инфопособие2011

• VGA — 640×480 — 0,3 Мпикс; стандарт для PocketPC, КПК под управлением Linux, а также стандартное разрешение многих фотокамер в мобильных телефонах и смартфонах

Мониторы бывают с электронно-лучевой трубкой и жидкокристаллические, которые применяются как в стационарных компьютерных системах, так и в переносных компьютерах – ноутбуках и других устройствах обработки информации (сотовые телефоны, интернетпланшетники, электронные книги), а еще современные мониторы являются не только средствами вывода, но и средствами вводаинформации. Такие мониторы называются сенсорными, они реагируют на механическое воздействие аналогично кнопкам клавиатуры и могут быть организованы на двух принципах

–ѐмкостном и резистивном.

Всовременных устройствах обработки информации, так называемых электронных книгах eBook’ах используется для отображения информации технология «электронных чернил» – e-Ink, которая формирует изображение в отражѐнном свете, как обычная бумага, и может хранить изображениетекстаиграфикив течение достаточно длительного времени, не потребляя при этомэлектрической энергиии затрачивая еѐ только на изменение изображения (рис. .4.10)

Рисунок 4.9 Пимер текстового режима работы монитора

Рисунок 4.10 Пример графического режима работы монитора. Здесь скриншот текстового примере режима работы монитора вставлен в текст документа приложения MicrosoftWORD

Для фиксации компьютерной информации в текстовом (символьном) виде, используют принтеры – печатающие устройства.

Рис. 4.11. Электронные книги с технологией e-Ink

Разработанные с помощью компьютера чертежи какого-либо изделия выводятся на бумагу с помощью графопостроителя – автоматической чертежной доски, управляемой компьютером. Чертежи на лист наносятся рапидографом – инструментом, напоминающим фломастер.

Все шире применяются такие устройства устройство вывода как синтезаторы речи, которые преобразуют числа, слова и фразы, образованные в памяти компьютера в электрические колебания, соответствующие голосу или звукам музыкальных инструментов.

Все основные узлы компьютера: микропроцессор, ОЗУ, контроллеры или адаптеры (электронные схемы, служащие промежуточным звеном между ОЗУ и внешними устройствами, соединены с микропроцессором и ОЗУ через шину), блок питания, накопители или дисководы для гибких магнитных дисков (ВЗУ), накопитель на жестком магнитном диске (винчестер) объединяются в ПЭВМ в системный блок .

Контрольные вопросы и задания:

1.Из каких основных частей состоит машина фон-неймановского типа и каково их назначение?

2.В каких режимах может работать монитор?

3.Что такое разрешающая способность монитора?

4.Что такое пиксель?

5.Какие устройства ввода-вывода информации вы знаете?

6.Какие функции кроме отображения информации могут быть заложены в современном мониторе?

7.Какие функции может выполнять офисное многофункциональное устройство (МФУ)?

8.Зачем оперативная память принтеру?

9.Какие устройства могут общаться с человеком используя звуковую

речь?

10.Чем сенсорный монитор отличается от резестивного?

11.Подготовьте сообщения на тему:

«Современные устройства ввода/вывода»;

«Что такое виртуальная реальность и общение в интерактивном режиме?»

«Архитектура современных процессоров»

Глава 5ПРОЦЕССОРЫ

5.1 Основные определения

Процессор – важнейший элемент ЭВМ, производством процессоров занимается большое число фирм. Наиболее массовое распространение в настоящее время получили процессоры, произведенные фирмой Intel (США).

По конструктивному признаку все процессоры делятся на разрядно- модульные (собираемые из нескольких микросхем) и однокристальные (они изготавливаются в виде одной микросхемы, на одной подложке, на одном кристалле). Однокристальные процессоры в настоящее время получили наибольшее распространение.

По способу представления команд (иногда говорят – инструкций) все микропроцессоры можно разделить на две группы:

процессоры типа CISC (Complex Instruction Set Computing) с пол ным набором команд;

процессоры типа RISC (Reduced Instruction Set Computing) с

сокращенным набором команд. Эти процессоры нацелены на быстрое выполнение небольшого набора простых команд. При выполнении сложных команд RISC-процессоры работают медленнее, чем CISC-процессоры.

Заметим, что эти две архитектуры процессоров постоянно сближаются, отбирая лучшие свойства из каждой. Тем не менее более перспективной считается RISC-архитектура.

Под термином «архитектура» понимается конструкция процессора и иимеющаяся система команд процессора (набор инструкций).

