Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Архитектура персонального компьютера, структура вычислительных систем. Программное обеспечение вычислительной техники.

Читайте также:
  1. I.2. Структура оптимизационных задач
  2. II. Поддержка и обеспечение взаимопомощи деятельности школ Международного Бакалавриата
  3. III. Обеспечение безопасности участников и зрителей
  4. III. Обеспечение протезно-ортопедическими изделиями
  5. IV.Учебно-методическое и информационное обеспечение учебного процесса
  6. V. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
  7. VІІ. Методика проведення заняття і його організаційна структура

Урок 1.

Введение.

Тема 1.1.

Архитектура персонального компьютера, структура вычислительных систем. Программное обеспечение вычислительной техники.

 

Любая деятельность человека представляет собой процесс сбора и переработки информации, принятие на ее основе решений и их выполнение. Понятие информации используется во всех сферах: науке, технике, культуре, социоло­гии и повседневной жизни. Оно предполагает наличие материального носителя информации, источника информации, передатчика информации, приемника и канала связи между источником и приемником. С появлением современных средств вычислительной техники информация стала выступать в качестве одного из важней­ших ресурсов научно-технического прогресса.

Под процессом следует понимать определённую совокупность действий, направленных на достижение поставленной цели.

Информационные процессы (сбор, обработка и передача информации) всегда игра­ли важную роль в науке, технике и жизни общества. В ходе эволюции человечества про­сматривается устойчивая тенденция к автоматизации этих процессов, хотя их внутрен­нее содержание, по существу, остаётся неизменным.

Сбор информации — это деятельность субъекта, в ходе которой он получает сведе­ния об интересующем его объекте. Сбор информации может производиться или чело­веком, или с помощью технических средств и систем — аппаратно.

Обмен информацией — это процесс, в ходе которого источник информации ее пере­дает, а получатель — принимает. Если в передаваемых сообщениях обнаружены ошиб­ки, то организуется повторная передача этой информации

Накопление информации — процесс формирования исходного несистематизированного массива информации.Принятую информацию получатель может использовать неоднократно. С этой це­лью он должен зафиксировать ее на материальном носителе (магнитном, фото, кино и др.).

Хранение информации — это процесс поддержания исходной информации в виде, обеспечивающем выдачу данных по запросам конечных пользователей в установлен­ные сроки.

Обработка информации — это упорядоченный процесс ее преобразования в соот­ветствии с алгоритмом решения задачи.

Выдача информации — передача конеч­ного результата пользователю в требуемом виде после решения задачи обработки информации. Выдача информации, как правило, производится с помощью вне­шних устройств ЭВМ в виде текстов, таблиц, графиков и пр.

Информация является одним из ценнейших ресурсов общества, наряду с такими традиционными материальными видами ресурсов, как нефть, газ и др., а значит, процесс ее переработки по аналогии с процессами переработки материальных ресурсов можно воспринимать как технологию.

Информационная технология — это процесс, использующий совокупность методов, производственных про­цессов и программно-технических средств, объединённых в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, обработку, хранение, распространение и отображение первичной информации (данных) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта). На рис 1.1 представлена схема информационной технологии.

 
 

 


Рис 1.1. Схема технологии переработки

информационных ресурсов

 

Применение информационной технологии снижает трудоемкость процессов использования информационного ре­сурса, повышает их надежность и оперативность.

Цель информационной технологии — производство информации для ее анализа чело­веком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия. Применяя разные технологии переработки информации к одним и тем же данным, можно получить разные информационные продукты.

Электронная вычислительная машина (ЭВМ, компьютер) представляет собой комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Часто, говоря о компьютере, имеют в виду вычислительную систему.

Чтобы судить о возможностях ЭВМ, их принято классифицировать по определенным признакам, например, по габаритам и функциональным возможностям (производительности):

· сверхпроизводительные ЭВМ и системы (супер-ЭВМ);

· большие ЭВМ (универсальные ЭВМ общего назначения);

· средние ЭВМ;

· малые или мини-ЭВМ;

· сверхмалые микро-ЭВМ;

· персональные компьютеры;

· микропроцессоры.

