Функциональные возможности эвм обусловливают важнейшие технико-эксплуатационные характеристики:

-быстродействие, измеряемое усредненным количеством операций, выполняемых машиной за единицу времени;  -разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует ЭВМ;  -номенклатура, емкость и быстродействие всех запоминающих устройств;  -номенклатура и технико-экономические характеристики внешних устройств хранения, обмена и ---ввода-вывода информации;  -типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов ЭВМ между собой (внутримашинного интерфейса);  -способность ЭВМ одновременно работать с несколькими пользователями и выполнять одновременно несколько программ (многопрограммность);  -типы и технико-эксплутационные характеристики операционных систем, используемых в машине;  -наличие и функциональные возможности программного обеспечения;  -способность выполнять программы, написанные для других типов ЭВМ (программная ----совместимость с другими типами ЭВМ);  -система и структура машинных команд;  -возможность подключения к каналам связи и к вычислительной сети;  -эксплуатационная надежность ЭВМ;  -коэффициент полезного использования ЭВМ во времени, определяемый соотношением времени полезной работы и времени профилактики. 

32) Внутреннее устройство ПК (Корпуса, органы управления, системные платы,  BIOS персональный компьютер (ПК) представляет собой универсальную микропроцессорную систему.  Основной микросхемой компьютера, в которой происходят все вычисления, является процессор. Конструктивно процессор состоит из ячеек, в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называются регистрами. Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах. Во время выполнения программы процессор постоянно обращается к оперативной памяти. Для передачи информации процессор и оперативная память соединяются между собой пучком (жгутом) проводов. Контроль над правильностью передачи информации по проводам обеспечивают специальные электронные схемы. Комплекс, состоящий из пучка проводов и электронных схем, обеспечивающих правильную передачу информации внутри компьютера, называют магистралью, системной шиной или просто шиной. Иногда, когда хотят подчеркнуть, что речь идет об отдельной части магистрали, по которой передаются адреса байтов оперативной памяти, говорят «адресная шина». А когда говорят о части шины , отвечающей за передачу содержимого этих байтов, применяют название «шина данных». Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды, за это отвечает «шина команд». Шина связывает между собой не только процессор и оперативную память, фактически, все устройства компьютера – диски, клавиатура, дисплей и т.д. – так или иначе принимают и передают данные через шину. Для этого  в шине предусмотрены стандартные разъемы, к которым подключаются те или иные устройства компьютера. Стандартный разъем шины иногда называют портом. /1/ Наиболее важные элементы компьютера: центральный процессор, модули памяти и множество микросхем, без которых он не мог работать, - размещаются на материнской плате. Это основная плата компьютера, обычно самая большая по размеру. Одновременно материнская плата служит еще и механической основой всей электронной схемы компьютера и несет на себе еще одну важную нагрузку – разъемы для установки дополнительных плат расширения. Ранее, основным параметром, определяющим свойства компьютера, была производительность его процессора. Сегодня для большинства бытовых систем это уже не так. Можно сказать, что ныне основным параметром является марка чипсета материнской платы. Чипсет – это микропроцессорный комплект. Чипсеты состоят из двух микросхем, одна из которых называется южным мостом, а другая, соответственно, северным. От чипсета материнской платы прежде всего завися частоты, на которых она может работать. От него зависит и возможный объем оперативной памяти, и количество дополнительных устройств, которые можно подключить к материнской плате.  BIOS (Basic Input Output System – базовая система ввода-вывода) – это одна из важнейших микросхем материнской платы.  В ней записаны первичные программы, с которых начинается работа компьютера. Как только на процессор поступает питание, он обращается в эту микросхему на своей самой первичной программой и далее уже не прекращает свою работу, пока питание не будет выключено.  Программы BIOS производят проверку основных систем компьютера сразу после включения, обеспечивают взаимодействие с клавиатурой и монитором, выполняют проверку дисководов и позволяют выполнить некоторые настройки чипсета материнской платы и даже самого процессора. Микросхему BIOS легко найти. За исключением процессора это единственная микросхем, которая не впаяна в компьютер, а установлена на специальной колодке. Шины материнской платы. С прочими устройствами процессор компьютера связан группами проводников, которые называются шинами. По функциям различают три основные шины: шину команд, шину данных и адресную шину. Адресная шина служит для выбора как команд, так и данных на оперативной памяти. можно считать, что она является управляющей для двух прочих шин. Главная шина, FSB. Все шины, связывающие процессор с оперативной памятью, можно рассматривать как одну главную шину. Она называетсяшиной FSB (Front Side Bus).  Шина ISA (Industry Standard Architecture). Это такой стандарт, который позволил «врезать» в главную шину разъемы для подключения дополнительных устройств и работать с ними, как с внутренними.  Локальная шина. Шина ISA отработала свое на компьютерах второго и третьего поколения, а на компьютерах четвертого поколения стала сдерживающим фактором. Процессору требовались все более высокие частоты для обращения с памятью, и их соединяли специальной шиной, получившей название локальной. Шина VLB. К концу 80-х гг. резко возросли требования к компьютерной графике. Решение искали недолго. Вновь врезали в шину, связывающую процессор с памятью, специальный разъем, к которому можно было подключить видеокарту. Так в компьютерах четвертого поколения появилась новая шина – VLB (VESA Local Bus). Шина PSI. Видеокарта – далеко не единственное устройство, требующее высокой скорости обмена данными: есть еще дисководы, сканеры, звуковая карта и многие другие. Шина PSI (Peripheral Component Interconnect) стала новой локальной шиной в компьютерах нового поколения. Важным достоинством этой шины стала возможность создания самоустанавливающихся устройств (plug-and-play). Суть этого принципа состоит в том, что после физического подключения дочерней платы к материнской плате происходит автоматическое определение подключенного устройства и выделение ему таких ресурсов, чтобы оно не конфликтовало с другими, ранее установленными устройствами. Интерфейс AGP. В конце 90-х гг. шина PCI стала сдерживать развитие компьютерной графики. Так появился новый интерфейс – AGP (AcceleratedGraphics Port). СтандартAGP предусматривает несколько режимов производительности. Какой именно из этих режимов можно использовать, зависит от чипсета материнской платы и конкретной видеокарты. Связь между шиной и основной материнской платы  обеспечивает северный мост чипсета. Существуют также материнские платы, у которых в северный мост интегрирован целый видеопроцессор, обеспечивающий все функции видеокарты.  Интерфейс USB. Большинство современных материнских плат имеют так называемую универсальную последовательную шину USB (Universal SerialBus), разъем которого выводится на заднюю стенку системного блока. У современных компьютеров для удобства подключения разъемы USBнередко выводят на переднюю панель. С помощью шины USB сегодня подключают клавиатуры, мыши, модемы, сканеры, принтеры. Работа с устройствами USB – это тоже одна из функций чипсета материнской платы. Ее выполняет южный мост.

