы также полагаются на свойство ортогональности информации, чтобы минимизировать вероятность неправильной интерпретации генетического языка.Контрольные области, такие как промоторы, инсуляторные и энхансерные последовательности, а также кодоны, содержащиеся в каждом гене, должны быть представлены нетривиальным и однозначным образом. Сами нуклеотиды ДНК обладают однозначными атрибутами, способствующими целостности программного языка ДНК. Для генетического материала граничные условия, необходимые для ортогональности информации, возникают из-за избирательного связывания в нуклеиновых кислотах, где аденин (A) соединяется с тимином (T), а цитозин (C) соединяется с гуанином (G).Замена РНК урацила на тимин участвует в ортогонализации молекулы ДНК [7–9]. Нуклеотиды ДНК A, C, T и G можно рассматривать как единицы биологических данных (кубиты), представляющие систему с основанием 4; в контексте молекулы ДНК эти нуклеотиды взаимодействуют с различными структурными и функциональными молекулами, выполняя роль формирования «языка» генетической информации. Существует функциональная эквивалентность ортогональности магнитного представления данных на CHD ортогональному представлению информации в форме кубитов на DHD.
Генерация различных типов РНК из кода ДНК преобразует закодированную информацию в полифункциональный формат для использования во всей клетке. Граничные условия кода ДНК и РНК возникают из интегральных биохимических свойств нуклеиновых кислот, которые ограничивают их возможные комбинации. Интерпретация мРНК в рибосоме представляет «классическую» роль РНК как средства продуцирования белков; однако другие функциональные РНК, такие как микроРНК (miRNA), большие межгенные некодирующие РНК (lincRNA) и малые интерферирующие РНК (siRNA), служат в качестве критических элементов управления в обработке клеточной информации.Множественные роли РНК предполагают, что РНК может служить слоем интерпретации информации, аналогичным передаче кодирования магнитного потока CHD на логические уровни электрического напряжения, которые затем повсеместно используются в компьютерных логических схемах.
Корреляция 2: низкоуровневое форматирование ДНК в эукариотических клетках
Как обсуждалось выше, форматирование носителя для хранения данных представляет собой наложенные на носитель организационные свойства, которые способствуют эффективному использованию хранимой информации.Поскольку ДНК человека содержит около 3 миллиардов нуклеотидов, составляющих гены, регуляторные последовательности и другие некодирующие области, все они находятся в одномерной последовательности, организованной в трехмерном пространстве, форматирование структуры данных ДНК обязательно является гораздо более сложной проблемой, чем что видели в ЧД. Это особенно верно, потому что «список частей», с помощью которого клетка может реализовать управление своими данными, чрезвычайно ограничен: нуклеиновые кислоты, белки и их модификации. Следовательно, необходимо понимать, что границы между «низкоуровневым», «высокоуровневым» форматированием и функциями перевода / доступа могут быть размыты, поскольку молекулярные акторы, участвующие в реализации организационных свойств, могут быть одинаковыми.О полифункциональной природе РНК уже упоминалось; Точно так же ДНК в том, что ранее называли ее «мусорной» формой, признается в качестве критически важного участника в организации и обработке клеточной информации [10, 11]. Этот тип некодирующей ДНК, которая составляет приблизительно 94-96 процентов эукариотической ДНК, по-видимому, не участвует в «классической» роли ДНК Уотсона и Крика в качестве хранилища информации для синтеза белка; поэтому большая часть ДНК человека, похоже, действует вне традиционной парадигмы Центральной Догмы [12].Однако именно из-за контекстной специфичности ролей этих молекулярных типов мы считаем важным разобрать структуру комплекса DHD на группы, которые могут помочь в определении классов контекста и привести к улучшенной категоризации различные функции нуклеиновых кислот. Поэтому сначала мы обращаем внимание на физические структуры, которые соотносятся с тем, что мы считаем форматированием низкого уровня или физической организацией структур данных DHD.
ДНК пространственно организована внутри ядра [13].Нити ДНК компактируются в хроматин, а затем организуются в дискретные территории хроматина (CT) (см. Рисунок 3). CT ядра организованы в области доменов эухроматина и гетерохроматина. Исследование субъядерной структуры показало, что гены коллективно организуются в рамках назначенных им CT. Эти области прикреплены к субъядерной структуре с помощью последовательности областей прикрепления матрикса (MAR) и областей прикрепления каркаса (SAR) [14–16]. Сегменты повторяющейся ДНК были связаны с локализацией этих связывающих областей [17].Более тщательное изучение привело к идентификации промежуточных компартментов, распределенных по ядру в пространстве между КТ. Эти компартменты были предложены как средство создания межхромосомного домена, содержащего ядерные тельца, необходимые для сплайсинга транскрипции [18]. Эти пери-ДНК структуры демонстрируют уровень пространственной организации, направленный на размещение транскрибируемых доменов активных и неактивных генов внутри ядра.