При рассмотрении ЭВМ как средства обработки информации важную роль играет понятие архитектуры ЭВМ (рис. 1.2).

Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач.

Архитектура ЭВМ учитывает множество факторов, среди которых важнейшими являются: стоимость, сфера применения, функциональные возможности, удобство эксплуатации, а одним из главных компонентов архитектуры являются аппаратные средства.

Архитектуру вычислительного средства следует отличать от структуры, которая средства определяет его конкретный состав на некотором уровне детализации (устройства, блоки, узлы и т.д.) и описывает связи внутри средства во всей их полноте. Архитектура же определяет правила взаимодействия составных частей вычислительного средства, описание которых выполняется в той мере, в какой это необходимо для формирования правил их взаимодействия. Она регламентирует не все связи, а наиболее важные, которые должны быть известны для более грамотного использования данного средства (рис. 1.2).

 

 
 

 


 

Рис. 1.2. Основные компоненты архитектуры ЭВМ

Вычислительной системой называется конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенных для обслуживания одного рабочего участка. Её центральным устройством является компьютер.

Несмотря на то, что современные ЭВМ внешне не имеют ничего общего с первыми моделями, основополагающие идеи, заложенные в них и связанные с понятием алгоритма, разработанного Аланом Тьюрингом, а также архитектурной реализацией, предложенной Джоном фон Нейманом, пока не претерпели коренных изменений (за исключением систем параллельной обработки информации).

Любая ЭВМ неймановской архитектуры содержит:

· арифметико-логическое устройство (АЛУ);

· устройство управления (УУ);

· запоминающее устройство (ЗУ);

· устройства ввода-вывода (УВВ);

· пульт управления (ПУ).

В современных ЭВМ АЛУ и УУ объединены в общее устройство, называемое центральным процессором (рис. 1.3.).

 

 
 

 


Рис. 1.3. Обобщенная логическая структура ЭВМ

 

Процессор, или микропроцессор, является основным устройством ЭВМ. Он пред­назначен для выполнения вычислений по хранящейся в запоминающем устройстве программе и обеспечения общего управления ЭВМ. Быстродействие ЭВМ в значительной мере определяется скоростью работы процессора. Для ее увеличения процессор исполь­зует собственную память небольшого объема, именуемую местной, или сверхоператив­ной, что в некоторых случаях исключает необходимость обращения к запоминающему устройству ЭВМ.

Вычислительный процесс должен быть предварительно представлен для ЭВМ в виде программы — последовательности инструкций (команд), записанных в порядке выпол­нения. В процессе выполнения программы ЭВМ выбирает очередную команду, расшиф­ровывает ее, определяет, какие действия и над какими операндами следует выполнить. Эту функцию осуществляет УУ. Оно же помещает выбранные из ЗУ операнды в АЛУ, где они и обрабатываются. Само АЛУ работает под управлением УУ.

Обрабатываемые данные и выполняемая программа должны находиться в запоми­нающем устройстве  памяти вычислительной машины, куда они вводятся через устройство ввода. Емкость памяти измеряется в величинах, кратных байту. Память представляет собой сложную структуру, построенную по иерархическому принципу, и включает в себя запоминаю­щие устройства различных типов. Функционально она делится на две части: внутрен­нюю и внешнюю.

Внутренняя, илиосновная память,  это запоминающее устройство, напрямую свя­занное с процессором и предназначенное для хранения выполняемых программ и дан­ных, непосредственно участвующих в вычислениях. Обращение к внутренней памяти ЭВМ осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет ограниченный объем, определяемый системой адресации машины.

