2.2. Технічна база сучасних інформаційних технологій

Технічною базою сучасних інформаційних технологій є мультимедійні комп’ютери, комп’ютерні мережі, засоби оргтехніки на базі комп’ютерної техніки.

Архітектурні принципи побудови і функціонування сучасних комп’ютерів. Основу інформаційних систем складають комп’ютери.

Комп’ютер – електронна обчислювальна машина, призначена для автоматизації алгоритмічної обробки інформації і обчислень. Функціонування комп’ютера визначається алгоритмами (програмами) вирішуваних задач.

Сучасні комп’ютери прийнято характеризувати за їх архітектурою.

Архітектура комп’ютера – сукупність знань про ресурси комп’ютера, котрі доступні користувачу і допомагають найбільш ефективно розв'язувати поставлені задачі.

З точки зору розробника комп’ютера (і програміста) є два представлення комп’ютера: фізичний комп’ютер і інтелектуальний комп’ютер, для котрого він пише програму. В основі функціонування комп’ютера лежить мова програмування.

В комп’ютері інформація зберігається і обробляється у цифровому вигляді (у двійковій системі числення).

Теорія комп’ютерів ґрунтується на булевій алгебрі.

Комп’ютер створювався подібно людському мозку – як штучний інтелект. Тому він повинен утримувати пам’ять для збереження інформації і пристрій, що обробляє цю інформацію. Функціонування комп’ютера визначається архітектурними принципами, покладеними в його основу. Це: принцип програмного керування; принцип зберігання в пам’яті комп’ютера програми і даних і їх адресації в пам’яті; універсальність алгоритмів рішення задач на комп’ютері; відкрита архітектура; інформаційна безпека та інше.

Архітектурні принципи побудови комп’ютера безпосередньо направлені на забезпечення максимальної ефективності обробки в ньому інформації, Знання архітектурних принципів необхідне при виборі оптимального апаратного складу комп’ютера і розробці програмного забезпечення.

Класифікація комп’ютерних систем. Настав новий етап у розвитку електроніки – етап нанотехнологій. Вважається, що класична технологія мікросхем вже вичерпала себе. Прийшов час переходу від планарної (плоскої) кремнієвої технології до тривимірної (пошарової) технології виготовлення наноелектронних схем.

Сучасні кремнієві процесори мають в кристалі мільярди транзисторів, але навіть перші зразки нанопроцесорів доказують, що їх кількість можливо збільшити ще приблизно в 1000 разів. Це буде досягатись як за рахунок зменшення розмірів транзисторів, так і шляхом їх об’ємного розміщення в просторі.

При цьому в основному збереглась діюча класифікація комп’ютерів: персональні комп‘ютери (ПК); спеціалізовані комп‘ютери; сервери; робочі станції; суперкомп’ютери. Проте в кожному класі є грандіозні зрушення. Так, клас ПК, що традиційно включав настільні ПК та ноутбуки, поповнився нетбуками, планшетними ПК та іншими розробками завдяки досягненням мікроелектроніки.

Усі види ПК мають різностороннє використання – вони стали універсальними. Їх використовують в навчанні, в побуті, в професійній роботі тощо.

ПК в офісах орієнтовані на автоматизацію праці: складання текстових документів, ведення баз даних, ділової переписки, виконання обчислень, роботу з графічною інформацією.

В науці і на виробництві ПК використовуються для автоматизації праці наукового співробітника і інженера в автоматизованих системах наукових досліджень і системах автоматизованого проектування.

Спеціалізовані комп’ютери використовуються в промислових технологічних процесах та автоматах.

Сервери і робочі станції є складовими комп’ютерних мереж.

Поряд з ПК особливу увагу в даний час привертають суперкомп’ютери.

Суперкомп’ютери обслуговують глобальні системи, наприклад енергосистеми. Продуктивність їх виключно висока і досягає сотень трильйонів операцій в секунду. Така надвисока продуктивність забезпечується застосуванням мультипроцесорних багатоядерних систем, в котрих використовується матрична або конвеєрна архітектура.

Інтерфейс ПК. Основною частиною ПК є системна плата. На ній розташовані (рис. 2.1):

процесор – основна мікросхема, що виконує арифметичні, логічні та інші операції, включені до системи команд;

оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП) – набір мікросхем, що призначені для тимчасового зберігання даних, поки включений комп'ютер;

чипсет – набір мікросхем, що керують роботою внутрішніх пристроїв ПК і визначають основні функціональні можливості системної плати;

шина – набір провідників, по яких відбувається обмін сигналами між пристроями комп'ютера.