Рисунок 3Организация ДНК .(перерисовано из Kosak and Groudine, 2004). Архитектура организации ДНК в ядре. Современные представления о том, как активные гены располагаются в ядре, а гены с молчанием компартментализированы.
В интерфазных клетках доказательства наличия ядерного матрикса, состоящего из ядерной оболочки и матриксоподобного нуклеоскелета, показывают как петли, так и прикрепления MAR / SAR, соединяющие ДНК с ядерной структурой [14, 15]. Ядерный матрикс состоит из рибонуклеопротеидов, таких как ламины, которые повсеместно встречаются по всему ядру.Ламины присутствуют в ядрах всех эукариотических клеток и образуют структуру, подобную ободку, на внутреннем слое ядерной мембраны, а также глубокие внутриядерные канальцы, образующие вуальообразную сеть. Ядерный ламин непосредственно взаимодействует с ДНК в хроматине [19]. Эта трехмерная сеть образует ядерную прикрепляемую подложку (NAS), которая представляет собой физическую структуру, аналогичную схеме диска и дорожек CHD. ДНК, организованная в CT, структурно закреплена и может быть пространственно организована в ядре с точки зрения разделов и объемов (обсуждается в разделе форматирования высокого уровня).Недавние наблюдения указывают на то, что транскрипционно непермиссивные области CT организуются вблизи периферии ядерной мембраны, тогда как транскрипционно пермиссивные гены расположены глубоко в ядре [20]. Инсуляторные тела могут совместно локализоваться в крупных фокусах в субъядерной структуре, образуя кластеры генов. Неясен механизм, который определяет расположение сайтов MARS / SARs / изоляторов, однако ясно, что функциональные характеристики субстрата ядерного прикрепления аналогичны пространственному расположению дорожек, прикрепленных к диску CHD.В этом случае молекула полинуклеотида ДНК считается супертреком. «Дорожка» ДНК состоит из чередующихся молекул сахарной рибозы и фосфата, образующих структуру для хранения данных, то есть оснований кубитов. Это прямо аналогично дорожкам на CHD, которые обеспечивают границу, ограничивающую магнитные биты для непрерывного и линейного выравнивания, поскольку фрагмент сахарного рибозофосфата действует как граница, которая выравнивает кубиты в структуре молекулы, образующей нуклеотиды.Однако следует отметить, что это не означает, что данные (кубиты) будут использоваться непрерывно, как будет видно из фрагментации и альтернативного объединения. Это описание соответствует нашему определению низкоуровневого форматирования.
Основная функция низкоуровневого форматирования заключается в последовательной организации пространства хранения на ДНК / субъядерном жестком диске через его субъядерную структуру. Это позволяет ядерному оборудованию работать с CT в эухроматине для таких задач, как копирование, сплайсинг и другие регулирующие функции.Однако присутствует структурная организация более высокого уровня, которая облегчает способность клеточного аппарата выполнять эти задачи, и проявляется в доменах хроматина более высокого порядка. Парадигма жестких дисков ДНК теперь может быть собрана с использованием двух принципов: физической структуры (формат низкого уровня) и абстракции программного обеспечения (организационное управление). Второй принцип включает разделение генома на логические части, называемые разделами, и дальнейшую организацию данных в тома и кластеры с использованием процесса, называемого форматированием высокого уровня.Таблица 1 суммирует сравнение между CHD и DHD относительно процесса форматирования низкого уровня
Таблица 1 Сравнение форматирования низкого уровняКорреляция 3: форматирование ДНК высокого уровня: публикация таблицы размещения биологических файлов
В CHD высокий Уровень форматирования начинается с разбиения жесткого диска на отдельные изолированные области. Разделение в CHD выполняет следующие задачи: 1) Это позволяет группировать связанные и похожие данные и операции вместе для повышения эффективности использования.Эта эффективность является как механической, уменьшая расстояние, которое необходимо пройти считывающей головке CHD для чтения связанных данных / инструкций, так и эксплуатационной, поскольку меньшие размеры кластера уменьшают «резерв» (потенциальное неиспользуемое пространство в кластере), тем самым повышая производительность и эффективное использование дискового пространства; 2) Изоляция регионов облегчает ограничение и восстановление поврежденных файлов и данных. Если один раздел поврежден, изоляция защищает другие файловые системы от воздействия, тем самым увеличивая вероятность того, что некоторые данные диска все еще можно восстановить, и избегая полного отказа системы; 3) Разделение позволяет одному CHD использовать несколько операционных систем.В нашей модели DHD можно рассматривать как разделенную на хромосомы. Они образуют дискретные физические объекты генетического материала и являются функциональными единицами, которые служат векторами для передачи генетического материала от поколения к поколению клеток. Таким образом, существуют эволюционные последствия этого типа организации, связанные с надежностью, связанной с модульными единицами хранения информации, в частности, с точки зрения соотношения между силами отбора, выбираемыми единицами и поддержанием жизнеспособной функциональности в фенотипе носителя (это будет будет обсуждаться более подробно ниже).В некоторой степени, наличие нескольких хромосом в эукариотических клетках может рассматриваться как представление нескольких «движущих сил» DHD, которые далее делятся на расширенные разделы эухроматина (обозначающие ДНК, кодирующую белок) и гетерохроматина (представляющие роль контроля / подавления для не -кодирующая ДНК обсуждается ниже). Однако изоляция регионов в результате «разделения» DHD не является жесткой, как в случае с CHD. Регуляторным путям и метаболическим модулям может потребоваться информация, которая пересекает хромосомы, поскольку информация для процесса, инициированного на одной хромосоме, может быть доступна и получена от другой.Следовательно, функциональная / логическая организация DHD требует дальнейшего совершенствования, выходящего за рамки организации CHD.
