Вопросы по дисциплине: Основы архитектуры, устройство и

функционирование вычислительных систем

1. Понятие об ЭВМ. Схема ЭВМ.

2. Корпуса ПК, их типы

3. Блоки питания ПК, их типы

4. Центральные процессор, его характеристики

5. Кодирование информации в ЭВМ. Единицы измерения.

6. Программный принцип работы процессора

7. Виды машинной информации

8. Системная шина, назначение и типы

9. Типы и логическое устройство системных шин

10. Механизм прерываний. Вектора и таблицы прерываний.

11. Стек процессора. Регистры и типы.

12. Память, назначение и организация

13. Постоянная память, назначение и содержимое

14. Оперативная память, назначение и адресация, модули ОЗУ.

15. КЭШ-память, назначение и виды

16. Порты, назначение и работа.

17. Типы портов, их преимущества и недостатки

18. Физическое ранение и информации на диске. Форматирование дисков

19. Виды магнитных и оптических дисков. Их особенности.

20. Особенности и обслуживание жестких дисков.

21. Логическая структура дисков.

22. Архитектурные особенности микропроцессорной системы

23. Обработка прерываний.

24. Таблицы размещения файлов на диске, их тип и назначение.

25. Накопители информации флеш-типа, стримеры. Принципы работы

26. Видеоподсистема: мониторы, режимы работы.

27. Видеоадаптеры, механизм отображения в видеопамять

28. Типы мониторов и принцип работы.

29. Управление виртуальной памятью.

30. Принципы обработки звуковой информации.

31. Принтеры, их типы.

32. Устройства ввода графической информации: сканеры и плоттеры.

33. Ввод информации с клавиатуры. Скэн-код и код символа. Буфер клавиатуры.

34. Манипулятор «Мышь», назначение и типы.

35. Нестандартные периферийные устройства.

36. Выбор рациональной конфигурации оборудования.

37. Основные понятия математической логики.

38. Основные законы алгебры логики.

1. ЭЛЕКТРОННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА

ЭЛЕКТРОННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА (ЭВМ), комплекс технических (аппаратных) и программных средств для обработки информации, вычислений, автоматического управления. В состав ЭВМ входят: процессор, пульт управления, оперативное запоминающее устройство, а также периферийные устройства (запоминающие, ввода-вывода данных и др.). Программные средства ЭВМ (программное обеспечение ЭВМ) содержат операционные системы ЭВМ, пакеты прикладных программ и программы, обеспечивающие автоматическое функционирование ЭВМ. Переработка информации осуществляется процессором в соответствии с программой, хранящейся в оперативной памяти или задаваемой извне (например, с пульта управления), состоит из множества типовых операций (действий), выполняемых над электрическими сигналами, представляющими (в кодированном виде) как собственно информацию, так и команды (предписания) программы. Типовые операции реализуются при помощи электронных устройств; механизмы в ЭВМ используются главным образом в устройствах ввода-вывода информации (например, при вводе данных с клавиатуры дисплея). Результаты обработки информации либо регистрируются на бумаге, либо отображаются на экране дисплея в наиболее удобной для пользователя форме. Важнейшая характеристика ЭВМ - ее производительность, т.е. среднестатистическое число команд программы, выполняемых ЭВМ в единицу времени (в 1994 рекордная производительность приближалась к миллиарду операций за 1 с). Первые ЭВМ появились в середине 40-х гг. 20 в. Обычно выделяют 4 поколения ЭВМ: на электронных лампах (середина 40-х - начало 50-х гг.), дискретных полупроводниковых приборах (середина 50-х - 60-е гг.), интегральных схемах (60-е гг.), больших и сверхбольших интегральных схемах (с середины 60-х гг.). В середине 80-х гг. появились ЭВМ, эксплуатационные возможности которых позволяют отнести их к новому, 5-му поколению ЭВМ. Особую группу составляют персональные ЭВМ (ПЭВМ). С середины 70-х гг. термин "ЭВМ" употребляется главным образом как синоним электронных цифровых вычислительных машин. В зарубежной, а с 80-х гг. и в отечественной литературе для обозначения ЭВМ применяется термин "компьютер". В начале 90-х гг. в мире насчитывалось несколько десятков млн. ПЭВМ, около 1 млн. высокопроизводительных ЭВМ, в том числе несколько сотен ЭВМ с рекордной производительностью (суперЭВМ).

