Введення в медичну інформатику

Введення в медичну інформатику

1. Інформаційні процеси в людській цивілізації

Прогрес у галузі природничих і гуманітарних наук у ХІХ-ХХ століттях привів до чіткого розуміння одного важливого факту. Суть його зводиться до того, що опис спостерігаються в природі систем вимагає не тільки параметрів, що характеризують явище чи процес з точки зору речовини (матерії) і енергії, але і з інформаційної точки зору. Чим складніше системи, тобто ніж з більшого числа взаємозалежних елементів вони складаються, тим більш необхідним є інформаційні характеристики при спробі вичерпного опису таких систем. У першу чергу це відноситься до людини і людським спільнотам. Людство цілком можна уявити у вигляді достатньо простої активно функціонуючої кібернетичної системи, тобто структури, що має дві чітко розмежовані частини: блок управління і блок виконання (або керований блок) (рис.1).

Рис.1 Людство як найпростіша кібернетична система

Функціонування таких систем заснована на динамічних каналах зв'язку двох блоків один з одним. Через ці канали зв'язку обидві частини системи обмінюються інформацією. Керуючий блок стежить за станом і діяльністю виконуючого блоку і вносить при необхідності корективи в цю діяльність. Керований блок виконує інструкції керуючого блоку і посилає інформацію про хід виконання цих інструкцій.

Необхідно відзначити, що до такого типу систем належать усі відомі біологічні системи, починаючи від мікроорганізмів і закінчуючи глобальною системою біосфери, а також соціальні.

Виходячи з рис.1, стає ясно, що необхідно припускати зростання обсягів збереженої інформації й підвищення інтенсивності інформаційних потоків.

Проаналізуємо ще один аспект даної проблеми. Як відомо, біосистеми спілкуються між собою за допомогою сигналів хімічної та фізичної природи (хемотаксинами мікроорганізмів, феромони мурашок, жести бджіл, тварин та ін.) У людей спілкування збагачується вербальної (тобто словесної) інформацією.

Однак інформаційний обмін між людьми повністю не вичерпується лише промовою (механічними коливаннями повітря). З доісторичних епох люди прагнули спілкуватися за допомогою малюнків (наскальний живопис), далі була винайдена писемність, з'являлися все нові і нові невербальні способи збереження і передачі інформації. Розглянемо історичну динаміку швидкості інформаційного обміну вербальними і невербальними шляхами (рис.2).

Рис.2 Динаміка швидкості вербального (1) і невербального (2) інформаційного обміну

З представлених кривих видно, що з ходом історичних епох і, відповідно з технологічним вдосконаленням вербальні канали все більше відстають за швидкістю від невербальних. Цей феномен є тенденцією залучення технічних засобів для забезпечення зберігання та обміну інформацією між людьми.

Розвиваючись як самостійний феномен Природи, і пізнаючи природу, людство все більш чітко усвідомлює: навколишній світ (у тому числі і людини, як явище Природи) необхідно описувати не тільки з точки зору речовини та енергії, що знаходяться в постійному процесі взаємоперетворень. Настільки ж вагомим, якщо не самим головним описовим компонентом Природи, є інформація. Навколишній світ описується законами руху речовини, енергії та інформації.

Розглянуті доводи дозволять тепер більш обгрунтовано відповісти на ті питання, які є фундаментальними для інформатики (і кібернетики, як її частини) взагалі і медичної інформатики, зокрема:

1. Чому з'явилися комп'ютери?

2. Чому вони так активно проникали практично в усі сфери діяльності людини?

3. Закономірно або випадково сталися ці події?

Озброївшись висновками з короткого аналізу фактів, розглянутих вище, необхідно зазначити наступне:

Комп'ютери та обчислювальні мережі, зокрема їх вінцеві прояв - Internet, є відображенням поточного технологічного рівня розвитку людської цивілізації в сфері інформаційних технологій.

Людство, відчуваючи постійну необхідність удосконалення технологій невербального зберігання та передачі інформації, змушене використовувати обчислювальні, особливо, мережеві технології, як найзручніший технологічне рішення проблеми збереження і передачі інформації.

Поява комп'ютерів і комп'ютерних мереж - закономірне історична подія в розвитку людської цивілізації.