33) Основные характеристики современных процессоров

Главная составляющая часть компьютера – процессор или ЦПУ (центральное процессорное устройство). Сбор, анализ, систематизацию данных и вычисления выполняет этот своеобразный мозг машины. Поэтому верный выбор процессора является основой продуктивной работы в будущем. Существуют разные типы процессоров, отличающиеся качеством и набором функций.

Рекомендуем:

• Процессор Intel Core i7 i7-3770 3.4 ГГц

Скорость работы процессора характеризуется тактовой частотой. Измеряется она в герцах (Гц). Нужно отметить, что частота прямо пропорциональна производительности компьютера, чем она выше, тем быстрее работает устройство. На сегодня частота хорошего процессора более 3 Гц. Второй основной характеристикой является количество ядер ЦПУ. Обработка файлов мультимедийного содержания, составление документов, несложные трёхмерные игры возможны на ЦПУ с двумя ядрами. Однако высокотехнологичные 3D программы, профессиональная коррекция видео, новые игры требуют процессора с шестью ядрами. Взаимодействие процессора с оперативной памятью идёт с помощью шины (FBS). Для нормальной скорости передачи информации  требуется шина с частотой 1333 МГц. Объём кратковременной памяти, или системный кэш - склад временно неиспользуемых данных. Его большой размер позволит увеличить работоспособность компьютера в несколько раз. Разъём, или гнездо, куда вставляется процессор, называется сокет. Socket материнской платы и процессора должны подходить друг другу, иначе устройство не будет работать. Комплектация ЦПУ бывает двух видов: BOX, TRAY. В комплект BOX входит вентилятор, охлаждающий системный блок, документация. TRAY – облегчённый вариант без вентилятора, документов, в специальном пластиковом лотке. Он предназначен  не для розницы, а для поставок производителям компьютеров. Система команд микропроцессоров

Низким уровнем, который позволяет описывать работу цифровых устройств - это уровни логических состояний их входов и выходов - таблицы состояний.