5.2 История развития процессоров

Самым первым процессором, выпущенным фирмой Intel в 1971 г.был четырехразрядный процессор Intel 4004/

В 1974 г. был разработан восьмиразрядный процессор Intel 8080 отечественный аналог КР580ВМ80А), а в 1978 г – процессор Intel 8086, который был совместим с микропроцессором Intel 8080 (рис. 5.1). Система команд процессора насчитывала 134 команды. На базе микропроцессора 8086 и его модификации 8088 выпускались компьютеры IBM PC и IBM PC/XT.

Микропроцессор (МП) изготавливается по полупроводниковой технологии и размещается на одном кристалле, в одной микросхеме (иногда говорят – в одном чипе).

В 1980 г. был анонсирован сопроцессор с плавающей точкой 8087, который расширил состав команд процессора 8086 почти на 60 новых команд.

а)

Рис.5.1. Первые процессоры: а) – Intel 4004; б) – Intel8008; в) – КР580ВМ80А

Сопроцессор— это специальная микросхема (помощник), которая берет на себя часть важных функций процессора, чаще всего выполнение арифметических операций с плавающей точкой (рис. 6.2). Сопроцессор реализует арифметические операции аппаратным способом, что осуществляется намного быстрее по сравнению с программным способом вычислений, которым реализуются операции процессором без использования сопроцессора. По этой причине его иногда называют математическим сопроцессором.

Разработанный в 1982 г. микропроцессор Intel 80286 еще больше усовершенствовал конструкцию МП 8086. Была реализована защита памяти, расширено адресное пространство, а также добавлено несколько команд.

Процессор Intel 80286 может выполнять программы, разработанные для процессора Intel 8086. Способность процессора последующей модификации выполнять программы, разработанные для процессоров предыдущей конструкции, называется совместимостью процессоров снизу вверх. Другими словами, программы, разработанные для предыдущих конструкций процессоров, работают без исправлений и дополнений на процессорах новых конструкций.

Рис. 5.2. Сопроцессор DRC фирмы AMD

Начиная с МП 80286, процессоры фирмы Intel поддерживают режим выполнения нескольких задач (так называемый многозадачный режим). При работе в многозадачном режиме процессор поочередно переключается от одной задачи к другой, но в каждый текущий момент времени обслуживается лишь одна программа.

Для процессора 80286 выпускался сопроцессор 80287. На базе этих микросхем, начиная с 1984 г., компания IBM производила персональные компьютеры IBM PC/AT.

В 1987 г. появился микропроцессор 80386. Начиная с этого процессора, во всех процессорах используется конвейерное выполнение команд – одновременное выполнение в разных частях МП нескольких последовательно

записанных в ОЗУ команд. Конвейерное выполнение команд увеличивает быстродействие ЭВМ в 2– 3 раза.

МП 80386 может функционировать в двух основных режимах:

режимереальной адресации, который характеризуется тем, что МП работает как очень быстрый процессор 8086 с 32-разрядными шинами;

режимезащищенной виртуальной адресации, который характеризуется параллельным выполнением нескольких задач, как бы несколькими процессорами 8086, по одному на каждую задачу.

Процессор 80486 разработан в 1989 г. и содержит более миллиона транзисторов.

Процессоры i486SX и i486DX — это 32-разрядные процессоры, у которых внутренняя кэш-память первого уровня имеет емкость 8 Кбайтов. Основное отличие между ними заключается в том, что в процессоре i486DX впервые сопроцессор размещен на общей подложке (на одном кристалле) с процессором. В МП i486SX отсутствует встроенный сопроцессор для выполнения операций с плавающей точкой. Поэтому он имеет меньшую цену и применяется в ЭВМ, для которых не очень важна производительность приобработке вещественных чисел. По желанию пользователя такие ЭВМ могут быть укомплектованы дополнительным сопроцессором i487SX, который изготовляется в виде отдельной микросхемы.

Впроцессоре i486DX2 применяется технология удвоения внутренней тактовой частоты. Это позволяет увеличить производительность процессора почти на 70%. Процессор J486DX4/100 использует технологию утроения тактовой частоты. Он работает с внутренней тактовой частотой 99 МГц, в то время как внешняя тактовая частота составляет 33 МГц (частота, на которой работает системная шина).

Впроцессоре Pentium(появился в 1993 г.) стали использоваться элементы структуры RISC-процессоров. Он изготовлен по 0,8-микронной технологии и содержит 3,1 миллиона транзисторов. Процессор Pentiumиногда обозначают Р5

или 80586.

Термин «0,8-микронная технология» означает, что каждый транзистор размещается на кристалле внутри квадрата с указанным размером стороны.

Первоначальная реализация процессора Pentium была рассчитана на работу с тактовыми частотами 60 и 66 МГц. Впоследствии были разработаны процессоры Pentium, работающие с тактовыми частотами 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166,200 МГц.