Більш досконалі інформаційні технології (про їх принципах зараз нічого не можна сказати з певністю) при їх створенні можуть і повинні прийти на зміну електронних технологій, існуючим в нашу епоху.

2. Основи медичної інформатики

Медична інформатика - наука, що вивчає закономірності інформаційних процесів в медико-біологічних системах і способи впровадження інформаційних технологій в медичну практику.

Будучи дисципліною сучасної епохи, як і багато фундаментальних медико-біологічні науки, медична інформатика виникла на стику цілого ряду дисциплін: Філософії, Фізики, Математики, Теорії ймовірностей, Біології і медицини, Кібернетики.

Предметом вивчення медичної інформатики є інформаційні процеси в медико-біологічних системах та інформаційні медичні технології.

Перед медичної інформатикою стоять такі основні цілі:

1. Вивчення закономірностей інформаційних процесів в медико-біологічних системах;

2. Синтез теоретичного фундаменту (гіпотез, теорій, законів, правил);

3. Створення нових інформаційних технологій на основі теоретичного фундаменту;

4. Пошук шляхів впровадження інформаційних технологій в медичну практику.

3. Структура інформації

Інформація - відомості про об'єкти та явища навколишнього середовища, їх параметри, властивості і стан, які сприймають інформаційні системи (живі організми, керуючі машини та ін) в процесі життєдіяльності та роботи.

Одне і те ж інформаційне повідомлення (стаття в газеті, оголошення, лист, телеграма, довідка, розповідь, креслення, радіопередача тощо) може містити різну кількість інформації для різних людей - в залежності від їх попередніх знань, від рівня розуміння цього повідомлення та інтересу до нього.

Інформація є характеристика не повідомлення, а співвідношення між повідомленням і його споживачем. Без наявності споживача, хоча б потенційного, говорити про інформацію безглуздо.

У випадках, коли говорять про автоматизовану роботі з інформацією за допомогою будь-яких технічних пристроїв, зазвичай в першу чергу цікавляться не змістом повідомлення, а тим, скільки символів це повідомлення містить.

Стосовно до комп'ютерній обробці даних під інформацією розуміють деяку послідовність символічних позначень (літер, цифр, закодованих графічних образів і звуків тощо), що несе смислове навантаження і подану в зрозумілому комп'ютера вигляді. Кожен новий символ в такій послідовності символів збільшує інформаційний обсяг повідомлення.

3.1 Як передається інформація?

Інформація передається у вигляді повідомлень від деякого джерела інформації до її приймача за допомогою каналу зв'язку між ними. Джерело посилає передане повідомлення, яке кодується в передаваний сигнал. Цей сигнал посилається по каналу зв'язку. У результаті в приймачі з'являється сигнал, що приймається, який декодується і стає прийнятою повідомленням.

Передача інформації з каналів зв'язку часто супроводжується впливом перешкод, що викликають спотворення і втрату інформації.

3.2 Як вимірюється кількість інформації?

Яка кількість інформації міститься, наприклад, у тексті роману "Війна і мир", у фресках Рафаеля або в генетичному коді людини? Відповіді на ці питання наука не дає і, цілком ймовірно, дасть не скоро.

А чи можливо об'єктивно виміряти кількість інформації? Найважливішим результатом теорії інформації є висновок:

В певних, досить широких умовах можна знехтувати якісними особливостями інформації, висловити її кількість числом, а також порівняти кількість інформації, що міститься в різних групах даних.

В даний час набули поширення підходи до визначення поняття "кількість інформації", засновані на тому, що інформацію, що міститься у повідомленні, можна нестрого трактувати в сенсі її новизни або, інакше, зменшення невизначеності наших знань про об'єкт.

Так, американський інженер Р. Хартлі (1928 р.) процес отримання інформації розглядає як вибір одного повідомлення з кінцевого, наперед заданого, безлічі з N рівноймовірно повідомлень, а кількість інформації , Що міститься в обраному повідомленні, визначає як двійковий логарифм . Формула Хартлі:

Наведемо приклади рівноймовірно повідомлень:

1. при киданні монети: "випала решка", "випав орел";

2. на сторінці книги: "кількість літер парне", "кількість букв непарне".