В CHD тома — это логические структуры, представляющие верхний уровень (т. Е. Наиболее инклюзивный) файловой организации. В аналогии с DHD объемы данных могут быть охарактеризованы содержанием областей гетерохроматина и эухроматина, частично наложенных точками прикрепления MAR / SAR и гистоновым кодом. Существует множество доказательств того, что ядерная архитектура тесно связана с функцией генома и экспрессией генов [21].Последствия этой пространственной организации очевидны во время клеточной дифференцировки, когда изменение субъядерной структуры делает возможными одни типы экспрессии генов, подавляя другие. По мере того как гены замалчиваются, степень конденсации хроматина увеличивается. Недавние исследования показывают, что молчащий хроматин может влиять на ядерную организацию [22, 23]. Также отмечается, что распределение и количество конденсированного хроматина сходны в дифференцированных клетках одной и той же линии, но различаются между ядрами разных клеток [24].Расширенное разделение CT проявляется в их компартментализации внутри ядра. Дополнительная степень функциональности присутствует в расширенных разделах внутри CT, обеспечивая состояние транскрипции активных или неактивных доменов хроматина. Домены хроматина в этом смысле являются динамическими логическими структурами по отношению к экспрессии генов. Действие гистонового кода и схемы клеточного контроля динамически изменяет компартментализацию активных и неактивных доменов вдоль ДНК в зависимости от эпигенетической экспрессии.Структурная организация внутри ядра демонстрирует динамическое квазистационарное состояние (в отличие от чисто стационарной конфигурации). Эта организация изменяется во времени и представляет собой динамическую топологическую организацию генов и их управляющих кодов в организационной структуре ядра. Гистоновый код и его механизмы управления считаются частью процесса форматирования высокого уровня, отвечающего за создание как расширенных разделов, так и их логического транскрипционного состояния (включено / выключено).
CHD дополнительно организован путем создания единиц организации данных, физически размещенных на одном или нескольких дисках, называемых кластерами. Напомним, что кластеры CHD — это наименьшая организационная единица хранения данных, переносимая на диск; Точно так же кластеры биологических данных являются наименьшими рабочими единицами транскрибируемых генов. Если гены определены как отдельные файлы данных, эти кластеры генов можно рассматривать как кластеры файлов, расположенных внутри раздела и томов, определенных CT.Размер кластера определяется размещением консенсусных последовательностей инсулятора в геноме и, следовательно, помещается на DHD путем присоединения точек прикрепления инсулятора к соответствующим узловым соединениям на ядерной пластинке. Геном в нашей модели можно рассматривать как полифункциональную совокупность нуклеотидов, организованных в слои консенсусных последовательностей инсулятора, регуляторных областей и кодонов (буква A на рисунке 4). Неслучайное линейное расположение кластеров генов [19, 25] и размещение консенсусных последовательностей инсуляторов на ДНК приводят к высокоупорядоченной структуре и расширенному разделению субъядерной пластинки.Это предполагает иерархическую организацию информации, ведущую к транскрипции и дифференцировке клеток. Один тип кластера может состоять из аранжировок генов, которые совмещаются с общим узлом на субъядерном субстрате посредством узлового прикрепления сайтов инсулятора, иногда образуя розеточный узор петель хроматина (буква B на рисунке 4). Системой сравнения для идентификации и описания инсуляторного эффекта этих доменов хроматина более высокого уровня является геном дрозофилы. Данные, полученные на Drosophila, предполагают, что статические домены образуются в результате дополнительной компартментализации хроматина, который может функционировать как инсуляторы, что может иметь дальнейшее влияние на экспрессию генов [25-27].Для образования петли требуется неповрежденный ядерный матрикс [28]. Взаимодействие между множественными инсуляторными сайтами, собирающимися вместе в определенных ядерных местоположениях (буква C на рисунке 4), частично связано с распределением консенсусных последовательностей инсуляторов, приводящим к образованию структур хроматиновых розеток [16, 19]. Это свидетельство поддерживает аргумент о том, что инсуляторные тела действуют как узлы прикрепления данных (кластеров генов или активных транскрипционных доменов) к определенным местам в ядре таким образом, который аналогичен функции размещения двоичных данных в кластеры на отформатированном жестком диске компьютера.Модель процесса форматирования высокого уровня показана на рисунке 5.
