Мини-компьютеры

Развитие мини-компьютеров началось с того, что в начале 70 годов молодые и честолюбивые компании, такие как DEC (Digital Equipment Corporation), стали выпускать сравнительно небольшие компьютеры, которые в 70 и начале 80 годов называли компактными универсальными ЭВМ. Они были рассчитаны на решение широкого круга задач но, в отличие от Mainframe'ов, имели упрощенную организацию и, как следствие, на порядок меньшую стоимость. Эти компьютеры оказались прекрасно приспособленными для приложений, не требующих большой производительности, достаточно дешевых и не требующих специальных условий эксплуатации. Этот класс компьютеров в дальнейшем специализировался главным образом в четырех направлениях:

· персональные компьютеры;

· серверы;

· рабочие станции;

· промышленные мини-компьютеры.

Персональные компьютеры.

Основной, массовой разновидностью мини-компьютеров являются в настоящее время персональные компьютеры ПК (Personal computer - PC). (Заметим, кстати, что аббревиатура PC относится только к персональным компьютерам корпорации IBM, а также компьютеров, совместимых с ними).

В настоящее время ПК составляют основную массу мини.

Персональные компьютеры, которые в настоящее время имеются на рынке, принято подразделять на:

- стационарные (настольные) ПК;

- портативные (переносные) ПК.

Современные Портативные или мобильные персональные компьютеры можно разделить на ПК следующего типа:

- Notebook (блокноты), весом порядка 1,0 кг и менее. Оформляются они обычно в виде небольшого чемоданчика, или папки для бумаг. В настоящее время их производство получило наиболее широкое развитие.

- Tablet PC (планшетные ПК), имеющие размер с небольшую книгу или блокнот.

- Palmtop (наладонные, карманные - КПК), размером, например, 100×60×15 мм и весом 100…300 г.

В настоящее время получают все большее распространение комбинации портативных ПК (планшетных и КПК) с мобильными телефонами, так называемые смартфоны (smartphone – умный телефон), и коммуникаторы (Communicator). Разница между ними только в том, в какой пропорции фирма-изготовитель закладывает в них особенности устройства связи и особенности портативного компьютера.

Серверы

Серверы (Server) локальных и региональных компьютерных сетей – это высокопроизводительные мини-компьютеры, которые служат как бы узловыми точками переприема запросов в информационной сети, а также для хранения некоторой общей информации. Такого типа серверы могут использоваться и как серверы глобальных сетей, однако в последнем случае чаще всего используются компьютеры типа Mainframe. Надо сказать, что понятие сервер во многом функциональное, так что в простых локальных сетях в качестве серверов могут использоваться и обычные ПК. Но все-таки в качестве серверов достаточно серьезных сетей используются более мощные и надежные мини-компьютеры с увеличенным объемом оперативной и внешней памяти.

Рабочие станции

К рабочим станциям (workstation – WKS) относятся мини-компьютеры повышенной производительности, ориентированные на эффективное использование в инженерной практике (САПР, системы обработки изображений и пр.). Рабочие станции обычно имеют мощный центральный процессор с производительностью до 10000 MIPS и больше, ОЗУ емкостью до нескольких десятков гигабайт и внешнюю дисковую память емкостью в сотни гигабайт и даже несколько терабайт. Кроме того, они, как правило, включают в себя расширенный набор периферийных устройств. Обычно они имеют графический монитор с высокой разрешающей способностью (не менее 1800×1440 точек), мощные принтеры и сканеры, а также различные устройства манипуляции. Интересно, что спрос на эти профессиональные системы растет непрерывно и, главное, 75% распродаж приходится на долю таких далеких от науки и техники пользователей, как финансовые, страховые и медицинские компании.

Промышленные мини-компьютеры

Еще одно направление в области мини-компьютеров представляет собой мини-компьютеры, специально предназначенные для управления производственными процессами в условиях промышленного предприятия. Они представляют собой набор модулей мини-компьютера (CPU, ЗУ, Chip-Set, периферийного оборудования и т.п.), изготавливаемых в виде особо надежных и прочных конструкций плат модулей. Их набор, в специальных фрейм-каркасах, дает возможность создавать мини-компьютеры различной конфигурации, специально приспособленные для работы в тяжелых промышленных условиях.

Надо отметить, что часто такого класса мини-компьютеры относят к типу промышленных контроллеров, поскольку, в основном, они служат для автоматического управления технологическими процессами и используются без установки мониторов.

Микроконтроллеры

Микроконтроллером – МК или однокристальной ЭВМ – ОЭВМ, называют вычислительную систему, реализованную на одном кристалле кремния, т.е. в виде одной интегральной микросхемы, ориентированную, как правило, на выполнение алгоритмов цифрового управления различными объектами или процессами.