Визначимо тепер, чи є рівноімовірними повідомлення "першою вийде з дверей будівлі жінка" і "першим вийде з дверей будівлі чоловік". Однозначно відповісти на це запитання не можна. Все залежить від того, про який саме будівлі йде мова. Якщо це, наприклад, станція метро, ​​то ймовірність вийти з дверей першого однакова для чоловіка і жінки, а якщо це військова казарма, то для чоловіка ця ймовірність значно вище, ніж для жінки.

Для завдань такого роду американський вчений Клод Шеннон запропонував у 1948 р. іншу формулу визначення кількості інформації, що враховує можливу неоднакову вірогідність повідомлень в наборі.

Формула Шеннона:

,

де - Імовірність того, що саме -Е повідомлення виділено в наборі з повідомлень.

Легко помітити, що якщо ймовірності рівні, то кожна з них дорівнює , І формула Шеннона перетворюється на формулу Хартлі.

В якості одиниці інформації домовилися прийняти один біт (англ. bit - bi nary, digi t - двійкова цифра).

Біт на теорії інформації - кількість інформації, необхідне для розрізнення двох рівноймовірно повідомлень.

А в обчислювальній техніці бітом називають найменшу "порцію" пам'яті, необхідну для зберігання одного з двох знаків "0" і "1", що використовуються для внутримашинного представлення даних і команд.

Біт - занадто дрібна одиниця виміру. На практиці частіше застосовується більш велика одиниця - байт, що дорівнює восьми бітам. Саме вісім бітів потрібно для того, щоб закодувати будь-який з 256 символів алфавіту клавіатури комп'ютера (256 = 2 ^8).

На базі 8-розрядного двійкового коду в даний час існує безліч систем кодування. При створенні перших версій IBM PC, які працювали тільки під управлінням ОС MS DOS, була розроблена кодування ASCII (American Standard Code for Information Interchange - Американський стандартний код обміну інформацією), що містить латинські літери, знаки пунктуації, дужки, спеціальні знаки і пробіл.

Стандартний код ASCII включає:

• латинські малі літери 'А'...' Z' - порядкові номери в ASCII-таблиці 65 - 90, великі латинські літери 'а'...' z' - порядкові номери 97 - 122;

• цифрові знаки '0'...' 9 '- порядкові номери 48-57;

• знаки пунктуації, спеціальні символи і пробіл, наприклад, '+', '/', '*', '%' та ін;

• керуючі коди, які використовуються для розділення інформації при її кодуванні і управлінні роботою зовнішніх пристроїв комп'ютера.

В даний час розроблена двухбайтное кодування Unicode, яку підтримує операційна система Windows NT. Коди символів в цьому кодуванні можуть приймати значення від 0 до 65535.

Широко використовуються також ще більші похідні одиниці інформації:

• 1 Кілобайт (Кбайт) = 1024 байт = 2 ¹⁰ байт,

• 1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 2 ²⁰ байт,

• 1 Гігабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 2 ³⁰ байт.

Останнім часом у зв'язку зі збільшенням обсягів оброблюваної інформації входять у вжиток такі похідні одиниці, як:

• 1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 2 ⁴⁰ байт,

• 1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт = 2 ⁵⁰ байт.

За одиницю інформації можна було б вибрати кількість інформації, необхідне для розрізнення, наприклад, десяти рівноймовірно повідомлень. Це буде не двійкова (біт), а десяткова (дит) одиниця інформації.

3.3 Що можна робити з інформацією?

Інформацію можна:

Всі ці процеси, пов'язані з певними операціями над інформацією, називаються інформаційними процесами.

3.4 Якими властивостями володіє інформація?

Інформація достовірна, якщо вона відображає істинне положення справ. Недостовірна інформація може призвести до неправильного розуміння або прийняття неправильних рішень.

Достовірна інформація з часом може стати недостовірної, так як вона має властивість застарівати, тобто перестає відображати справжній стан справ.

Інформація повна, якщо її достатньо для розуміння і прийняття рішень. Як неповна, так і надмірна інформація стримує прийняття рішень чи може спричинити помилки.

Точність інформації визначається ступенем її близькості до реального стану об'єкта, процесу, явища і т.п.

Цінність інформації залежить від того, наскільки вона важлива для вирішення завдання, а також від того, наскільки надалі вона знайде застосування в будь-яких видах діяльності людини.