Следующим уровнем является способ описания - это язык значений входных и выходных сигналов, составляющих язык микрокоманд. Совокупность адресов и управляющих сигналов называются микрокоманды.

Третий уровень формализации описания работы микропроцессора - это язык команд - есть строгая последовательность микрокоманд, записывается в памяти микропроцессоров. То есть, команда, это слово или набор слов, дешифруются в последовательность микрокоманд. Отсюда следует, что любой процессор имеет строго фиксированный и ограниченный набор команд, который является характерным для данного процессора. Любая микрокоманда характеризуется своим форматом. Под форматом микрокоманды понимается ее протяженность и назначение каждого бита или их группы. Команды, также имеют свой фиксированный формат. (Протяженность микрокоманды - это стандартная для данного процессора количество бит в слове). В зависимости от протяженности команды, она может состоять из одного, двух, трех слов.

Формат памяти микропоцесорнои системы также тесно связан с длиной слова. Поэтому при сохранении таких команд соответственно используется адресное пространство и память. Если, например, команда состоит из трех слов, а используется с последовательной адресацией, то для хранения такой команды используются три последовательные адреса. Для того, чтобы такую ​​команду выбрать из памяти, необходимо иметь специальные средства, чтобы обеспечить ее представление как единое целое.

Структура команд полностью зависит от структуры микропроцессора, но независимо от типа процессора принято считать, что однословные команды полностью складаютья из кода операции. Двосливни команды состоят из кода операции и однословные операнда. Трисливни команды также состоят из двух частей: первая часть - код операции, а вторая - адрес, или двосливний операнд.

Типы команд, используемых тесно связаны с внутренней организацией и алгоритмом функционирования микропрограммного автомата процессора, и внутренней системой синхронизации. Микропроцессорная система функционирует синхронно с частотой тактовых сигналов внешнего генератора. В зависимости от типа микропроцессоров используется одно-или Двухфазная синхронизация. Независимо от этого в микропроцессорных системах используются длительные интервалы времени, чем тактовый интервал внешнего генератора. Одним из таких интервалов является машинный цикл - интервал, в течение которого микропроцессор обращается к памяти или устройства ввода-вывода. Машинный цикл (МЦ) составляет только часть цикла команды. В начале каждого МЦ на одном из выходов микропроцессора зьвляеться сигнал синхронизации, он передается по линии шины управления в память или устройства ввода-вывода и "извещает" о начале нового МЦ, в результате чего достигается согласование во времени внешних устройств с работой микропроцессора.

Цикл команды - это интервал времени, необходимый для выборки из памеяти команды, и его исполнение. Он состоит из 1-5 машинных циклов. Их конкретное число зависит от сложности выполняемой операции в данной команде и равно числу обращений микропроцессора к памяти. Продолжительность выполнения команды определяется количеством тактов в цикле команды и длительности такта.

Течение цикла команды делится на две фазы, работа микропроцессора выполняется в следующей последовательности. Устройство управления задает начало очередного цикла путем формирования сигнала, по которому число, находящееся в счетчике команд, отправляется в буферный регистр адреса и через него направляется для дешифрации. После прихода от микропроцессора сигнала управления "готов" с элемента памяти, находящийся по указанному адресу, считывается слово команды, которое подается по шине данных в буферный регистр данных, а затем в устройство управления, где дешифруется с помощью кода операции. Эта последовательность операций называется фазой выборки. За ней следует исполнительная фаза, в которой устройство управления формирует последовательность сигналов, необходимых для выполнения команды. За это время число, находящееся в счетчике команд, увеличивается на 1 (если длина команды есть 1) и формируется адрес команды, стоит вслед за выполняемый. Она хранится в счетчике до прихода сигнала задает начало очередного цикла команды.