Рисунок 4Организованное сопоставление кластера ДНК с ядром . Отображение нити ДНК на жестком диске ДНК: A) показывает нить ДНК, разложенную на ее информационную структуру. Верхний слой (серый) содержит стратегическое размещение инсуляторов, средний слой содержит области регуляторного контроля (красный), которые контролируют процесс копирования генов, а нижний слой содержит гены, организованные в форму, которая допускает совместную экспрессию.B) Показывает отображение изоляторов на ядерную ламинатную подложку для образования кластеров изолятора. Эти кластеры расположены так, что они структурно разделяют гены на организованные кластеры. Регуляторные контролирующие области (красные) теперь становятся специфичными для рисунка розеток, сформированного из кластеров изоляторов. Это приводит к розетке генов и их контролирующих областей. C) Показывает размещение рисунков розеток на ядерной ламинатной подложке внутри ядра, таким образом создавая жесткий диск ДНК.Красные линии обозначают ламинат. Рисунки B и C от Майя, Корсеса, Капельсона и Виктора, «Биология клетки» с разрешения. Доступно онлайн 09 сентября 2004 г.
Рисунок 5Блок-схема сравнения высокоуровневого форматирования ДНК и CHD . Форматирование моделей жесткого диска DNA и жесткого диска компьютера. На рисунке A показан путь к высокоуровневому форматированию молекулы ДНК. Начиная с физической организации хромосом на определенных территориях, что затем приводит к высокоуровневому форматированию, накладываемому на саму молекулу ДНК и, наконец, внедряем на субъядерный ламин в виде розеточных паттернов кластеров генов.На рисунке B изображен жесткий диск компьютера, иллюстрирующий процессы форматирования высокого уровня. Обратите внимание на сходство между двумя моделями, которые демонстрируют определенную степень функциональной эквивалентности.
В качестве альтернативы кластеры также могут быть сформированы из физически разделенных последовательностей, которые совместно выражаются и объединяются механизмами управления более высокого порядка (будет обсуждаться в следующем разделе о трансляции информации и доступе). Обратите внимание, что этот последний случай аналогичен тому, что происходит с течением времени в CHD, поскольку новые данные циклически проходят через систему, поскольку ранее смежные кластеры распределяются по CHD в процессе, называемом фрагментацией.Фрагментация ДНК происходит, когда несвязанные экзоны данного гена распределяются по геному аналогично кластерам данного файла в CHD, распределенным по несмежным секторам. Чтобы система продолжала функционировать с течением времени, должен присутствовать механизм, позволяющий получать и переупорядочивать эти распределенные объекты данных. В CHD кластеры для данного файла отображаются с помощью FAT, которая направляет считывающую головку на соответствующую дорожку и сектор, где она считывается и последовательно помещается в буфер чтения, пока все ее кластеры не будут в правильном порядке, восстанавливая исходный файл. .Распространение этой аналогии на клетки подразумевает создание биологической карты, аналогичной FAT, которая определяет, где расположены эти гены, то, что мы называем таблицей размещения биологических файлов (BFAT). Что составляет BFAT? В CHD FAT вводится во время установки операционной системы и сохраняется на диске; в DHD нет внешнего навязывания эквивалентной организационной схемы. Скорее, эта информация частично встроена где-то в генетический код клетки, что приводит к рекурсивным отношениям управления данными.Хотя мы не знаем, существует ли такая эквивалентная BFAT, модели, которые мы строим, настоятельно предполагают это. Работа генома, в частности кластеризация инсуляторных узлов, по-видимому, поддерживает реализацию BFAT. Мы предполагаем, что чтение фрагментированных генов в DHD происходит в процессе транс-сплайсинга и действия комплекса сайленсинга, индуцированного РНК (RISC). Наша модель предсказывает, что фрагментированные экзоны данного гена должны картироваться с помощью BFAT, на который затем воздействует регуляторная схема клетки для копирования биологических секторов, каждый в свой собственный буфер пре-мРНК.Затем BFAT опосредует сплайсосому для сбора соответствующих экзонов из множества пре-мРНК, последовательно мультиплексируя их для реконструкции запрошенного транскрипта гена.