Тільки своєчасно отримана інформація може принести очікувану користь. Однаково небажані як передчасна подача інформації (коли вона ще не може бути засвоєна), так і її затримка.

Якщо цінний і своєчасна інформація виражена незрозумілим чином, вона може стати марною.

Інформація стає зрозумілою, якщо вона виражена мовою, на якому говорять ті, кому призначена ця інформація.

Інформація повинна подаватись у доступній (за рівнем сприйняття) формі. Тому одні й ті ж питання по-різному викладаються в шкільних підручниках і наукових виданнях.

Інформацію з одного й того ж питання можна викласти коротко (стисло, без несуттєвих деталей) або докладно (детально, багатослівно). Стислість інформації необхідна в довідниках, енциклопедіях, підручниках, всіляких інструкціях.

3.5 Що таке обробка інформації?

Обробка інформації - отримання одних інформаційних об'єктів з інших інформаційних об'єктів шляхом виконання деяких алгоритмів.

Обробка є однією з основних операцій, виконуваних над інформацією, і головним засобом збільшення обсягу і різноманітності інформації.

Засоби обробки інформації - це всілякі пристрої та системи, створені людством, і в першу чергу, комп'ютер - універсальна машина для обробки інформації.

Комп'ютери обробляють інформацію шляхом виконання деяких алгоритмів.

Живі організми і рослини обробляють інформацію за допомогою своїх органів і систем.

4. Апаратне забезпечення персонального комп'ютера

Комп'ютер є універсальним інструментом, призначеним для обробки інформації. Він здатний виконувати обчислення, обробляти тексти, розпізнавати і формувати зображення, перетворювати і аналізувати сигнали, керувати різноманітними об'єктами і технологічними процесами, вирішувати логічні завдання і т. п.

Персональний комп'ютер - Це сукупність апаратного і програмного забезпечення, ці дві взаємопов'язані частини не можуть функціонувати одне без одного.

Технічні засоби, які входять до складу комп'ютера, називаються його апаратним забезпеченням (hardware).

За допомогою одного й того ж комп'ютера можна вирішувати велику кількість різноманітних завдань. Функціонування комп'ютера забезпечується цілим комплексом програм, званим програмним забезпеченням (software).

Американський вчений Дж. фон Нейман у 1946р. сформулював загальні принципи організації і функціонування комп'ютерів, іншими словами - описав архітектуру комп'ютерів, яку прийнято називати фон-неймановскої.

Архітектуру сучасного комп'ютера, в якій використовуються ідеї фон Неймана, ілюструє функціональна схема, наведена на рис. 1. Відповідно до цієї схеми, до складу апаратної частини комп'ютера повинні входити такі основні пристрої (функціональні блоки): центральний процесор, що включає пристрій управління і арифметико-логічний пристрій (АЛП), оперативна пам'ять і пристрої введення і виведення.

Мікропроцесор є найголовнішим елементом комп'ютера і являє собою електронну схему, що виконує всі обчислення й обробку інформації. Він здійснює виконання програм, що працюють в комп'ютері, і керує роботою інших пристроїв комп'ютера.

Програми і дані зберігаються в єдиній, лінійної пам'яті. Структурно оперативна пам'ять складається з пронумерованих осередків. Номер комірки називається її адресою. Процесору в довільний момент часу доступна будь-яка клітинка. Процесор виконує команди одну за одною, тобто працює послідовно. Після виконання кожної команди, її результат записується в оперативну пам'ять.

Процесор сучасного персонального комп'ютера виконаний у вигляді мікросхеми - єдиного мікроелектронного пристрою, створеного на кристалі напівпровідника і вміщеного в мініатюрний корпус (тому він і називається мікропроцесором).

Швидкість роботи процесора характеризується тактовою частотою, яка задається спеціальним генератором і вимірюється в мегагерцах (МГц); 1 МГц - це мільйон тактів за секунду. Процесори сучасних персональних комп'ютерів можуть виконувати за такт кілька операцій, а тактова частота сягає тисяч мегагерц. Швидкість роботи процесора багато в чому визначає швидкодія комп'ютера.

Вся пам'ять комп'ютера ділиться на внутрішню (Основну) та зовнішню. До внутрішньої пам'яті відносяться: оперативна пам'ять, регістри процесора, постійна пам'ять, кеш-пам'ять.