Внутренняя память, в свою очередь, делится на оперативную(ОЗУ) и постоянную (ПЗУ). Оперативная память, по объему составляющая большую часть внутрен­ней памяти, служит для приема, хранения и выдачи информации. При выключении пи­тания ЭВМ содержимое оперативной памяти в большинстве случаев теряется.Посто­янная память обеспечивает хранение и выдачу информации. В отличие от содержимого оперативной памяти, содержимое постоянной заполняется при изготовлении ЭВМ и не может быть изменено в обычных условиях эксплуатации. В постоянной памяти хранят­ся часто используемые (универсальные) программы и данные, к примеру, некоторые программы операционной системы, программы тестирования оборудования ЭВМ и др. При выключении питания содержимое постоянной памяти сохраняется.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для размещения больших объемов информа­ции и обмена ею с оперативной памятью. Для построения внешней памяти используют энергонезависимые носители информации (диски и ленты), которые к тому же являют­ся переносимыми. Емкость этой памяти практически не имеет ограничений, а для обра­щения к ней требуется больше времени, чем к внутренней.

Внешние запоминающие устройства конструктивно отделены от центральных уст­ройств ЭВМ (процессора и внутренней памяти), имеют собственное управление и вы­полняют запросы процессора без его непосредственного вмешательства. В качестве ВЗУ используют накопители на магнитных и оптических дисках, а также накопители на маг­нитных лентах.

По принципам функционирования ВЗУ разделяются наустройства прямого дос­тупа (накопители на магнитных и оптических дисках) и устройства последователь­ного доступа (накопители на магнитных лентах). Первые обла­дают большим быстродействием, поэтому они являются основными внешними запо­минающими устройствами, постоянно используемыми в процессе функционирования ЭВМ. Вторые используются в основном для резерви­рования информации.

Устройства ввода-вывода служат соответственно для ввода информации в ЭВМ и вывода из нее, а также для обеспечения общения пользователя с машиной. Иногда их называют периферийными или внешними устройствами ЭВМ. К ним относятся, в частности, дисплеи (мониторы), клавиатура, манипуляторы типа «мышь», алфавитно-цифровые печатающие устройства (принтеры), графопостроители, сканеры и др. Процессы ввода-вывода протекают с использованием внутренней памяти ЭВМ. Для управления внешними устройствами (в том числе и ВЗУ) и согласования их с системным интерфейсом служат групповые устройства управления внешними устрой­ствами, так называемые адаптеры или контроллёры.

Системный интерфейс — это конструктивная часть ЭВМ, предназначенная для взаи­модействия ее устройств и обмена информацией между ними.

В больших, средних и супер-ЭВМ в качестве системного интерфейса используются сложные устройства, имеющие встроенные процессоры ввода-вывода, именуемые ка­налами, обеспечивающими высокую скорость обмена данными между ком­понентами ЭВМ.

Отличительная особенность малых ЭВМ состоит в использовании в качестве сис­темного интерфейса системных шин. Различают ЭВМ с многошинной структурой и с общейшиной. В первом случае для обмена информацией между устройствами используются отдельные группы шин, во втором  все устройства ЭВМ объединяются с помо­щью одной группы шин, в которую входят подмножества шин для передачи данных, адреса и управляющих сигналов.

Пульт управления служит для выполнения оператором ЭВМ или системным про­граммистом системных операций в ходе управления вычислительным процессом, который конструктивно часто выполняется вме­сте с центральным процессором. Кро­ме того, при техническом обслуживании ЭВМ за пультом управления работает инже­нерно-технический персонал.

В связи с внедрением персонального компьютера во все сферы жизнедеятельности человека остановимся на его устройстве (рис. 1.4.) более подробно. Компьютер предназначен для выполнения двух основных функций: вычислительной и обработки информации.

Все основные устройства компьютера расположены в системном блоке, что видно из схемы.

Микропроцессор – "сердце компьютера". Выполняет все вычисления и обработку данных, управляет работой всех остальных устройств. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. Микропроцессор характеризуется типом (моделью) и тактовой частотой. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) он выполняет в одну секунду. Под элементарной операцией понимается любая простейшая опе­рация типа сложения, пересылки, сравнения и т. д. Она измеряется в мегагерцах (МГц). Например, 66, 90, 100, 166, 266, 466 и т. д. МГц. Типы Intel 80286, Intel 80386, Intel 80486, Pentium, Pentium I, Pentium II, Pentium III, Pentium IV.