Общая схема современного компьютера была предложена выдающимся американским математиком венгерского происхождения Джоном фон Нейманом в июне 1945 г. По этой схеме компьютер состоит из двух основных частей: центрального процессора (ЦП) и памяти. Память хранит информацию, а ЦП выполняет ее обработку. Революционность идеи фон Неймана состоит в том, чтобы хранить в памяти не только данные, но и способы их обработки для получения из исходных данных того или иного результата. Для осуществления обмена информацией между человеком и компьютером в схему добавлены периферийные устройства - ввода/вывода.

Кроме того, в современных компьютерах используются так называемыенакопители- устройства, предназначенные для постоянного хранения (накопления) данных и программ, необходимых для работы компьютера, и обмена этой информацией между накопителями и оперативной памятью компьютера. Накопители бывают на жестких магнитных дисках (винчестерах) и гибких магнитных дисках (дискетах). Такие накопители называют дисковыми, но бывают и другие виды накопителей.

Процессор, память и накопители на жестких и гибких магнитных дисках составляют системный блок современного ПК.

Необходимыми периферийными устройствами являются:

 Клавиатура - устройство ввода;

 манипулятор типа мышь - вспомогательное устройство ввода;

 дисплей (монитор) - необходимое устройство вывода.

Одной из плодотворных идей, положенных в основу ПК, являетсяпринцип открытой архитектуры. Согласно этой концепции компьютер не является единым неразъемным устройством, а имеется возможность его сборки из независимо изготовленных частей аналогично детскому конструктору. На основной электронной плате (системной) размещены только те блоки, которые осуществляют вычисления. Схемы, управляющие всеми остальными устройствами ПК (монитором, дисками, принтером и т.д.), реализованы на отдельных платах, которые вставляются в стандартные разъемы (слоты) на системной плате. Электропитание ко всем схемам подводится из единого блока питания. А для удобства и надежности все это заключается в общий металлический или пластиковый корпус. В таком случае каждый пользователь может самостоятельно формировать конфигурацию своего компьютера по своему усмотрению. Т.е., в зависимости от потребности пользователь может подключить к системной шине различные устройства: модем, звуковую плату, клавиатуру электромузыкального инструмента и т.п. Кроме того, имеющийся компьютер легко модернизировать, например, путем замены винчестера на жесткий диск большего объема, замены процессора, увеличения объема оперативной памяти и т.д.

2.      Desktop

  Этот вариант исполнения корпуса возник одним из первых. Такой корпус предназначен для установки на рабочем столе. Он имеет сравнительно небольшие  размеры и горизонтальный способ расположения. С одной стороны,  это позволяет экономить место, с другой — размещение монитора с большой диагональю заставит пользователя поднимать голову вверх, что приводит к постоянному напряжению шейного отдела позвоночника и возникновению боли.  Тем не менее, такие корпуса находят свое применение в разного рода кассах приема платежей, обменных пунктах и других заведениях, где используются 15-дюймовые мониторы, которые не создают подобных проблем. Стандартные размеры корпуса — 45 × 45  × 20 см. Однако главный недостаток такого корпуса — его малая вместительность.  Обычно он имеет два 5,25-дюймовых и один-два 3,5-дюймовых отсека. Поэтому в таких корпусах используются блоки питания небольшой мощности — около 200 Вт, что является серьезным ограничением для любителей разгонять процессор и видеокарту. Все эти факторы приводят к тому, что данный вариант корпуса считается бюджетным, то есть таким, который используется для комплектации офисных компьютеров.

Slim Desktop

   Данный вариант является разновидностью Desktop-корпуса и представляет собой его уменьшенную по размерам версию.  Высота такого корпуса редко превышает 8 см, что однозначно сказывается не только на формате устанавливаемой материнской платы, но и на количестве плат расширения, которые могут устанавливаться в слоты материнской платы. Кроме того, в таком корпусе присутствует максимум по два 3,5-дюймовых и 5,25-дюймовых отсека. Комплектация компьютера с подобным корпусом изначально бедна и нетребовательна к блоку питания. Устанавливаемый в такой корпус блок питания имеет мощность не более 200 Вт, которая, как правило, составляет 150 Вт. Такой вариант однозначно предназначен только для использования в компьютерах с фиксированной конфигурацией, то есть такой, которая практически не поддается модернизации. А это означает, что таким компьютерам место только в офисах фирм и предприятий. С другой стороны, плюсом компьютера с подобным корпусом являются его небольшой вес (1,5–3 кг) и бесшумность, поскольку в нем, как правило, используется блок питания без вентилятора и применяется пассивная система охлаждения видеокарты, а иногда и процессора.