Оперативна пам'ять є мікросхеми, призначені для тимчасового зберігання інформації оброблюваної процесором. При цьому виконується така умова: в будь-який момент існує можливість роботи з будь-якою осередком оперативної пам'яті. Англійська назва оперативної пам'яті - RAM (Random Access Memory - пам'ять з довільним доступом). При відключенні живлення комп'ютера вся інформація, яка перебувала в оперативній пам'яті, зникає, якщо вона не була збережена на інших носіях інформації. Об'єм оперативної пам'яті також визначає обчислювальну потужність комп'ютера, вимірюється в мегабайтах (МДБ). Об'єм оперативної пам'яті легко розширюється шляхом додавання необхідної кількості мікросхем. У сучасних комп'ютерів обсяг оперативної пам'яті досягає тисяч Мегабайт.

Регістри - це надшвидкісна пам'ять процесора. Вони зберігають адресу команди, саму команду, дані для її виконання і результат.

Для збільшення продуктивності комп'ютера, тимчасового зберігання вмісту комірок оперативної пам'яті використовується кеш-пам'ять (від англійського cashe - склад, тайник). Кеш-пам'ять - це проміжне запам'ятовуючий пристрій, що використовується для прискорення обміну між процесором і RAM. У сучасних комп'ютерах застосовуються декілька рівнів кеш-пам'яті. Кеш-пам'ять може розміщуватись як на кристалі мікропроцесора, так і на системній платі. Системна (або материнська) плата - це плата, на якій розміщені процесор, оперативна і постійна пам'ять, а також системна шина, через яку здійснюється зв'язок з усіма іншими пристроями комп'ютера .

Постійна пам'ять - це електронна пам'ять, призначена для тривалого збереження програм і даних. Використовується вона тільки для читання даних. Як правило, ця інформація записується при виготовленні комп'ютера і служить для початкового завантаження операційної системи, перевірки працездатності комп'ютера. Цю пам'ять позначають абревіатурою ROM (Read Only Memory - пам'ять тільки для читання).

Зовнішня пам'ять комп'ютера розрахована на тривале зберігання програм і даних. Вона реалізується за допомогою спеціальних пристроїв (накопичувачів). Основною характеристикою зовнішньої пам'яті є її об'єм.

4.1 Накопичувачі інформації

Перераховані компоненти комп'ютера розміщені в системному блоці, на передній панелі якого знаходяться вимикач, входи дисководів, індикатор та ін На задній панелі розташовані роз'єми, що забезпечують підключення різноманітних приладів: дисплея, клавіатури, принтера, миші, сканера та ін Кожен з роз'ємів індивідуальний по своєї конфігурації - переплутати кабелі від периферійних пристроїв при підключенні неможливо.

4.2 Пристрої введення-виведення інформації

Спілкування користувача з комп'ютером відбувається через зовнішні пристрої введення-виведення, які дають можливість відображати інформацію в зрозумілій користувачеві формі (текстової, графічної, звукової) і вводити в комп'ютер дані і команди.

Пристрої введення інформації

Для введення інформації застосовуються два основних пристрої - клавіатура і "миша", а також кілька типів додаткових пристроїв.

Клавіатура - основне і обов'язкове пристрій введення інформації. Служить для введення текстової інформації і для управління виконанням ряду команд. Стандартна клавіатура має 101 або 102 клавіші. На багатьох сучасних клавіатурах є ряд додаткових клавіш, які спрощують виконання деяких операцій (наприклад, клавіша вимикання комп'ютера, регулювання гучності та ін.)

На клавіатурі можна виділити наступні групи клавіш:

1. алфавітно-цифрові

2. службові

3. управління курсором

4. функціональні

5. додаткові

Службові клавіші:

Сaps lock служить для включення режиму прописних букв. При її натисканні з клавіатури вводяться прописні, а при натиснутій клавіші Shift - малі літери.

Enter (ввести) - призначена для закінчення введення рядка тексту або для підтвердження позитивної відповіді на запит будь-якої програми. Ця клавіша вводить інформацію в оперативну пам'ять комп'ютера для остаточної обробки.

Del (delete - видалити) - використовується для видалення символу, що знаходиться праворуч від позиції курсора.

