Министерство образования и науки Российской Федерации
Гоувпо «Воронежский государственный технический университет»
Естественно-гуманитарный факультет
Кафедра системного анализа и управления в медицинских системах
Курсовая работа
по дисциплине: «информатика»
Тема: «Изучение аппаратного и программного обеспечения персонального компьютера. Основы программирования на языке С++.»
Разраб. cтудент ИС-101 _____________________ Булатов. А.С.____
Группа подпись, дата инициалы, фамилия
Руководитель к.т.н., доцент Р.Л. Баранов
подпись, дата инициалы, фамилия
Члены комиссии ____________________________________
подпись, дата инициалы, фамилия
Нормоконтролер ____________________________________
подпись, дата инициалы, фамилия
Защищен _____________________Оценка ______________________________
Дата
2010
ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет»
Естественно-гуманитарный факультет
Кафедра системного анализа и управления в медицинских системах
ЗАДАНИЕ
на курсовую работу
по дисциплине: «информатика»
Тема: «Изучение аппаратного и программного обеспечения персонального компьютера. Основы программирования на языке С++.»
Студент группы ИС-101. _____________________ Булатов Андрей _______________________________
Фамилия, имя, отчество
Перечень вопросов, подлежащих разработке____________________________
1. Классификация компьютеров;___________________
2. Программная конфигурация ПК. Функциональное назначение базового, системного, служебного и прикладного обеспечения;
3. Области видимости переменных и функция в языке С.
Объем работы (графические работы, расчеты, прочее)____________________
Сроки выполнения этапов
Срок защиты курсовой работы
Руководитель к.т.н., доцент Р.Л. Баранов
Подпись, дата инициалы, фамилия
Задание принял студент Булатов А.С.
Подпись, дата инициалы, фамилия
Содержание:
Введение.
1. Классификация компьютеров.
1.1. Поколения компьютеров. Технические характеристики и особенности классов.
1.2. Классификация компьютеров по архитектуре. Архитектура ЭВМ.
1.3. Классификация компьютеров по функциональным возможностям.
1.4. Большие ЭВМ (Main Frame).
1.5. МиниЭВМ.
1.6. МикроЭВМ.
1.7. Серверы.
1.8. Рабочие станции.
2. Программная конфигурация ПК. Функциональное назначение базового, системного, служебного и прикладного программного обеспечения.
2.1. Программное обеспечение.
2.2. Базовый уровень.
2.3. Системный уровень.
2.4. Служебный уровень
2.5. Классификация служебных программных средств
2.6. Прикладной уровень.
2.7. Классификация прикладного программного обеспечения.
3. Области видимости переменных и функций в языке С.
3.1. Область видимости.
3.2. Локальная область видимости.
3.3. Глобальные объекты и функции.
4. Практическое задание.
Заключение.
Список литературы.
Замечания руководителя
Введение
Так как человек не обходится одной сферой деятельности, он создает различные орудия для данной деятельности. Компьютеры этому не исключения. Каждый компьютер имеет свое назначение. Каждая отрасль производства стремится к тому, чтобы максимально улучшить коэффициент полезного действия, увеличить производительность, а так же сделать данный процесс наиболее дешевым. В этом то и состоит главная задача вычислительных машин — упрощать и ускорять работу!
Четких границ между классами компьютеров не существует. По мере совершенствования структур и технологии производства, появляются новые классы компьютеров, границы существующих классов существенно изменяются.
1 Классификация компьютеров.
1.1 Поколения компьютеров. Технические характеристики и особенности классов
Деление компьютерной техники на поколения — весьма условная, нестрогая классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.
Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.
Таблица 1.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1.2 Классификация компьютеров по архитектуре. Архитектура ЭВМ
Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно – математическое обеспечение. Структура ЭВМ – совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.
Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ.
Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, представленную на рисунке.
Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода):
1) Арифметико-логическое устройство – выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти.
2) Управляющее устройство – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы указаны пунктирными стрелками).
3) Данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме.
4) Программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве.
5) Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода.
6) Один из важнейших принципов – принцип хранимой программы требует, чтобы программа закладывалась в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация.
Арифметико-логическое устройство и устройство управления в современных компьютерах образуют процессор ЭВМ. Процессор, который состоит из одной или нескольких больших интегральных схем называется микропроцессором или микропроцессорным комплектом.
Процессор – функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Процессор является преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств.
Запоминающие устройства обеспечивают хранение исходных и промежуточных данных, результатов вычислений, а также программ. Они включают: оперативные (ОЗУ), сверхоперативные СОЗУ), постоянные (ПЗУ) и внешние (ВЗУ) запоминающие устройства.
Оперативные ЗУ хранят информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (резидентная часть операционной системы, прикладная программа, обрабатываемые данные). В СОЗУ хранится наиболее часто используемые процессором данные. Только та информация, которая хранится в СОЗУ и ОЗУ, непосредственно доступна процессору.
Внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках, например, жесткий диск или винчестер) с емкостью намного больше, чем ОЗУ, но с существенно более медленным доступом, используются для длительного хранения больших объемов информации. Например, операционная система (ОС) хранится на жестком диске, но при запуске компьютера резидентная часть ОС загружается в ОЗУ и находится там до завершения сеанса работы ПК.
ПЗУ (постоянные запоминающие устройства) и ППЗУ (перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства) предназначены для постоянного хранения информации, которая записывается туда при ее изготовлении, например, ППЗУ для BIOS.