 

 

 

Рис. 1.4. Устройства персонального компьютера

 

Память компьютера подразделяется на:

- внутреннюю оперативную (ОЗУ) (характеризуется объёмом, например, 1, 2, 4, 8, 16, …, 126, 256, 512 Мбайт);

- сверхоперативную (КЕШ-память);

- память на жёстком диске (винчестер);

- внешнюю память (на гибких магнитных и CD дисках).

КЕШ-память – "сверхоперативная" память относительно небольшого объёма, в которой хранятся наиболее часто используемые при работе микропроцессора участки оперативной памяти. Располагается "между" микропроцессором и оперативной памятью, и при обращении микропроцессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кеш-памяти. Характеризуется объёмом: 128, 256,512 Кбайт.

Память на жёстком магнитном диске (винчестере) предназначена для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером. Это программы операционной системы (Windows), часто используемые пакеты программ, прикладные программы (Word, Excell и др.), а также пользовательские программы и документы. При выключении компьютера вся информация сохраняется. Винчестеры характеризуются своей ёмкостью – объёмом хранимой на них информации. Например: 4 Гбайта, 20 Гбайт, 40 Гбайт и т.д.

Внешняя память на гибких "флоппи" дисках и CD-дисках используется для хранения информации, не используемой постоянно, для переноса документов и программ с одного компьютера на другой, для хранения резервных архивных копий информации, содержащейся на жёстком диске. Различают диски CD-R, CD-RW и DVD, дискеты 5,25" и 3,5" дюйма. Диски более надёжны и могут хранить значительно больше информации, чем дискеты. В настоящий момент дискеты на 5,25" практически перестали использоваться. Современные компьютеры не оснащены дисководами для них.

Контроллёры и адаптеры внешних устройств представляют собой электронные схемы, которые управляют внешними устройствами: клавиатурой, принтером, монитором, модемом и т.д. Они взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль (шину) передачи данных.

К устройствам, входящим в состав системного блока, можно отнести и CD-ROM - устройство для считывания информации с лазерных компакт-дисков.

Все перечисленные устройства крепятся внутри системного блока, часть из них на специальной плате, называемой материнской, и соединены системной шиной – устройством, осуществляющим обмен данными между всеми устройствами компьютера.

Дисплей (монитор) – устройство для вывода текстовой и графической информации на экран. Дисплеи бывают монохромными и цветными. Различаются дисплеи и размерами по диагонали 14", 15", 17", 19", типом EGA, VGA, Super VGA, жидкокристаллические и разрешающей способностью – количеством точек по горизонтали и по вертикали.

Клавиатурапредназначена для ввода в компьютер буквенно-цифровой информации, а также ряда специальных символов.

Манипулятор "мышь" облегчает ввод информации в компьютер. Наиболее полно удобство этого устройства ввода пользователь ощутил, когда основной операционной системой, используемой повсеместно, стала Windows различных версий. Ввод информации с помощью "мыши" осуществляется нажатием одной из её клавиш.

Принтер предназначен для вывода информации на бумагу. Все принтеры могут выводить текстовую, а многие и графическую информацию. Различают черно-белые и цветные принтеры. Они подразделяются на три основных класса: матричные, струйные и лазерные. Матричные принтеры оснащены печатающей головкой с набором металлических иголок, которые ударяют по бумаге через красящую ленту при движении головки вдоль печатаемой строки. В струйных принтерах изображение формируется микрокаплями специальных чернил, выдуваемых на бумагу с помощью сопел. Лазерные принтеры переносят изображение на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички краски. Наиболее качественную печать дают лазерные принтеры.

При обработке информации мы пользуемся всеми устройствами, включёнными в компьютер.

 


Дата добавления: 2015-10-26; просмотров: 505 | Нарушение авторских прав


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Организация концертов Сергея Лазарева: 8(495)748-95-58| Штатное расписание

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.015 сек.)