Кроме адреса элемента в котором сохраняется необходимый байт от микропроцессора к ремонт, товары поступает сигнал по шине управления, который определяет характер операции - запись, или считывания. Выполнение указанных операций проходит в течение интервала времени, называется временем доступа. По истечении этого интервала от памяти в микропроцессор подается сигнал готовности, который является сигналом начала приема, или, соответственно, передачи сигналов в память. До получения сигнала готовности микропроцессор находится в состоянии ожидания. Интервал времени между импульсами обращения к внешним устройствам и получения от них ответа называется циклом ожидания.

Если, например, цикл команды рассматривать в соответствии с команды ввода данных, то первые два машинных цикла будут относиться к фазе выборки, а третий - к фазе выполнения команды. Во всех машинных циклах передается адрес, но в каждом цикле адрес принадлежит своему адресату, в первом - это адрес элемента, где здеригаеться код операции, во втором - адрес порта, что здеригае байт данных, в третьем - адрес аккумулятора микропроцессора, куда должен поступить байт данных с порта.

Прерывание - аппаратный сигнал, который сообщает процессору, что необходимо временно отложить выполнение текущей задачи и переключиться на выполнение другой. Если бы не было прерываний, процессору приходилось бы очень часто проверять внешние события; благодаря прерываниям,  процессор может свободно работать, а также отвечать на события, как только они поступают.

Процессор также имеет инструкцию для запрета прерываний. Она используется, когда нужно  выполнить программный код, который нельзя прерывать внешними событиями. По этой причине,  процессоры имеют особое прерывание называемое немаскируемое прерывание (NMI), которое может  вызываться даже при запрете прерываний. Прерывание NMI - используется для сообщения процессору  о том, что произошла серьёзная ошибка (нехватка памяти или потеря мощности).

34. Понятие архитектуры, организации и реализация Архитектура- это множество ресурсов ЭВМ, доступных пользователю на логическом уровне, без детализации состава и характеристики процессоров, устройств памяти, внешних устройств и программного обеспечения. Организация- это способы установления связи и взаимодействий процессора, памяти и внешних устройств, используемые для реализации возможностей, заложенных в архитектуре. Организация: представление и формат данных; виды организации памяти; состав и формат машинных команд; состав и система прерываний; обмен данными. Реализация- техническое исполнение конкретных устройств, линий или шин связи и протоколов взаимодействия между ними. Обычно на уровнях организации и реализации происходит перераспределение функций между аппаратными и программными средствами. Это порождает семейство машин одной архитектуры, но разной производительности.

Основные понятия архитектуры и организации ЭВМ.

Состав ЭВМ

ЭВМ- это совокупность аппаратных и программных средств, предназначенных для обработки информации. ЭВМ- универсальный набор фиксированных аппаратных и программных средств, содержащих один основной процессор и, возможно, несколько сопроцессоров. Вычислительные системы относятся к системам, содержащим несколько процессоров (мультипроцессорность), и являются проблемно-ориентированными.

Операционные системы- являются основными средствами выполнения программ. Инструментальные ПС включают все средства, необходимые для разработки программ: редакторы, компиляторы и др. Утилиты- сервисные средства, облегчающие взаимодействия пользователя и ЭВМ: архиваторы, и др. ПОПС: программные средства, предназначенные для определенной области применения: MatCAD, AutoCAD и др. СППО: программные средства, которые позволяют реализовать технологию разработки программных средств: DCOM, CORBA и др.

Обычно разделяют следующие классы ЭВМ.

Микро ЭВМ - ЭВМ со встроенными микропроцессорами (Embedded Computers, ПК и др. )

Рабочие станции (Sun Work Station)

Машины среднего класса - вычислительные системы из нескольких процессоров (HP9000, Series800, SGI- это машины, которые могут управлять несколькими машинами)

Большие машины - на уровне крупных компьютеров (Cray, CDC6600)