Есть также недавние свидетельства еще более высокого уровня организации среди кластеров DHD. Было обнаружено, что в пределах одного гена прерывистые образования экзонов и интронов генерируют более одного белкового продукта посредством экспрессии альтернативных сплайсированных изоформ мРНК [29, 30]. Эти избирательные комбинации экзонов предполагают существование множественных временных отображений.Множественные временные сопоставления означают, что для данного гена, состоящего из x интронов и y экзонов, существует множество комбинаций данных экзонов и интронов, которые при объединении в один непрерывный порядок представляют альтернативную форму первичного гена (изоформу). Эти сопоставления контролируются действующими путями передачи сигналов и факторами ядерной транскрипции. Поскольку внешние и / или внутренние условия меняются, клетки могут вызывать одно из этих отображений в разное время своего жизненного цикла, отсюда и термин временный.Поскольку для этого потребуется несколько отображений, предполагается, что BFAT является кандидатом для хранения этих отображений, так что сплайкосома может соответствующим образом перестроить экзоны. Такие сопоставления соответствуют определению распределенной BFAT. Эти сопоставления потенциально могут быть частью локализованной операционной системы для определенного типа дифференцированной клетки и выполняются аппаратным обеспечением редактирования клетки (то есть сплайсосомным комплексом). Способность сплайсосомы повторно секвенировать экзоны для данной мРНК требует тесной координации Bio-BIOS и контроллера DHD (обсуждается позже) вместе с BFAT для правильного конструирования изоформы.Комбинационная последовательность экзонов в одном секторе гена потенциально содержит больше возможностей для переноса информации, чем одна непрерывная последовательность экзонов, номинально определенных в гене. Контроллер DHD управляет действиями сплайсосомы через координацию регуляторных факторов РНК и факторов сплайсинга, эффективно мультиплексируя соответствующие экзоны в зрелую мРНК, где она упаковывается и последовательно отправляется на рибосомы. Это представляет собой более высокий уровень организации, чем обычное удаление интронов из типичной пре-мРНК.Отображения изоформ хорошо вписываются в определение BFAT.
Стоит отметить, что с точки зрения клеточного поведения определение момента наступления «начальной точки» становится крайне расплывчатым. Однако, проводя нашу аналогию с эквивалентными стадиями в управлении данными CHD, разумно сосредоточить внимание на дифференцировке стволовых клеток, как подобной стадии формирования и разделения для CHD при подготовке к загрузке его операционной системы. В этом случае различие между низкоуровневым и высокоуровневым форматированием стирается.По мере того, как стволовые клетки дифференцируются и созревают, их ДНК может динамически изменять свою организационную конфигурацию в ядре, реструктурируя его эухроматиновые и гетерохроматиновые компартменты посредством модификаций гистонов и реконфигурации субъядерной пластинки. В определенной степени дифференцировку стволовых клеток можно рассматривать как динамическое низкоуровневое форматирование, поскольку в результате этого процесса появляются области, которые могут определять архитектуру активных и неактивных областей гена в зависимости от траектории клеточной дифференцировки.Эта степень контроля и адаптируемости намного сложнее, чем технология, используемая в жестких дисках, где секторы вместе с их состоянием активации остаются неизменными после низкоуровневого форматирования. Ключевые процессы, участвующие в регуляции компартментов эухроматина и гетерохроматина, все чаще связываются с некодирующими сегментами РНК. Помимо роли РНК-интерференции (RNAi) в подавлении сегментов генетического материала, некодирующая РНК участвует в формировании гетерохроматина и развитии генно-ориентированных структур более высокого уровня, таких как центромеры и теломеры [31].Кроме того, было показано, что lincRNAs, которые, по-видимому, являются продуктами повторяющейся ДНК, играют роль в управлении комплексами, модифицирующими хроматин [32]. Становится все более очевидным, что некодирующие РНК играют жизненно важную роль в эпигенетической регуляции обработки клеточной информации, особенно в построении и конфигурации структур генетических данных на уровне над транскриптом. Когда клетки начинают дифференцироваться, логично предположить, что несколько генов, которые выполняют функции, относящиеся к типу клеток, должны быть изолированы в областях ядерной пластинки, что будет способствовать их транскрипции.Это может быть достигнуто путем перегруппировки инсуляторных узлов в субъядерную структуру вместе с MAR и SAR и реализации уникальных программ гистоновой логики. Это представляет собой отправную точку от аналогии с CHD и было бы эквивалентом дорожек и секторов, изменяющих его подключение к диску. Сходным образом, может потребоваться организация мультигенных компартментализации в гетерохроматине, чтобы они могли заглушаться. Лежащий в основе линейный порядок генов, расположенных вдоль хромосомы, обеспечивает скоординированную регуляцию транскриптомов.Например, локусы IgH и B-глобина имеют общие положения в геноме, которые регулируются в определенных типах клеток [25]. Такое линейное расположение генов совпадает с паттернами ядерной локализации, которые способствуют их состоянию активности. Даже несмотря на то, что эти два массива генов являются результатом событий дупликации, совместно регулируемая гомология все же может быть организована в линейные кластеры по всему геному [25]. Это может представлять собой согласованность между совместно регулируемым линейным расположением генов в ДНК и их физическим размещением в ядре.Предполагается, что линейное расположение кластеров генов в трансгеномы соответствует определенным критериям форматирования высокого уровня, необходимого для централизованных систем обработки информации. В таблице 2 приведено сравнение высокоуровневого форматирования CHD и DHD.