В качестве устройства ввода информации служит, например, клавиатура. В качестве устройства вывода – дисплей, принтер и т.д.
В построенной по схеме фон Неймана ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в устройстве управления.
Общеизвестно что компьютеры имеют разную внутреннюю структуру, элементы и разные виды связей между ними.
Например по архитектуре можно классифицировать компьютеры следующим образом:
компьютеры с шинной архитектурой
компьютеры с канальной архитектурой
1.3 Классификация компьютеров по функциональным возможностям
Схема классификации компьютеров, исходящая из их производительности, размеров и функционального назначения, приведена на рис. 1. Следует отметить, что вопрос об отнесении конкретного компьютера к одной из категорий этой схемы может иметь неоднозначный ответ, привязанный к конкретной исторической обстановке или доминирующему поколению ЭВМ.
Место супер-ЭВМ в этой иерархии уже обсуждалось. Определить супер-ЭВМ можно лишь относительно: это самая мощная вычислительная система, существующая в соответствующий исторический период. В настоящее время наиболее известны мощные супер-ЭВМ Cray и IBM SP2 (США). Модель Сгау-3 , выпускаемая с начала 90-х годов на основе принципиально новых микроэлектронных технологий, является 16-процессорной машиной с быстродействием более 10 млрд. операций в секунду (по другим данным 16) над числами с “плавающей точкой” (т.е. длинными десятичными числами; такие операции гораздо более трудоемки, чем над целыми числами); в модели CS 6400 число процессоров доведено до 64. Супер-ЭВМ требуют особого температурного режима, зачастую водяного охлаждения (или даже охлаждения жидким азотом). Их производство по масштабам несопоставимо с производством компьютеров других классов (так, в 1995 г. корпорацией «Cray» было выпущено всего около 70 таких компьютеров).
Суперкомпьютеры — это очень мощные компьютеры с производительностью свыше 100 мегафлопов (1 мегафлоп — миллион операций с плавающей точкой в секунду). Они называются сверхбыстродействующими. Эти машины представляют собой многопроцессорные и (или) многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Различают суперкомпьютеры среднего класса, класса выше среднего и переднего края (high end).
Оксфордский толковый словарь по вычислительной технике, изданный почти 10 лет назад, в 1986 году, сообщает, что суперкомпьютер - это очень мощная ЭВМ с производительностью свыше 10 MFLOPS (миллионов операций с плавающей запятой в секунду). Сегодня этот результат перекрывают уже не только рабочие станции, но даже, по крайней мере, по пиковой производительности, и ПК. В начале 90-х годов границу проводили уже около отметки в 300 MFLOPS. В этом году, судя по появившимся в печати сообщениям, специалисты двух ведущих "суперкомпьютерных" стран, - США и Японии, - договорились о подъеме планки до 5 GFLOPS.
Однако такой подход к определению суперЭВМ не совсем корректен. Очевидно, что, современный двухпроцессорный компьютер Cray C90 любой здравомыслящий человек назовет суперЭВМ. А тем не менее, его пиковая производительность меньше 2 GFLOPS. С этим вопросом тесно связаны и ограничения (ранее - КОКОМ, теперь - Госдепартамента США) на поставку высокопроизводительных средств вычислительной техники другим странам. Компьютеры с производительностью свыше 10 000 млн. теоретических операций в сек. (MTOPS), согласно определению Госдепартамента США, считаются суперкомпьютерами.
Более корректно, на наш взгляд, перечислить основные признаки, характеризующие суперЭВМ, среди которых кроме высокой производительности следует отметить:
самый современный технологический уровень (например, GaAs-технология);
специфические архитектурные решения, направленные на повышение быстродействия (например, наличие операций над векторами);
цена, обычно свыше 1-2 млн. долл.
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.
Что такое конвееpная обработка? Приведем сравнение — на каждом рабочем месте конвейера выполняется один шаг производственного процесса, а на всех рабочих местах в одно и то же время обрабатываются различные изделия на всевозможных стадиях. По такому принципу устроено арифметико-логическое устройство суперкомпьютера.
Отличительной особенностью суперкомпьютеров являются векторные процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными цифровыми объектами — векторами и матрицами. В них встроены векторные регистры и параллельный конвейерный механизм обработки. Если на обычном процессоре программист выполняет операции над каждым компонентом вектора по очереди, то на векторном — выдаёт сразу векторные команды.
Векторная аппаратура очень дорога, в частности, потому, что требуется много сверхбыстродействующей памяти под векторные регистры.
Наиболее распространённые суперкомпьютеры — массово параллельные компьютерные системы. Они имеют десятки тысяч процессоров, взаимодействующих через сложную, иерархически организованую систему памяти.
В качестве примера рассмотрим характеристики многоцелевого массово-параллельного суперкомпьютера среднего класса Intel Pentium Pro 200. Этот компьютер содержит 9200 процессоров Pentium Pro на 200 Мгц, в сумме (теоретически) обеспечивающих производительность 1,34 Терафлоп (1 Терафлоп равен 1012 операций с плавающей точкой в секунду), имеет 537 Гбайт памяти и диски ёмкостью 2,25 Терабайт. Система весит 44 тонны (кондиционеры для неё — целых 300 тонн) и потребляет мощность 850 кВт.
Суперкомпьютеры используются для решения сложных и больших научных задач (метеорология, гидродинамика и т. п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т.д.