Современный микроконтроллер может содержать в себе:

---Центральный процессор (основной узел обработки информации и выработки управляющих сигналов системы);

---Внутреннюю постоянную и оперативную память (для хранения исходной, а также промежуточной информации и результатов ее обработки);

---Таймеры (для генерирования, а также возможности измерения интервалов времени);

---Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) (для преобразования входной аналоговой информации в цифровую, с которой работает процессор);

---Широтно-импульсные модуляторы (ШИМ) (для генерирования широтно-модулированных аналоговых сигналов при управлении электродвигателями и другими аналоговыми исполнительными устройствами);

---Модули обработки событий (представленных входными импульсными сигналами);

---Контроллеры прерываний (для эффективного восприятия внешних событий требующих внимания процессора);

---Параллельные и последовательные порты ввода/вывода (для связи микроконтроллера с внешней средой – управляемым процессом, объектом);

и многое другое.

Таким образом, на базе одной микросхемы – микроконтроллера, с добавлением минимального количества дополнительных компонентов, можно построить многофункциональную цифровую управляющую систему.

Они все больше и больше внедряются и в периферийные устройства самих компьютеров, как контроллеры управления внешних запоминающих устройств, клавиатур, принтеров, сканеров, модемов и пр.

Причем, современные МК имеют производительность десятки и сотни MIPS и оперируют 8,16 и даже 32 разрядными операндами. То есть по сложности эквивалентны большим вычислительным машинам недавнего прошлого.

Следует заметить, что кроме рассмотренной классификации, иногда рассматривают классификацию по признаку универсальности их применения.

Так различают:

--- Универсальные компьютеры, предназначенные для широкого применения, с примерно равной степенью эффективности использования для решения задач самого различного класса задач.

--- Проблемно-ориентированные компьютеры, предназначенные для эффективного решения определенного класса задач, хотя в то же время, с несколько меньшей производительностью их можно использовать и для решения задач любого класса.

--- Специализированные компьютеры, предназначенные для эффективного решения сравнительно узкого класса задач и приспособленного для использования только в пределах этого класса задач. Зато они обладают более простой структурой, дешевизной производства и максимальной производительностью в пределах разрешенной области.

5. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА КОМПЬЮТЕРОВ: ШИФРАТОР, ДЕШИФРАТОР, МУЛЬТИПЛЕКСОР И ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОР

Шифратором (Coder) – называется комбинационное устройство, формирующее на своем выходе двоичный код номера входа, на который подано активное воздействие (сигнал).

Активным сигналом называется сигнал, который приводит к некоторым заданным изменениям в выходном сигнале (или памяти устройства). Обычно реализуют, так называемые, приоритетные шифраторы, входам которых присваивают определенные приоритеты, и поэтому на приоритетные шифраторы можно подавать активные сигналы одновременно на несколько входов. В любом случае, на выходе приоритетного шифратора всегда появится код номера наиболее приоритетного входа из тех, на которых поданы активные сигналы.

Заметим, что шифраторы можно рассматривать как преобразователи унитарного кода числа в его двоичный код.

Условное графическое обозначение на функциональных схемах приоритетного шифратора, в общем случае, будет иметь вид, изображенный на рис.

Здесь: PRCD (Priority Coder) – приоритетный шифратор;

EI (Enable Input) – разрешение входа;

x_i – входные сигналы;

y_i – разряды выходного кода.

Приоритетные шифраторы используются, например, в АЦП параллельного преобразования для кодирования результатов, или в компьютерных системах для кодирования номера подключаемого регистра периферийного устройства.

Дешифратором (Decoder ) – называется комбинационное устройство, преобразующее двоичный входной код в активный (управляющий) сигнал на одном из его выходов, номер которого соответствует входному коду.

В общем случае, дешифратор, имеющий n-двоичных разрядов, имеет 2ⁿ выходов, так как n-разрядный двоичный код может принимать 2ⁿ различных значений и каждому из них должен соответствовать активный управляющий сигнал на своем выходе. Однако на практике часто используют дешифраторы с числом выходов меньшим, чем 2ⁿ, например, дешифраторы, преобразующие двоично-десятичные коды десятичных тетрад в сигналы управления цифровыми газоразрядными индикаторами. Эти дешифраторы имеют не 16, а 10 выходов.

Пример условного графического обозначения на функциональных схемах дешифратора с тремя входами приведен на рис.

Здесь: DC (Decoder) – дешифратор;

x_i – разряды входного двоичного кода;

y_i – выходные управляющие сигналы.

EI (Enable Input) – разрешение входа;

В компьютерах дешифраторы широко используются, например, в блоках управления, в которых двоичный код операции микрокоманды преобразуется в управляющие сигналы.

Мультиплексором (Multiplexer) – называется устройство, предназначенное для управляемого переключения одного из N входных цифровых информационных каналов к одному выходному каналу.

