Основные характеристики компьютера

(разрядность, тактовая частота, объем оперативной внешней памяти, производительность и др.)

Процессор. Важнейшей характеристикой процессора, определяющей его быстродействие, является её частота, т. е. количество базовых операций (например, операций сложения двух двоичных чисел), которые производит процессор за 1 секунду. За двадцать небольшим лет тактовая частота процессора увеличилась в 500 раз, от 4 МГц (процессор 8086, 1978 г.) до 2 ГГц (процессор Pentium 4, 2001 г.).

Другой характеристикой процессора, влияющей на производительность, является разрядность процессора. Разрядность процессора определяется количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Разрядность процессора увели-20 лет в 8 раз. В первом отечественном компьютере «Агат» (1985 г.) был установлен процессор, имевший разрядность 8 бит, у современного Pentium 4 разрядность равна 64 бит.

Оперативная (внутренняя) память. Оперативная вставляет собой множество ячеек, причем каждая ячейка имеет свой уникальный двоичный адрес. Каждая ячейка памяти имеет объем 1 байт.

В персональных компьютерах величина адресного пространствa процессора и величина фактически установленной оперативной памяти практически всегда различаются. Например, объем адресуемой памяти может достигать 4 Гбайт, а величина фактически установленной оперативной памяти будет значительно — скажем, «всего» 64 Мбайт.

Оперативная память аппаратно реализуется в виде памяти различных типов (SIMM, DIMM) и разного объема (от 1 до 256 Мбайт). Модули различаются по своим геометрическим размерам: устаревшие модули SIMM имеют 30 или 72 контакта, а современные модули DIMM — 168 контактов.

Долговременная (внешняя) память. В качестве внешней памяти используются носители информации различной информационной емкости: гибкие диски (1,44 Мбайт), жесткие диски (до 160 Гбайт), оптические диски CD-ROM (650 Мбайт) и DVD (до 10 Гбайт). Самыми медленными из них по скорости обмена данными являются гибкие диски (0,05 Мбайт/с), а самыми быстрыми — жесткие диски (до 100 Мбайт/с).

Производительность компьютера. Производительность компьютера является его интегральной характеристикой, которая зависит от частоты и разрядности процессора, объема оперативной (внутренней) и долговременной памяти и скорости обмена данными. Производительность компьютера нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования по скорости выполнения определенных операций в стандартной программной среде.

Внешняя память компьютера. Различные виды носителей информации, их характеристики (информационная емкость, быстродействие и др.)

Основной функцией внешней памяти компьютера является способность долговременно хранить большой объем информации (программы, документы, аудио- и видеоклипы и т. д.). Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем или дисководом, а хранится информация на носителях (например, дискетах).

В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД или дискетах) и накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД или винчестерах), в основу записи, хранения и считывания информации положен магнитный принцип, а в лазерных дисководах — оптический принцип.

Гибкие магнитные диски. Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. Такой носитель информации называется дискетой. Дискета вставляется в дисковод, вращающий диск с постоянной угловой скоростью. Магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и записывается (или считывается) информация.

В целях сохранения информации гибкие магнитные диски следует предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как это может привести к размагничиванию носителя и потере информации.

Жесткие магнитные диски. Жесткие магнитные диски представляют собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с высокой угловой скоростью.

За счет множества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная емкость жестких дисков может в десятки тысяч раз превышать информационную емкость дискет и достигать 160 Гбайт-

Чтобы сохранить информацию и работоспособность жестких дисков, необходимо оберегать их от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.

Лазерные дисководы и диски. Лазерные дисководы используют оптический принцип чтения информации. На лазерных дисках CD (CD — Compact Disk, компакт диск) и DVD (DVD — Digital Video Disk, цифровой видеодиск) информация записана на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью. Лазерный луч падает на поверхность вращающегося диска, а интенсивность отраженного луча зависит от отражающей способности участка дорожки и приобретает значения 0 или 1.

Для сохранности информации лазерные диски надо предохранять от механических повреждений (царапин), а также от загрязнения.

Билет №10

Классификация ЭВМ

Рассмотрим некоторые из наиболее популярных классификаций:

                     по принципу действия. Критерием деления вычислительных машин здесь является форма представления информации, с которой они работают

1.                    аналоговые (АВМ) - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения). Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше ,чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5%).На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

2.                    цифровые (ЦВМ) - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.