Mini Tower

Представитель корпусов типа Tower . Он предназначен для установки на стол, на пол или другое отведенное для него место. В свое время это был самый популярный тип системного блока, поскольку вмещал все необходимое оборудование. Не потерял он свою популярность и сегодня. Благодаря увеличенным размерам (45 × 20  × 45 см), он имеет два-три 3,5-дюймовых и два-три 5,25-дюймовых отсека, чего вполне достаточно для установки и добавления необходимого количества устройств. Обычно такой вариант корпуса снабжается блоком  питания мощностью не менее 250 Вт, который позволяет обеспечить стабильную работу всех устройств. Подобный корпус отлично подходит как для офисного, так и для домашнего использования.

Midi Tower

Продолжает серию корпусов типа Tower. Его главное отличие — более высокий корпус (50 × 20  × 45 см), что позволяет вместить на один 5,25-дюймовый отсек больше, нежели в корпус типа Mini Tower. За счет этого увеличивается внутреннее пространство блока, что способствует улучшению вентиляции и соблюдению необходимого температурного режима даже в режиме разгона. Данный вариант корпуса (рис. 2.4) наиболее распространен среди пользователей, так как позволяет не только легко модернизировать систему, но и раз-гонять комплектующие. Как правило, такой корпус имеет блок питания мощностью от 300 Вт, но ничто не мешает установить блок питания любой другой мощности. При этом корпус снабжен предусмотренными вентиляционными решетками и креплениями для установки дополнительных вентиляторов.

Big Tower

Еще один представитель типа Tower. Корпус содержит шесть-восемь 5,25-дюймовых и два-пять 3,5-дюймовых отсека. При этом размеры корпуса составляют 65 × 20  × 48 см. Компьютер с корпусом Big Tower можно использовать для организации мощной лаборатории по обработке видео, практически любого типа сервера или для других целей. Обычно такой корпус снабжается дополнительными вентиляторами для охлаждения комплектующих и блоком питания мощностью 350 Вт и более. Часто корпус имеет откидную переднюю крышку, с помощью которой скрываются лицевые панели установленных устройств  чтения данных и органы управления компьютером.

   File Server

   Данный вариант корпуса достаточно специфичен и применяется лишь для организации разного рода серверов. Размеры такого корпуса могут быть разными и зависят от будущей конфигурации компьютера. Как правило, он имеется восемь-десять 5,25-дюймовых и несколько 3,5-дюймовых отсеков для приводов разного назначения. При этом способ организации отсеков может быть как горизонтальный, так и вертикальный. Поскольку корпус в составе со всеми комплектующими получается достаточно тяжелым, часто он снабжается колесиками, позволяющими без труда его перемещать по ровной поверхности. На передней панели находятся различные индикаторы и другие элементы управления, которые отображают все изменения в работе компьютера. Кроме того, в корпусе есть несколько дополнительных вентиляторов для охлаждения внутренних устройств  (обычно два-три). Для подобных корпусов обычно применяются блоки питания мощностью не менее 400 Вт (например, только для питания шести жестких дисков в момент запуска может потребоваться сила тока до 28А, а при 12 В это составит 336 Вт). Часто в такой корпус устанавливается дополнительный блок питания, что позволяет повысить отказоустойчивость системы. Обычно корпуса типа File Server имеют открывающуюся (откидывающуюся) переднюю крышку с замком, что позволяет скрывать элементы управления компьютером и устройствами хранения данных.

Блок питания ПК (БП) - электрический источник питания для ообеспечения всех узлов и сестем компьютера электроэнергией постоянного тока, а так же преобразования напряжения до нужного вольтажа и стабилизации напряжения (т.е. защита узлов ПК от скачков тока).

 

- Мощность блоков питания варьируется от 50 Ватт (встраиваемые решения) до 1800 Ватт (Сервера и игровые станции). 