Back Space - це клавіша зі стрілкою направленої ліворуч розташована над клавішею Enter. Ця клавіша видаляє символ, що стоїть ліворуч від курсору.

Ins (Insert - вставити) - призначена для перемикання між двома режимами введення символів: введення з розсуненням символів (вставка) і введення із заміщенням раніше введених символів (заміна).

Клавіші Ctr l, Alt, S h ift (Control - контроль, Al t ernative - альтернатива, S h ift - зрушення) призначені для зміни значень інших клавіш.

Так, наприклад, комбінація Ctrl + Alt + Del здійснює так званий

1) "теплий (гарячий) старт" (або "м'яку перезавантаження") комп'ютера. У разі неспрацьовування цієї комбінації існує ще два способи перезавантаження комп'ютера:

2) за допомогою кнопки RESET на передній панелі системного блоку і

3) "холодна перезавантаження (старт)" - при відключенні живлення комп'ютера.

Перезавантаження комп'ютера проводиться у випадках "зависання" (збою в роботі ПК) комп'ютера.

Клавіші управління курсором

Клавіші ← ↑ ↓ →  переміщають курсор по екрану у відповідних напрямках.

PgUp (Page Up - на сторінку вгору) - переміщення по текcту з інтервалом в одну екранну сторінку угору.

PgDn - (Page Down - на сторінку вниз) - переміщення по тексту з інтервалом в одну екранну сторінку вниз.

Home (будинок) - переміщення курсору на початок рядка тексту.

End (кінець) - переміщення курсору в кінець рядка.

Функціональні клавіші

Клавіші F1 - F12 - призначені для різних спеціальних дій, які задаються виконуваної програмою. Наприклад, клавіша F1 служить для виклику довідкової інформації; клавіша F 5 служить для відновлення вікна програми, у текстовому редакторі Word ж вона відкриває пункт Знайти і замінити Меню Правка.

Додаткові клавіші

Розташовані в правій частині клавіатури, дублюють клавіші управління курсором. При включеній клавіші Num Lock ці клавіші виконують роль малої цифрової клавіатури і служать для набору цифр математичних знаків.

Маніпулятор "миша" - забезпечує швидке переміщення курсору по екрану, введення графічної інформації та управління виконанням команд за принципом "вказати-натиснути" і т.д. Подвійний клацання лівої клавіші миші відкриває об'єкт, клацання правою клавішею викликає контекстне меню об'єкта.

Додаткові пристрої введення:

1. Сканер - пристрій оптичного введення інформації, служить для конвертації (перетворення) графічної інформації з плоского носія зображення в електронну форму (файл).

2. Цифрові камери (відеокамери і фотоапарати) - пристрої отримання відеозображень і фотознімків в комп'ютерному форматі.

3. Мікрофон - пристрій, кодує звук.

Пристрої виводу інформації

Монітор ПК призначений для виведення на екран текстової та графічної інформації.

Основний спосіб створення зображення - висновок на екран світяться точок - пікселів (picture element - елемент зображення). Розрізняють такі стандарти моніторів:

1. на електронно-променевій трубці - ЕЛТ

2. на рідких кристалах - РК

3. плазмові

Вони можуть працювати в одному з двох режимів: текстовому або графічному.

У текстовому режимі екран монітора розбивається на окремі ділянки - знакоместа, призначені для розміщення одного символу. Знакомісце складається з пікселів. Коли символ виводиться на екран, частина пікселів знакоместа використовується для зображення цього символу, а інші утворюють фон.

Графічний режим монітора призначений для висновку на екран графіків, малюнків, діаграм, текстів, написаних різними шрифтами, розмірами і по-різному розташованих на екрані. У цьому режимі кожен піксел екрану використовується окремо, зображення складається з окремих пікселів, причому будь-які дві сусідні можуть мати різні кольори.

Чіткість зображення і його деталізація забезпечуються роздільною здатністю або дозволом екрану монітора - максимальна кількість пікселів, що використовуються для створення зображення, по горизонталі й вертикалі. Наприклад, вираз "роздільна здатність" 1024 * 768 " означає, що монітор в даному режимі виводить 1024 крапок по горизонталі і 768 точок по вертикалі.