Супер ЭВМ - системы с параллельной архитектурой матричного типа (Iliac IV, VP-2000, Эльбрус) Первое направление является традиционным - применение ЭВМ для автоматизации вычислений. Научно-техническая революция во всех областях науки и техники постоянно выдвигает новые научные, инженерные, экономические задачи, которые требуют проведения крупномасштабных вычислений (задачи проектирования новых образцов техники, моделирования сложных процессов, атомная и космическая техника и др.). Отличительной особенностью этого направления является наличие хорошей математической основы, заложенной развитием математических наук и их приложений. Первые, а затем и последующие вычислительные машины классической структуры в первую очередь и создавались для автоматизации вычислений.  Вторая сфера применения ЭВМ связана с использованием их в системах управления. Она родилась примерно в 60-е годы, когда ЭВМ стали интенсивно внедряться в контуры управления автоматических и автоматизированных систем. Математическая база этой новой сферы практически отсутствовала, в течение последующих 15-20 лет она была создана.  Новое применение вычислительных машин потребовало видоизменения их структуры. ЭВМ, используемые в управлении, должны были не только обеспечивать вычисления, но и автоматизировать сбор данных и распределение результатов обработки.

Общие принципы функциональной и структурной организации ЭВМ  Электронные вычислительные машины включают, кроме аппаратурной части и программного обеспечения (ПО), большое количество функциональных средств. К ним относятся коды, с помощью которых обрабатываемая информация представляется в цифровом виде: арифметические коды - для выполнения арифметических преобразований числовой информации; помехозащищенные коды, используемые для защиты информации от искажений;  коды формы, определяющие, как должна выглядеть обрабатываемая в ЭВМ информация при отображении; цифровые коды аналоговых величин (звука, “живого видео”) и др. Кроме кодов на функционирование ЭВМ оказывают влияние алгоритмы их формирования и обработки, технология выполнения различных процедур (например, начальной загрузки операционной системы, принятой в системе технологии обработки заданий пользователей и др.); способы использования различных устройств и организация их работы (например, организация системы прерываний или организация прямого доступа к памяти), устранение негативных явлений (например, таких, как фрагментация памяти) и др.

Многоуровневая организация памяти  Огранизация ЭВМ и Систем  Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) обладают практически неограниченным объемом памяти и наименьшим быстродействием.  ОЗУ не сохраняет информацию при отключении питания. Существуют ПЗУ, которые сохраняют информацию при отключении питания. ПЗУ работают только в режиме чтения, а ОЗУ в режиме чтения и записи. Существуют перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ), которые сохраняют информацию при отключении питания и допускают запись информации.  Характеристики устройств памяти  Важнейшими характеристиками отдельных устройств памяти являются емкость памяти, удельная емкость, время доступа.Емкость памяти определяется максимальным количеством данных, которые могут в ней храниться. Емкость измеряется в двоичных единицах (битах), машинных словах, но большей частью в байтах.  Время доступа к памяти – время, которое занимает установка адреса на адресной шине и считывание данных с шины данных.  Таким образом, время доступа к памяти при считывании определяется по формуле  tобр_с = tдост_с + tсчит + tрег, где  tдост_с - промежуток времени между моментом начала операции считывания и моментом, когда становится возможным доступ к данной единице информации;  tсчит - продолжительность самого физического процесса считывания;  tрег - время, затрачиваемое на регенерацию информации (равно нулю для ЗУ, которым регенерация не требуется).  Время доступа при записи определяется по формуле  tобр_з = tдост_з + tподг + tзап, где  tдост_з - промежуток времени между моментом начала операции записи и моментом, когда становится возможным доступ к запоминающим элементам;  tподг - время подготовки, расходуемое на приведение в исходное состояние запоминающих элементов для записи заданной единицы информации;  tзап - время занесения информации.  В качестве продолжительности цикла обращения к памяти принимается величина  tобр = max(tобр_с, tобр_з).

Перспективы развития вычислительных средств

Появление новых поколений ЭВМ обусловлено расширением сферы их применения, требующей более производительной, дешевой и надежной вычислительной техники. В настоящее время стремление к реализации новых потребительских свойств ЭВМ стимулирует работы по созданию машин пятого и последующего поколений. Вычислительные средства пятого поколения, кроме более высокой производительности и надежности при более низкой стоимости (что обеспечено новейшими электронными технологиями) должны удовлетворять качественно новым функциональным требованиям:

- работать с базами знаний в различных предметных областях и организовывать на их основе системы искусственного интеллекта;

- обеспечивать простоту применения ЭВМ путем реализации эффективных систем ввода-вывода информации голосом, диалоговой обработки информации с использованием естественных языков, устройств распознавания речи и изображения;

- упрощать процесс создания программных средств путем автоматизации синтеза программ.