Таким образом, мультиплексор является коммутатором цифровых каналов или просто цифровым коммутатором. Цифровые информационные каналы могут быть как одноразрядные (состоящие из одной линии), так и многоразрядные, состоящие из многих линий. Так, в вычислительной технике широко используются мультиплексоры, переключающие каналы полубайтовые (4-х разрядные), байтовые (8-ми разрядные), двухбайтовые (16-ти разрядные), и другой разрядности. Сам принцип управляемой передачи цифровой информации от нескольких источников в один канал называется мультиплексированием. Принцип мультиплексирования цифровой информации иллюстрирован на рис.

Здесь: A, B, C, D – источники цифровой информации;

MUX – условное обозначение мультиплексора на схемах.

На рисунке изображено два входа управляющих сигналов х0 и х1, на которые подаются двухразрядный двоичный код управления мультиплексором, позволяющий подключать к выходному каналу один из четырех источников цифровой информации, которая передается в виде последовательности четырехразрядных двоичных кодов.

Демультиплексором (Demultiplexer) – называется устройство, осуществляющее управляемое переключение входного цифрового канала к одному из N выходных каналов.

Демультиплексор, также как и мультиплексор, относится к устройствам коммутации каналов данных, но осуществляет обратную коммутацию цифровой информации. Сам принцип управляемой передачи цифровой информации от одного входного источника к одному из нескольких возможных приемников носит название демультиплексирования.

Принцип демультиплексирования иллюстрирован на рис.

Здесь: A, B, C, D – приемники цифровой информации.

DMX – условное обозначение демультиплексора на схемах.

На рисунке изображены два входа управления х0 и х1. Двухразрядный двоичный управляющий код, подаваемый на эти входы, позволяет переключать цифровую информацию с входного канала на один из четырех выходных каналов.

Мультиплексирование и демультиплексирование каналов очень широко используется в компьютерной технике, например, при совмещении использования каналов передачи и приема адресов и данных, при организации связи между запоминающей матрицей и системной шиной в современных модулях оперативной памяти, таких как DDR, DDR2, DDR3 и т.д., а также при создании многопроцессорных систем.

6. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА КОМПЬЮТЕРОВ: ТРИГГЕРЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Триггером – называется устройство с двумя устойчивыми состояниями, обладающее способностью переходить из одного состояния в другое, под воздействием входных сигналов, и выдавать выходной сигнал, однозначно определяющий его состояние.

Таким образом, триггер является простейшим запоминающим устройством – элементом памяти. Работа триггеров, как элементарных автоматов с памятью, определяются функцией переходов Q, которая определяет в какое состояние перейдет триггер при подаче на его вход (входы) сигналов активного воздействия. При этом выходной сигнал триггера будет однозначно определяться состоянием триггера.

Наиболее широко используются в цифровых устройствах, в том числе и в компьютерах, четыре типа триггеров.

1. Триггеры с одним информационным входом:

a) D – триггеры (Delay – задержка);

b) T – триггеры (Toggle – кувыркаться, опрокидываться).

2. Триггеры с двумя информационными входами:

a) RS – триггеры (Set –установка, Reset – возврат);

b) JK – триггеры.

У подавляющего большинства триггеров два выхода: прямой и инверсный, хотя вполне достаточно и одного. Два выхода делаются из чисто практических соображений удобства схемотехнического использования.

Рассмотрим кратко условные графические обозначения (УГО) указанных типов триггеров и их функции переходов.

Одновходовые триггеры.

а) D – триггер: б) T – триггер: .

Здесь: D – вход D-триггера;

T – вход T-триггера;

Q – прямой выход триггера;

- инверсный выход триггера;

C – синхровход для синхронных триггеров.

Двухвходовые триггеры

Аналитические выражения для функций переходов RS и JK – триггеров приводить не будем.

По способу приема и передачи информации триггеры, как и все цифровые устройства (в том числе и компьютер в целом) делятся на асинхронные и синхронные.

Асинхронные цифровые устройства переходят в новое состояние, и выдают соответствующие выходные сигналы, сразу же после появления активных сигналов на его входах.

Синхронные цифровые устройства переходят в новое состояние только в определенные моменты времени, задаваемые специальными синхросигналами, подаваемыми на его так называемые синхровходы – С. Отметим, что они ни в коей мере не влияют на саму функцию, как переходов, так и выходов, а определяют только моменты времени переходов.

Практически все современные компьютеры являются синхронными цифровыми устройствами.

7. ЭБК: РЕГИСТРЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Регистром называется упорядоченная совокупность триггеров, образующая запоминающее устройство на одно слово.

В настоящее время широко используются два типа регистров: запоминающие регистрыи сдвигающие регистры.