3.                    гибридные (ГВМ) - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами. Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации - электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.

                     по назначению

1.                    универсальные (общего назначения) - предназначены для решения самых различных технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах.

2.                    проблемно-ориентированные - служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами. К проблемно-ориентированным ЭВМ можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы

3.                    специализированные - используются для решения узкого крута задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы. К специализированным ЭВМ можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.

                     по размерам и функциональным возможностям

1.                    сверхбольшие (суперЭВМ)

2.                    большие

3.                    малые

4.                    мини

5.                    сверхмалые (микроЭВМ)

К суперЭВМ относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду. Супер-компьютеры используются для решения сложных и больших научных задач (метеорология, гидродинамика и т. п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т.д.

Архитектура суперкомпьютеров основана на идеях параллелизма и конвейеризации вычислений.

В этих машинах параллельно, то есть одновременно, выполняется множество похожих операций (это называется мультипроцессорной обработкой). Таким образом, сверхвысокое быстродействие обеспечивается не для всех задач, а только для задач, поддающихся распараллеливанию.

Структурная схема ПЭВМ

ПЭВМ включает три основных устройства: системный блок, кла­виатуру и дисплей (монитор). Однако для расширения функциональ­ных возможностей ПЭВМ можно подключить различные дополни­тельные периферийные устройства, в частности: печатающие устрой­ства (принтеры), накопители на магнитной ленте (стримеры), различ­ные манипуляторы (мышь, джойстик, трекбол, световое перо), уст­ройства оптического считывания изображений (сканеры), графопо­строители (плоттеры) и др. Эти устройства подсоединяются к системному блоку с помощью кабелей через специальные гнезда (разъемы), которые размещаются обычно на задней стенке системного блока. В некоторых моделях ПЭВМ при наличии свободных гнезд до­полнительные устройства вставляются непосредственно в системный блок, например, модем для обмена информацией с другими ПЭВМ через телефонную связь или стример для хранения больших массивов информации на МЛ. ПЭВМ, как правило, имеет модульную структу­ру. Все модули связаны с системной магистралью (ши­ной). Системная магистраль. Она выполняется в виде совокупности шин (кабелей)» используемых для передачи данных, адресов и управ­ляющих сигналов. Количество линий в адресно-информационной шине определяется разрядностью кодов адреса и данных, а количество линий в шине управления - числом управляющих сигналов, используемых в ПЭВМ. Системный блок. Являясь главным в ПЭВМ, этот блок вклю­чает в свой состав центральный микропроцессор, сопроцессор, моду­ли оперативной и постоянной памяти, контроллеры, накопители на магнитных дисках и другие функциональные модули. Набор модулей определяется типом ПЭВМ. Пользователи по своему желанию могут изменять конфигурацию ПЭВМ, подключая дополнительные пери­ферийные устройства. В системный блок может быть встроено звуковое устройство, с3 помощью которого пользователю удобно следить за работой машины, вовремя обращать внимание на возникшие сбои в отдельных устройствах или на возникновение необычной ситуации при решении задачи на ПЭВМ. Со звуковым устройством часто связан таймер, по­зволяющий вести отсчет времени работы машины, фиксировать календарное время, указывать на окончание заданного промежутка, времени при выполнении той или иной задачи. Контроллеры (К). Эти устройства служат для управления внешни­ми устройствами (ВУ). Каждому ВУ соответствует свой контроллер. Электронные модули-контроллеры реализуются на отдельных печатных платах, вставляемых внутрь системного блока. Такие платы часто, называют адаптерами ВУ (от адаптировать — приспосабливать). После получения команды от микропроцессора контроллер функционирует автономно, освобождая микропроцессор от выполнения специфических функций, требуемых для того или другого конкретного ВУ. Контроллер содержит регистры двух типов — регистр состояния (управления) и регистр данных. Эти регистры часто называют порта­ми ввода-вывода. За каждым портом закреплен определенный номер — адрес порта. Через порты пользователь может управлять ВУ, исполь­зуя команды ввода-вывода. Программа, выполняющая по обращению из основной выполняемой программы операции ввода-вывода для конкретного устройства или группы устройств ПЭВМ, входит в со­став ядра операционной системы ПЭВМ. Для ускорения обмена информацией между микропроцессором и внешними устройствами в ПЭВМ используется прямой доступ к па­мяти (ПДП). Контроллер ПДП, получив сигнал запроса от внешнего устройства, принимает управление обменом на себя и обеспечивает обмен данными с ОП, минуя центральный микропроцессор. В это время микропроцессор продолжает без прерывания выполнять теку­щую программу. Прямой доступ к памяти, с одной стороны, освобо­ждает микропроцессор от непосредственного обмена между памятью и внешними устройствами, а с другой стороны, позволяет значитель­но быстрее по сравнению с режимом прерываний удовлетворять за­просы на обмен.