- Выходное напряжения БП: +/-5, +/-12, +3,3 Вольт в режиме работы компьютера и +5 и +3,3 Вольта в режиме ожидания (stand by).

 

3. Виды блоков питания:

1. AT (Advanced Technology) - устаревший выключатель питания находится на панеле БП и находится в цепи электропитания ПК. Питание в режиме stand by не предусмотрено. И имеет следущую распиновку разъема AT:

№1	№2	№3	№4	№5	№6	№7	№8	№9	№10	№11	№12
оранжевый	не используется	желтый	синий	черный	черный	черный	черный	белый	красный	красный	красный
Ground	не используется	+12V	-12V	общий	общий	общий	общий	-5V	+5V	+5V	+5V

2. ATX (Advanced Technology Extended) - современный блок питания, бывают 20-ти контактные, которые использовались до появления шины PCI-Express, а так же 24-х контактные, созданные для поддержки шин PCI-Express.

В случае с 20-ти контактным блоком питания последнии 4 провода не используется (11, 12, 23, 24).

4. Процессор

Процессор - это главная микросхема компьютера, его "мозг". Он разрешает выполнять программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех устройств компьютера. Скорость его работы определяет быстродействие компьютера. Конструктивно, процессор - это кристалл кремния очень маленьких размеров. Процессор имеет специальные ячейки, которые называются регистрами. Именно в регистрах помещаются команды, которые выполняются процессором, а также данные, которыми оперируют команды. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных и их выполнении. На этом и базируется выполнение программ.

В ПК обязательно должен присутствовать центральный процессор (Central Rpocessing Unit - CPU), который выполняет все основные операции. Часто ПК оснащен дополнительными сопроцесорами, ориентированными на эффективное выполнение специфических функций, такие как, математический сопроцесор для обработки числовых данных в формате с плавающей точкой, графический сопроцесор для обработки графических изображений, сопроцесор ввода/вывода для выполнения операции взаимодействия с периферийными устройствами.

Основными параметрами процессоров являются:

• тактовая частота,

• разрядность,

• рабочее напряжение,

• коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты,

• размер кеш памяти.

Тактовая частота определяет количество элементарных операций (тактов), выполняемые процессором за единицу времени. Тактовая частота современных процессоров измеряется в МГц (1 Гц соответствует выполнению одной операции за одну секунду, 1 МГц=106 Гц). Чем больше тактовая частота, тем больше команд может выполнить процессор, и тем больше его производительность. Первые процессоры, которые использовались в ПК работали на частоте 4,77 МГц, сегодня рабочие частоты современных процессоров достигают отметки в 2 ГГц (1 ГГц = 103 МГц).

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один такт. Разрядность процессора определяется разрядностью командной шины, то есть количеством проводников в шине, по которой передаются команды. Современные процессоры семейства Intel являются 32-разрядными.

Рабочее напряжение процессора обеспечивается материнской платой, поэтому разным маркам процессоров отвечают разные материнские платы. Рабочее напряжение процессоров не превышает 3 В. Снижение рабочего напряжения разрешает уменьшить размеры процессоров, а также уменьшить тепловыделение в процессоре, что разрешает увеличить его производительность без угрозы перегрева.

Коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты - это коэффициент, на который следует умножить тактовую частоту материнской платы, для достижения частоты процессора. Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы, которая из чисто физических причин не может работать на таких высоких частотах, как процессор. На сегодня тактовая частота материнских плат составляет 100-133 Мгц. Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение на коэффициент 4, 4.5, 5 и больше.

Кэш-память. Обмен данными внутри процессора происходит намного быстрее, чем обмен данными между процессором и оперативной памятью. Поэтому, для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают так называемую сверхоперативную или кэш-память. Когда процессору нужны данные, он сначала обращается к кэш-памяти, и только тогда, когда там отсутствуют нужные данные, происходит обращение к оперативной памяти. Чем больше размер кэш-памяти, тем большая вероятность, что необходимые данные находятся там. Поэтому высокопроизводительные процессоры имеют повышенные объемы кэш-памяти.

5.

6. Процессор имеет специальные ячейки, которые называются регистрами. Именно в регистрах помещаются команды, которые выполняются процессором, а также данные, которыми оперируют команды. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных и их выполнении. На этом и базируется выполнение программ.

7.