Запоминающие регистры служатдля запоминания одного слова информации длиной, соответствующей разрядности данного регистра. Основными операциями, которые реализуются при использовании запоминающих регистров, являются:

- операция установки регистра в исходное состояние (сброс), при котором все триггеры регистра переводятся в исходное (большей частью нулевое) состояние;

- операция записи в регистр слова информации параллельным кодом (т.е. всеми разрядами одновременно) и дальнейшего его хранения в нем;

- операция считывания, хранящегося в регистре слова информации параллельным кодом (прямым или обратным).

Сдвигающими регистрами называются регистры, в которых, помимо указанным выше операций, может осуществляться ещё и операция сдвига, занесенного в регистр слова. Сдвиг может осуществляться либо в сторону младших разрядов (регистры со сдвигом вправо), либо в сторону старших разрядов (регистры со сдвигом влево), либо со сдвигом как в ту, так и в другую сторону (регистры с двухсторонним сдвигом). В последнем случае такие регистры называются универсальными регистрами.

В компьютерах регистры составляют основу интерфейсных устройств между процессором и периферией, между процессором и памятью. Они лежат в основе аппаратной части самого процессора (входные и выходные регистры комбинационных узлов процессора, регистры общего назначения, индексные регистры, сегментные регистры, указатели стека, указатель команд, регистр флагов и др.).

Регистры, как и триггеры, изготавливаются широко и в автономном исполнении, в виде отдельных интегральных микросхем. На рис VII.7 приведено, например, условное графическое обозначение универсального четырехразрядного регистра, изготавливаемого в виде интегральной схемы К555 ИР11.

Данный универсальный регистр имеет четыре режима работы:

1. Режим хранения информации, при котором его входы не реагируют на входные сигналы (S0 = 0, S1 = 0).

2. Режим записи последовательных кодов, поступающих старшим разрядом вперед, он же режим сдвига кода, хранящегося в регистре, влево (вниз) (S0 = 0, S1 = 1).

3. Режим записи последовательных кодов, поступающих младшим разрядом вперед, он же режим сдвига кода, хранящегося в регистре, вправо (вверх) (S0 = 1, S1 = 0).

4. Режим записи параллельных кодов (S0 =1, S1 = 1).

Синхросигналом является передний (положительный) фронт синхроимпульса.

Здесь: RG – условное обозначение регистра на схемах;

DR – вход ввода последовательных кодов младшими разрядами

вперед;

DL – вход ввода последовательных кодов старшими разрядами

вперед;

SI, S0 – входы управления режимом работы регистра;

C – вход синхросигналов и сдвиговых импульсов;

R – вход сброса регистра в нулевое состояние;

DI – входы параллельной записи кодов;

DO – выходы параллельной выдачи кодов.

Сброс осуществляется низким уровнем напряжения, подаваемого на вход R.

8. ЭБК: СЧЕТЧИКИ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Счетчиком называется устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов, поданных на его счетный вход, и запоминающего это число в той или иной системе счисления.

Поскольку число принятых импульсов счетчики должны хранить, то счетчики, так же как и регистры строятся на основе элементарных запоминающих элементов – триггеров.

По системе счисления, в которой производится подсчет и запоминается результат, счетчики, используемые в компьютерах, делятся на двоичные счетчики и двоично-десятичные счетчики. По характеру счета они делятся на суммирующие, вычитающие и реверсивные, которые могут, как суммировать, поступающие на его вход импульсы, так и вычитать их из числа импульсов, накопленных к тому времени в счетчике. И, наконец, по согласованности переключения, входящих в них триггеров – на асинхронные и синхронные счетчики.

В компьютерах счетчики используются во многих его блоках, например, в электронных часах, для подсчета переданных кодов при передаче массивов данных, для формирования адреса очередной исполняемой команды, для подсчета числа сдвигов при сдвиговых операциях, а также числа элементов в обрабатываемых цепочках, при подсчете числа циклов в циклических операциях и т.п.

Счетчики, как и регистры широко распространены и в виде отдельных интегральных схем. Пример условного графического обозначения на схемах такого типового двоичного реверсивного счетчика типа К555ИЕ7, приведен на рис.

Здесь: СТ2 – условное обозначение двоичного счетчика на схемах;

+1 – суммирующий вход счетчика;

−1 – вычитающий вход счетчика;

С – сигнал разрешения записи параллельного кода по входам D_i;

R – вход сброса счетчика в исходное нулевое состояние;

D₀, D₁, D₂, D₃ – входы 4-х разрядного двоичного кода для

начальной установки содержимого счетчика;

Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ – выходы 4-х разрядного двоичного кода

содержимого счетчика;

>15 – выход переноса из старшего разряда счетчика;

< 0 - вход переноса из предыдущего счетчика.

9. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ (+10)

---

Дата добавления: 2015-10-26