Таблица 2 Сравнение форматирования высокого уровняКорреляция 4: трансляция и доступ к биологической информации через механизм транскрипции ДНК
Одно из ограничений центральной догмы (и, в этом отношении, абстрактного описания цифрового компьютера как Фон Неймана) состоит в том, что абстрактное представление предполагает линейный процесс: одна последовательность ДНК приводит к одной мРНК, приводит к одному белку.Ясно, что с точки зрения ячейки это не так. Ячейка управляет несколькими процессами одновременно, а не как однопоточная последовательность. Однако, несмотря на свою многопоточную вычислительную мощность, клетка сохраняет единый набор хромосом, находящихся в централизованном положении, как в пространственном, так и в организационном отношении. Следовательно, чтобы провести нашу аналогию более полно, ячейка рассматривается как законченная вычислительная машина в терминах, схожих с многоядерным компьютерным кластером, где есть централизованная память и набор команд, но вычислительные задачи распределены между отдельными элементами обработки. .Мы вернемся к концепции клетки как многоядерного вычислительного устройства в следующем разделе, но чтобы завершить определение эквивалентности между CHD и DHD, мы попытаемся описать биологический аналог в едином потоке информации. обработка.
Чтобы клетка могла использовать информацию, содержащуюся в ее хромосоме, необходимо, чтобы внутриядерная информация, закодированная на ДНК, была преобразована в форму для использования во всей клетке. Как упоминалось выше, различные типы РНК служат посредниками в трансляции, доступе и контроле информации, закодированной в ДНК.мРНК — это промежуточный формат данных для синтеза белка, и в целях сравнения с считывающей головкой CHD, она будет предметом обсуждения в этом разделе. В то время как некодирующие РНК играют решающую роль в обработке генетической информации, их посттранскрипционная роль в модулировании того, как реализуется набор генетических инструкций, более точно соответствует функциям набора инструкций и операционной системы CHD; предполагаемая роль и аналогия в этом контексте будут представлены в следующем разделе.Это еще один пример сложной задачи характеристики обработки клеточной информации, возникающей в результате использования биологией полифункциональных компонентов во имя «экономики».
Преобразование информации ДНК в информацию мРНК требует определения местоположения соответствующей рамки считывания, определения начального сайта инициации и надежного копирования файла данных. Каждый ген связан с кодовой последовательностью, называемой промоторной областью, которая содержит информацию, которая инициализирует биологический эквивалент «считывающей головки» в соответствующем сайте инициации транскрипции каждого гена.В парадигме DHD эукариот мы рассматриваем комплекс РНК-полимеразы II (RNA Pol II) как выполняющий функции, аналогичные считывающей головке CHD. Область промотора действует как фундамент для сборки необходимых молекулярных компонентов (факторов транскрипции и цис-регуляторных элементов) в базальный транскрипционный комплекс (BTC), который в конечном итоге выравнивает Pol II РНК с сайтом инициации транскрипции. BTC выравнивается и присоединяется к правильной последовательности TATA, образуя эталонную базу, которая будет участвовать в правильном выравнивании биологической считывающей головки.Расстояние между нуклеотидами между ТАТА-боксом и сайтом начала транскрипции имеет решающее значение для определения правильной открытой рамки считывания для начала транскрипции [33]. Несовпадение РНК Pol II может вызвать ошибку рамки считывания. Присоединение РНК Pol II к соответствующему сайту инициации транскрипции облегчается правильным выравниванием фактора транскрипции II B (TFIIB). TFIIB — это многофункциональный молекулярный комплекс, сигнальный рецептор, который реагирует на молекулы активации генов.РНК Pol II присоединяется к комплексу TFIIB, что приводит к конформационным изменениям, которые позволяют RNA Pol II точно нацеливаться на сайт инициации [33]. В этом смысле базальный транскрипционный комплекс функционально эквивалентен сервоголовке, коду клина Грея и синхронизирующей части секций управления заголовком CHD.