Додаткові пристрої виведення:

1. Принтер - друкувальний пристрій, призначений для виведення інформації на папір. Сучасні принтери дозволяють виводити текстову інформацію, а також графіки і малюнки. Існують три основні типи принтерів, що розрізняються за способом створення зображень на папері:

1. Матричні

2. Струменеві

3. Лазерні

У матричному принтері друк здійснюється за допомогою тонких стрижнів (їх називають голками), розташованими в спеціальному корпусі (голівці). При русі головки уздовж друкованої рядка в результаті удару голки по паперу через фарбувальну стрічку наноситься точка, сукупність яких забезпечує формування на папері символів і зображень. Роздільна здатність матричних принтерів залежить від кількості голок у голівці. Швидкість друку матричних принтерів складає 60 - 30 секунд на сторінку.

У струминних принтерах зображення формується за допомогою мікроскопічних крапель спеціального чорнила, видувається через маленькі отвори. Цей спосіб дозволяє одержати більш високу якість друку в порівнянні з матричними принтерами і формувати кольорове зображення. Роздільна здатність струминних принтерів складає 300 dpi (dpi - абревіатура фрази - "dot per inch"), тобто на одному дюймі (2,54 см) поміщаються 300 добре помітних точок. Швидкість друку у струминних принтерів досягає 60 - 10 с на сторінку.

Лазерні принтери в даний час забезпечують найбільш високу якість друку, часто краще типографського. Роздільна здатність лазерних принтерів від 300 до 1200 крапок на дюйм. Вони, як і струменеві принтери, відносяться до принтерів ненаголошеного дії. Напилювання фарбувального порошку на папір виробляється за допомогою лазерного променя, фіксація - шляхом нагрівання (запікання).

2. Плоттер - пристрій для виведення графічної інформації на папір зазвичай великих форматів за допомогою пишучих маркерів.

3. Звукові колонки, навушники - пристрої для виведення звукових сигналів.

Модем - пристрій, призначений для обміну инфоpмацией комп'ютера з дpугими компьютеpом за допомогою телефонної мережі. Слово модем є скороченою комбінацією слів МО дулятор / ДЕМ одулятор, тобто модем перетворює аналогові сигнали телефонної мережі в електронні сигнали комп'ютера і навпаки. Важливою характеристикою модему є швидкість передачі даних (кількість біт, переданих в секунду).

Для керування пристроями комп'ютера використовуються електронні схеми, які називаються контролерами. Як правило, для кожного пристрою є свій контролер. Усі контролери підтримують зв'язок з процесором і оперативною пам'яттю комп'ютера через електричні ланцюги, які задіяні для паралельного приєднання пристроїв. Електричний ланцюг називають магістраллю або шиною.

5. Програмне забезпечення персонального комп'ютера

Все розмаїття комп'ютерних програм, можна розділити на чотири частини:

1. Системні програми включають в себе а) операційні системи і б) сервісні програми.

2. Системи програмування в тому числі мови програмування.

3. Прикладні програми, що забезпечують виконання необхідних користувачеві робіт: редагування текстів, обробка графічної інформації, обробка інформаційних масивів і т.д. Вони призначені для вирішення прикладних завдань будь-якої галузі техніки, науки, медицини, сільського господарства і т.п.

4. Комунікаційні програми - забезпечують роботу ПК у складі комунікаційних комп'ютерних мереж.

5.1 Системні програми

а) Операційна система (ОС) є невід'ємною частиною ПК, забезпечуючи керування всіма апаратними компонентами і дозволяючи відокремити інші класи програм від безпосередньої взаємодії з апаратурою. ОС завантажується при включенні комп'ютера і виконує такі завдання:

- Організовує взаємодію різних пристроїв комп'ютера

- Підтримує діалог людина-комп'ютер

- Визначає спосіб зберігання інформації в комп'ютері

- Запускає інші (прикладні) програми

Сучасні операційні системи діляться на:

- Однокористувацькі однозадачние (MS DOS, DR DOS)

- Однокористувацькі багатозадачні (Windows -95, -97, -98)

- Розраховані на багато багатозадачні (UNIХ, Windows-ХР, - NT, Linux)

У всіх ОС Windows поширений об'єктно-орієнтований підхід. У більш ранніх ОС (DOS) переважав процедурний підхід.