Прогресс в области разработки и производства процессоров идет непрерывно.

1 ноября 1995 г. появился первый процессор PentiumPro (80686, Р6) с тактовой частотой 150 МГц.

8 января 1997 г. появился процессор Pentium MMX с тактовой частотой

166 МГц.

Технология MMX (MultiMediaExtension) предполагает включение в состав команд процессора Pentium набора из 57 новых команд. Новые команды предназначены в первую очередь для реализации алгоритмов обработки видео- и аудиоданных: фильтрации, преобразований Фурье, свертки и пр.

Технология Intel MMX позволяет обрабатывать несколько пакетов данных одинаковым образом, т. е. использует технологию SIMD.

Число транзисторов в процессоре Pentium MMX составляет 4,5 млн. штук, а кэш-память первого уровня имеет объем 32 Кбайтов. Как показали испытания, ММХ-процессор увеличивает производительность по сравнению с обычным процессором Pentium на величину до 34%.

В 1995 – 1997 г.г. корпорация Intelвыпустила еще несколько моделей: Pentium MMX 266 МГц и PentiumPro 200 МГц.

7 мая 1997 г. появился процессор Pentium II с тактовой частотой 233 МГц.

15 апреля 1998 г. фирма Intel представила модели Pentium II с тактовыми частотами 350 и 400 МГц.

Процессор Pentium II изготавливается по так называемой 0,25-микронной технологии. При этом каждый транзистор умещается в квадрате со сторонами в четверть микрометра. На срезе человеческого волоса можно уместить 30 000 таких транзисторов. В будущем предстоит переход на технологии 0,18 и 0,13 микрометра.

С целью завоевания рынка фирма Intel выпустила недорогой процессор Celeron, в котором первоначально отсутствовала кэш-память второго уровня.

24 августа 1998 г. фирма Intelпредставила еще два процессора семейства Celeron— ЗООА и 333. Новые процессоры выполнены по 0,25 мкм технологии и содержат кэш-память второго уровня размером 128 Кбайтов.

2 августа 1999 г. вышел Pentium III, работающий на частоте 600 МГц. По сравнению с Pentium II в нем для увеличения быстродействия еще больше усилено распараллеливание процессов.

Первый Core 2 Duos буквально «взорвал» рынок со своими 167 млн транзисторов, 65-нанометровой технологией, 2 МБ вторичной кэш-памятью и 1,066 МГц частотой шины. Несмотря невысокие частоты 1.86 МГц и 2.13 МГц (Е6300 и Е6400 соответственно), производительность, а также агрессивная ценовая политика сделали Core 2 популярным.

Позднее Core 2 был переведен на 45-нм технологию изготовления. Так появилась версия Penryn, в которой 820 млн транзисторов было упаковано в четырехядерный процессор, работающий с частотой, достигающей 3.2 ГГц.

Многоядерность влияет и на одновременную работу стандартных приложений. Так, например, одно ядро процессора может отвечать за программу, работающую в фоновом режиме, в то время как антивирусная программа занимает ресурсы второго ядра.

И все же управление параллельными задачами тоже требует времени и задействует ресурсы ПК, кроме того, подчас для решения одной из них приходится ждать результата выполнения другой. Поэтому на практике двухъядерные процессоры не производят вычисления в два раза быстрее одноядерных, хотя прирост быстродействия и оказывается значительным, но при этом он зависит от типа приложения. У игр, которые пока еще совсем не используют новую технологию, быстродействие увеличивается всего на 5% при одинаковой тактовой частоте. А оптимизированные под многоядерные процессоры программы для обработки музыки и видео работают быстрее уже на

50%.

Наличие нескольких ядер позволяет распределять фоновые задачи операционной системы по нескольким ядрам процессоров, все процессы, требующие интенсивных вычислений, протекают быстрее:

обработка видео: сжатие и обработка видеофайлов происходят заметно быстрее. Увеличение скорости особенно заметно, если используемое приложение для работы с фильмами предназначено для ПК с многоядерным процессором;

воспроизведение видео: качественное воспроизведение фильмов с высоким разрешением, например с дисков Blu-ray или HD-DVD возможно лишь

смногоядерными процессорами. Ведь при декомпрессии такого видео, содержащего большие объемы данных, процессор должен производить огромное количество вычислений;

игры: преимущество по скорости у игр пока невелико, они получают пользу лишь от большого размера кэша процессора, установленного на ПК. Пройдет еще некоторое время, пока появятся игры, которые на многоядерных процессорах будут работать заметно быстрее;