Взаимодействия активаторов с соответствующими им коровыми промоторами принимают форму динамических изменений как в хроматине, так и в сборке общих факторов транскрипции, таких как конформационное изменение комплекса РНК Pol II [33].Это сильно отличается от схемы управления CHD. В CHD процедуры поиска и извлечения данных с использованием процесса чтения как механически определяются, так и управляются заранее определенной логикой. Комбинация основных промоторов и активаторов позволяет осуществлять регуляторную активность генов, которая намного превышает уровень контроля в схеме контроллера CHD. В то время как DHD может адаптироваться к изменениям в окружающей среде клетки, CHD гораздо более ограничен. Заголовки генетических файлов предлагают более высокую степень свободы с точки зрения активного управления, чем предустановленные заголовки CHD.Способ, которым РНК Pol II перемещается при чтении транскрибируемого гена, также совершенно иной. В CHD диск, содержащий намагниченные биты данных, вращается с высокой скоростью под сервоголовкой. Когда диск вращается, новый бит (граница потока) проходит через граничную область приема сервоголовки, и данные считываются. В DHD можно считать, что ДНК остается относительно неподвижной, в то время как РНК Pol II находится в движении. Кроме того, существует ведущее раскручивание нуклеосом, которое позволяет РНК Pol II эффективно считывать каждый нуклеотид.Механизм, называемый комплексом ремоделирования хроматина RSC, белковая машина, разматывает обернутые цепи ДНК. RSC эффективно удерживает индивидуальную нуклеосому и создает расширяющуюся выпуклость в гистонах, которая открывает цепь ДНК для транскрипции [34]. Все это делается в отношении секторов и кластеров, воплощенных в субъядерной структуре. После того, как РНК Pol II копирует нуклеотид, комплекс продвигается вперед, и другие механизмы собирают гистоны и переупаковывают ДНК. Этот процесс намного сложнее, чем CHD, но согласуется с CHD в том, что между носителем данных и механизмом, который их считывает, должно быть относительное движение.В таблице 3 показано соответствие между соответствующими функциями считывающей головки функций контроллера CHD и DHD. Интересно отметить, что контрольный сигнал для выполнения транскрипционного действия обычно основан на взаимодействиях с дистальными промоторами и энхансерами. Энхансеры могут находиться в тысячах пар оснований от связанных с ними промоторов ядра. Факторы, связанные с энхансерами, могут буквально принимать участие в изгибе дорожки ДНК, так что они физически взаимодействуют со своими коровыми промоторами. Это может вызвать транскрипцию активного гена.Этот изгиб ДНК представляет собой трехмерное структурное изменение, не имеющее аналогов в CHD. Поскольку промоторные области связаны с соответствующими им генами и / или кластерами генов, белок-центричный взгляд на ген пересматривается, чтобы включить в его определение регуляторные и транскрипционные области и другие области нетранскрипционной последовательности [35]. Используя это определение, предполагается, что ген вместе со своим комплексом промотор / базальная транскрипция согласуется с физическим расположением секторов с заголовками в CHD и функционально эквивалентен секторам в DHD.В обоих случаях контроллер должен идентифицировать запрошенные регионы, проверять и подтверждать, что они разрешены для копирования.
Таблица 3 Сравнение функций контроллера CHD с функциями контроллера DHDЧто такое устройства обработки? — Компьютерное оборудование
Устройства обработки — это части компьютера, которые отвечают за обработку или преобразование данных в значимую информацию.
Существует множество устройств обработки данных, и самые распространенные из них в компьютере — это центральный процессор (ЦП) и графический процессор (ГП).
Какие примеры устройств обработки?
Примеры устройств обработки
Центральный процессор (ЦП) Блок графической обработки (ГП) Материнская плата. Сетевая карта.
Какие устройства вывода есть у компьютера?
Устройство вывода — это любое устройство, используемое для отправки данных с компьютера другому устройству или пользователю. Большинство компьютерных данных, предназначенных для людей, выводятся в форме аудио или видео. Таким образом, большинство устройств вывода, используемых людьми, относятся к этим категориям.Примеры включают мониторы, проекторы, динамики, наушники и принтеры.
Что такое устройства памяти?
Компьютерная память — это любое физическое устройство, способное хранить информацию временно, как RAM (оперативная память), или постоянно, как ROM (постоянная память). В устройствах памяти используются интегральные схемы и операционные системы, программное обеспечение и оборудование.
Что такое аппаратное обеспечение обработки?
В основном обрабатывающим оборудованием является центральный процессор (ЦП) компьютерной системы.ЦП — это центральный процессор компьютера. Он обрабатывает данные в соответствии с нашими инструкциями. Обработка — это процедура, которая преобразует необработанные данные в значимую информацию.
ПЗУ — это устройство обработки?
Микросхемы ПЗУ получают информацию до сборки компьютера. Кроме того, компьютер использует внешнее хранилище или хранилище, которое напрямую не участвует в обработке информации. Жесткие диски, гибкие диски, компакт-диски и ленты — все это устройства, которые хранят информацию в течение длительного времени.
Что такое устройства связи?