б) Сервісні програми:

Драйвер - програма, що забезпечує підтримку роботи зовнішнього пристрою. Кожному типу зовнішнього пристрою зіставляється свій драйвер. Драйвери стандартних пристроїв утворюють в сукупності базову систему введення-виведення (BIOS). Драйвери додаткових пристроїв можуть підключатися до ОС динамічно при запуску ПК, що дозволяє розширити можливості операційної системи з управління пристроями введення-виведення комп'ютера, оперативною пам'яттю і т.д.

Утиліти - програми допоміжного призначення, призначені для обслуговування, налаштування та перевірки працездатності ПК.

Архіватори - програми дозволяють за рахунок застосування спеціальних методів "упаковки" стискати інформацію на дисках і створювати копії файлів меншого розміру, а також об'єднувати копії декількох файлів в один архівний файл.

Антивірусні програми призначені для запобігання зараження комп'ютерним вірусом, виявлення комп'ютерних вірусів на ПК та ліквідації наслідків такого зараження.

5.2 Системи програмування

Найбільш часто для створення програмного забезпечення використовуються мови програмування.

Мова програмування - це програма, що дозволяє описати послідовність дій комп'ютера за допомогою набору команд або операторів (слів за якими закріплені певні дії комп'ютера). Проте слід сказати, що мова програмування не є тією мовою, з допомогою якого функціонує ЕОМ. Природним мовою, яку розуміє комп'ютер, є машинний і його алфавіт складається з двох символів - одиниць і нулів. Машинний мова - це така мова, яка комп'ютер сприймає безпосередньо, тобто це мова машинних команд даної моделі комп'ютера. Але процес написання програми на машинній мові досить складний і незручний, тому було створено достатньо велику кількість мов програмування, які можна розділити на три групи:

1) Перекладачі - це мови-перекладачі, тобто людина описує хід виконання програми, використовуючи оператори близькі за змістом до виконуваних комп'ютером дій, а переводить ці оператори по черзі в мову машинних кодів. Програми, написані на таких мовах прості і зрозумілі, але виконуються досить повільно. Типові мови - транслятори-BASIC, FORTRAN.

2) Компілятори - відрізняються від трансляторів тільки тим, що переводяться в машинні коди не окремі оператори, а цілком програма, тому програми виконуються набагато швидше. Мови-компілятори набули найбільшого поширення, наприклад - PASKAL, CI і т.д.

3) Машинно-орієнтовані мови або Асемблер - це програми дозволяють створювати програми в машинних кодах.

5.3 Прикладні програми

Для персональних комп'ютерів розроблені і використовуються різноманітні прикладні програми для вирішення завдань в самих різних сферах людської діяльності. Найбільш широко застосовуються програми:

- Текстові редактори - це програми дозволяють створювати, коректувати і друкувати текстові документи (Блокнот, Word і т.д.)

- Графічні редактори - дозволяють обробляти графічну інформацію (Photoshop, Corel Draw).

- Електронні таблиці - призначені для зберігання інформації в табличному вигляді та виконання статистичних, арифметичних, фінансових та інших обчислень (Excel).

- Системи Управління Базами Даних (СУБД) - програми дозволяють зберігати, обробляти, систематизувати та здійснювати пошук інформації в зручному вигляді (FoxPro, Access, MS WORKS).

5.4 Комунікаційне програмне забезпечення

У міру розвитку комп'ютерних мереж розвивалося і відповідне програмне забезпечення. Спочатку це були тільки програми забезпечують функціонування комп'ютера в складі комп'ютерної мережі. Це програмне забезпечення потрібно віднести до класу системного, оскільки воно є частиною мережевих операційних систем (наприклад таких як Novell NetWare). Але з часом з'явився новий клас програм призначених ий не для спілкування машин між собою, а для спілкування людей один з одним по комп'ютерній мережі або для зручності доступу користувача до ресурсів зберігається в комп'ютерних мережах. Ці програми отримали назву комунікаторів. Комунікаційні програми можна розділити на три основні класи:

• Низькорівневі комунікаційні програми (діалог людина-людина). Прикладом є локальна мережа.

• Комунікаційні програми класу "людина-людина". Прикладом є програма ICQ.

• Багатофункціональні програми для комунікації та навігації в комп'ютерних мережах (Internet Explorer)

Додаткова література:

Book 1 - Введення в інформатику

Book 2 - Класифікація та кодування інформації