У комп’ютері зазвичай виділяють центральну частину і зовнішні пристрої. Центральну частину складають процесор та оперативна пам'ять, які разом формують інтелект комп’ютера. Процесор відіграє ключову роль в комп'ютері.

Для взаємозв’язку пристроїв на системній платі використовується інтерфейс. Інтерфейс системної плати підтримує мостову архітектуру.

Процесор і оперативна пам'ять через чипсет сполучені найшвидшою та найширшою (системною) шиною. Ділянка шини, що веде до ОЗП (шина пам’яті), має близькі до системної шини параметри, а тому разом вони сприймаються, як єдине ціле. В інтерфейсі системної плати важливу роль відіграє чипсет.

Рис. 2.1. Схема інтерфейсу системної плати сучасних ПК

Мікросхеми чипсету виконують функції мостів (bridge) між шинами з більшою та меншою пропускною здатністю (System bus/PCI bridge, PCI/ISA bridge). Чипсет функціонально поділено на дві частини: північний і південний мости. На рис. 2.1. показано, що вони обслуговують. Окремо виділена шина AGP, яка призначена для підключення відеоадаптера. По ній передаються великі об'єми інформації, через те вона має високу швидкодію і розрядність.

.Для під’єднання різних периферійних пристроїв на системній платі розміщують цілий ряд портів USB. Для підключення жорстких дисків на платі розміщують ряд внутрішніх і зазвичай два SATA-порти. Крім того, на платі може бути інтегровано два USB 3.0-контролери.

Характеристики персональних комп’ютерів в значній мірі визначаються характеристиками процесора. Підходи до оцінки характеристик сучасних процесорів змінюються. Основними характеристиками з погляду користувача мають бути: енергоефективність, функціональні можливості, продуктивність, вартість.

Енергоефективність – відношення продуктивності процесора на один Ватт споживаної потужності. Вона визначається архітектурою комп’ютера і захистом його від перегрівання.

Функціональні можливості – набір підтримуваних технологій таких як: технологія віртуалізації, захисту від вірусів, 64-разрядних обчислень, захисту від перегрівання.

Продуктивність – швидкість виконання задачі визначеного додатка. На продуктивність комп’ютера впливають його архітектура, розмір кеш-пам’яті, тактова частота і кількість ядер процесора. Перехід від 1-ядерних до 2-х і 4-ядерних процесорів – це сучасний тренд в розвитку процесорів.

Зовнішні пристрої ПК. Підключення зовнішніх пристроїв до центральної частини ПК здійснюється через спеціальні регістри, котрі називають портами (port – багаторозрядний вхід або вихід).

Серед зовнішніх пристроїв, розміщених на системній платі, як найважливішим, необхідно вважати BIOS.

BIOS (Input/Output System) – базова система, що утримує програми, котрі реалізують функції введення–виведення, а також тестування комп'ютера в момент включення живлення і ряд інших спеціальних програм. BIOS здійснює настроювання і керування пам’яттю, процесором, чипсетом, інтегрованими на платі контролерами і підключеними до плати пристроями. BIOS розміщується на спеціальній мікросхемі з автономним живленням на системній платі. BIOS виконує налагодження ПК, котре визначає функціональність останнього.

Для підключення зовнішніх пристроїв останнього часу стали застосовувати інтерфейс USB (Universal Serial Bus – універсальна магістраль послідовного типу). Передбачене підключення до 127 зовнішніх пристроїв до одного USB-каналу.

Успіхи мікроелектроніки активно використовуються в засобах зовнішньої пам’яті. Впроваджуються твердотільні накопичувачі. Це – флеш-пам’ять (флеш-накопичувачі USB) – універсальний засіб збереження і переносу цифрової інформації. Її характеристики: велика ємність (десятки гігабайт), висока швидкодія, відсутність рухливих деталей, надійність збереження, неперевершена компактність, невибагливість до зовнішнього середовища, низьке енергоспоживання, зручність підключення і використання, низька ціна за Мбайт.

Жорсткі диски HDD (Hybrid Hard Drive) відходять в минуле. На зміну їм ідуть диски нового покоління на основі флеш-пам’яті (SSD – Solid State Disk).

Вже з’явились гібридні диски HHD, які представляють собою сполуку флеш-пам’яті і традиційного диска. Енергоспоживання SSD на 70-90% нижче, ніж в HDD