Устройство связи — это аппаратное устройство, способное передавать аналоговый или цифровой сигнал по телефону, другому проводу связи или по беспроводной связи. Другие примеры устройств связи включают сетевую карту (NIC), устройства Wi-Fi и точки доступа.
Что такое 5 устройств вывода?
Основы работы с компьютером: 10 примеров устройств вывода
- 10 примеров устройств вывода.Монитор.
- Монитор. Наиболее распространенным устройством вывода, используемым с компьютерами, является монитор, на котором отображаются видеоизображения и текст.
- Принтер. Принтеры — еще одно распространенное устройство вывода, которое можно найти в домах и офисах.
- Компьютерные колонки.
- Наушники.
- Проектор.
- GPS.
- Звуковая карта.
Какие 10 устройств ввода?
10 примеров устройств ввода компьютера
- 10 примеров устройств ввода: клавиатура.
- Мышь. Световое перо.
- Оптический / магнитный сканер. Сенсорный экран.
- Микрофон для ввода голоса. Track Ball.
- Джойстик. Камера.
- Веб-камера (видеокамера ПК)
- Клавиатура. Клавиатура является наиболее распространенным устройством ввода.
- Мышь: Мышь — это электромеханическое портативное устройство.
Какие бывают четыре типа вывода?
Обсудите четыре основные категории устройств вывода компьютера.Компьютерное устройство вывода используется для извлечения информации из компьютера. Есть устройства визуализации, звука, печати и вывода данных. Различные типы специального оборудования включают мониторы, динамики и наушники, принтеры и внешние жесткие диски.
Какие бывают 3 типа памяти?
Существует три основных различия между разными типами памяти:
- Неявная и явная память.
- Декларативная и процедурная память.
- Семантическое vs.Эпизодическая память.
Какие примеры устройств памяти?
Устройство памяти, поддерживающее такой доступ, называется памятью с прямым доступом. Магнитные диски, оптические диски являются примерами памяти прямого доступа.
Сколько типов устройств памяти существует?
Компьютерная память бывает двух основных типов — первичная память / энергозависимая память и вторичная память / энергонезависимая память. Оперативная память (RAM) — это энергозависимая память, а постоянная память (ROM) — энергонезависимая память.Она также называется памятью для чтения и записи, или основной памятью, или первичной памятью.
Магнитотранспорт из высокообогащенного 28Si для устройств квантовой обработки информации
Опубликовано
Автор (ы)
Аруна Н. Раманаяка, Ке Тан, Джозеф А.Хагманн, Хён Су Ким, Курт А. Рихтер, Джошуа М. Помрой
Аннотация
Устранение неспаренных ядерных спинов может привести к низкому уровню ошибок при квантовых вычислениях; Таким образом, 28Si, обогащенный изотопами, считается идеальной средой для устройств квантовой обработки информации. Используя метод осаждения ионно-лучевым методом с выбранной массой, мы на месте обогащаем и осаждаем эпитаксиальный 28Si, достигая более 99,99998% фракций изотопа 28Si [1].(-2) для устройств, изготовленных на 28Si и натуральном Si соответственно. Для магнитных полей B> 2 Тл оба типа устройств демонстрируют хорошо развитые осцилляции Шубникова-де Гааза на продольном магнитосопротивлении (см. Рис. 2 и 3). В отличие от устройства на эпи-слое 28Si, обогащенного изотопами, устройство на природном Si демонстрирует спин-расщепление при B> 3 Тл (см. Рис. 2). Кроме того, по сравнению с устройством на nat: Si слабая локализация сильнее для устройства, изготовленного на изотопно обогащенном 28Si.Основываясь на T-зависимости осцилляций Шубникова-де Гааза и слабой локализации, доминирующим механизмом рассеяния в этих устройствах, по-видимому, является фоновое рассеяние на примесях и / или рассеяние на шероховатостях границ раздела. Мы полагаем, что относительно более низкая подвижность и более сильная слабая локализация, наблюдаемые для устройств, изготовленных на 28Si, могут быть связаны с разбавленными дополнительными C, N и O в осажденном 28Si.Название заседания
2018 Семинар по инновационным наноразмерным устройствам и системам,
ВЕТРА Тезисы докладов
Даты конференции
25-30 ноября 2018 г.
Место проведения конференции
Побережье Кохала, Гавайи
Название конференции
2018 Семинар по инновационным наноразмерным устройствам и системам
Ключевые слова
кремний обогащенный, квантовая информация, полупроводники
Цитата
Раманаяка, А., Тан, К. , Хагманн, Дж. « H. , Рихтер, К. и Помрой, Дж. (2018), Магнитотранспорт в высокообогащенном 28Si для устройств квантовой обработки информации, Семинар 2018 г. по инновационным наноразмерным устройствам и системам, WINDS Book of Abstracts, Kohala Coast, HI, [онлайн], https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=927253 (Проверено 14 сентября 2021 г.)