Принцип открытой архитектуры ПЭВМ IBM PC

В IBM PC была заложена возможность усовершенствования отдельных частей компьютера и использования новых устройств. Фирма IBM обеспечила возможность сборки компьютера из независимо изготовленных частей. Принцип, при котором методы сопряжения различных устройств с IBM PC был стандартизован и известен и доступен всем желающим, был назван Принципом открытой архитектуры. Реализация этого принципа такова: На основной электронной плате компьютера (системной, или материнской) размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации. Схемы, управляющие всеми другими устройствами компьютера - монитором, дисками и т.д., реализованы на отдельных платах, которые вставляются в стандартные разъемы на системной плате. При таком подходе фирмы IBM к разработке компьютеров другие фирмы получили возможность разрабатывать различные дополнительные устройства, а пользователи - самостоятельно модернизировать и расширять возможности компьютеров по своему усмотрению.

Билет № 11

Понятие, назначение и компоненты микропроцессора

Основой ПК является центральное процессорное устройство (ЦПУ,CPU) или просто процессор. Процессор – это микросхема, которая вставляется в специальный разъем на материнской плате, и служит для обработки информации и двух видов операций: числовые операции и операции с плавающей точкой. Также в процессоре находится кэш память L1(level 1) и L2(level 2). Она используется для ускорения доступа к данным, находящимся в оперативной памяти.

   Microprocessor — процессор, выполненный в одной либо нескольких взаимосвязанных интегральных схемах. Микропроцессор, как и любой другой процессор, является устройством, предназначенным для обработки или передачи данных. Иногда не имеет памяти, средств ввода/вывода данных. Эти задачи решаются внешними (по отношению к микропроцессору) интегральными схемами. Все чаще используются 32- и 64-разрядные микропроцессоры. Последние позволяют значительно увеличивать адресуемую память и размер файлов, с которыми работают.

   Наряду с универсальными производятся специальные микропроцессоры. Каждый из них выполняет ограниченный набор функций, но он дешевле и потребляет меньше электроэнергии. На базе микропроцессоров создаются транспьютеры, выполняющие операции не только обработки, но и передачи данных.

   Процессор полностью собирается на одном чипе из кремния. Электронные цепи создаются в несколько слоев, состоящих из различных веществ, например, диоксид кремния играет роль изолятора, а поликремний — проводника. Технология микропроцессоров в простейшем случае включает следующие обязательные этапы производства:

1. выращивание кремниевых заготовок и получение из них пластин;

2. шлифование кремниевых пластин;

3. нанесение защитной пленки диэлектрика (SiO2);

4. нанесение фоторезиста;

5. литографический процесс;

6. травление;

7. диффузия;

8. металлизация.

   Все перечисленные этапы используются для того, чтобы создать на кремниевой основе сложную структуру полупроводниковых планарных транзисторов (CMOS-транзисторов) и связать их должным образом между собой.

   В Германии, в предместье Дрездена, расположена крупнейшая фабрика по производству микропроцессоров компании AMD (Advanced Micro Device), получившая название Fab30, на которой производятся процессоры AMD Athlon XP, Athlon MP, Athlon 64 и AMD Opteron. Фабрика была заложена в 1996 г., и к 2003 г. вложения AMD составили 2,5 млрд долл. На сегодняшний день это самый крупный иностранный проект в восточной части Германии. Про¬цессоры AMD Athlon XP с ядром Thoroughbred производятся на Fab30 с использованием 0,13-микронного технологического процесса на пластинах (wafers) диаметром 200 мм. Наряду с этим на фабрике также выпускаются процессоры с использованием 0,18-микронной технологии (в дальнейшем — 90-нанометровая технология). Производственная мощность фабрики составляет 5 тыс. 200-миллиметровых пластин в неделю, на каждой из которых расположено 315 процессоров (Thoroughbred).