[Править] Принципы фон Неймана

В 1946 году трое учёных^[1] — Артур Бёркс (англ. Arthur Burks), Герман Голдстайн (англ. Herman Goldstein) и Джон фон Нейман — опубликовали статью «Предварительное рассмотрение логического конструирования электронного вычислительного устройства»^[2]. В статье обосновывалось использование двоичной системы для представления данных в ЭВМ (преимущественно для технической реализации, простота выполнения арифметических и логических операций — до этого машины хранили данные в десятичном виде^[3]), выдвигалась идея использования общей памяти для программы и данных. Имя фон Неймана было достаточно широко известно в науке того времени, что отодвинуло на второй план его соавторов, и данные идеи получили название «принципы фон Неймана».

1. Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов (двоичных цифр, битов) и разделяется на единицы, называемые словами.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

3. Принцип адресуемости памяти. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к хранящимся в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

4. Принцип последовательного программного управления. предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

5 Принцип жесткости архитектуры. Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фоннеймановских.

Процессор. Основные характеристики процессора

Микросхема, реализующая функции центрального процессора персонального компьютера, называется микропроцессором. Обязательными компонентами микропроцессора является арифметико – логическое устройство и блок управления.

Арифметико – логическое устройство отвечает за выполнение арифметических и логических операций, а устройство управления координирует работу всех компонентов и выполнение процессов, происходящих в компьютере.

Процессор компьютера предназначен для обработки информации. Каждый процессор имеет определенный набор базовых операций (команд), например, одной из таких операций является операция сложения двоичных чисел.

Технически процессор реализуется на большой интегральной схеме, структура которой постоянно усложняется, и количество функциональных элементов (типа диод или транзистор) на ней постоянно возрастает (от 30 тысяч в процессоре 8086 до 5 миллионов в процессоре Pentium II).

Тактовая частота задает ритм жизни компьютера. Чем выше тактовая частота, тем меньше длительность выполнения одной операции и тем выше производительность компьютера.

Под тактом мы понимаем промежуток времени, в течение которого может быть выполнена элементарная операция. Тактовую частоту можно измерить и определить ее значение. Единица измерения частоты - МГц – миллион тактов в секунду.

Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность , является разрядность. В общем случае производительность процессора тем выше, чем больше его разрядность. В настоящее время используются 18,16-, 32- и 64-разрядные процессоры, причем практически все современные программы рассчитаны на 32- и 64-разрядные процессоры.

Часто уточняют разрядность процессора и пишут, например, 16/20, что означает, что процессор имеет 16-разрядную шину данных и 20-разрядную шину адреса. Разрядность адресной шины определяет адресное пространство процессора, т.е. максимальный объем оперативной памяти, который может быть установлен в компьютере.

В первом отечественном персональном компьютере «Агат» (1985 г.) был установлен процессор, имевший разрядность 8/16, соответственно его адресное пространство составляло 64 Кб. Современный процессор Pentium II имеет разрядность 64/32, т.е. его адресное пространство составляет 4 Гб.

Производительность процессора является интегральной характеристикой , которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а так же особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.). Производительность процессора нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования, т.е. определения скорости выполнения процессором определенных операций в какой-либо программной среде.

Тип процессора	Частота (МГц)	Разрядность шины данных	Разрядность шины адреса	Адресное пространство
8086	4 - 12	16	20	1 Мб
80286	8 - 20	16	24	16 Мб
80386	25 - 40	32	32	4 Гб
80486	33 - 100	32	32	4 Гб
Pentium	75 - 200	64	32	4 Гб
Pentium II	200 - 300	64	32	4 Гб
Pentium III	500 - 1000	64	32	4 Гб
Pentium IV	1300-1500	64	32	4 Гб

 

Рассмотрим характеристики памяти компьютера. Поскольку память работает с процессором, она называется оперативной памятью процессора или RAM в англоязычном исполнении, от слов Random Access Memory или память с произвольным доступом.

В компьютере память бывает двух видов: – постоянная, к ней относятся микросхему BIOSа и «винчестер»; – оперативная память ram, данные в ней находятся до тех пор, пока компьютер включен. Когда компьютер выключается, то данные из оперативной памяти записываются в постоянную, на «винчестер».

Соответственно, когда компьютер включается, происходит загрузка необходимых данных процессору из «винчестера» в оперативную память RAM.

В этой статье мы рассмотрим характеристики оперативной памяти RAM.

Память имеет определённые характеристики, показывающие эффективность её работы. К ним относится объём оперативной памяти и её быстродействие. Существуют и другие параметры, но они являются производными от последних. Всем понятно, что чем выше эти характеристики, тем оперативная память быстрее, а следовательно, должен быть более производителен компьютер в целом.

С объёмом всё понятно, чем больше объём, тем больше программ может загрузить в себя оперативная память. В статье Процессор. Устройство и работа. указывалось, что процессор работает с оперативной памятью, а оперативная память загружает в начале работы и «подгружает» в работе необходимые блоки информации с «винчестера». Схематически это отражено на рисунке.

Поскольку винчестер обладает меньшим быстродействием, чем оперативная память, а оперативная память меньшим, чем сам процессор, то общая производительность будет зависеть от быстродействия самого медленного элемента системы, т.е. «винчестера». Поэтому, чем меньше оперативная память RAM обращается к «винчестеру», тем быстрее работает сам компьютер. Но поскольку данные необходимы, то выход один — наращивать объём оперативной памяти RAM.

Быстродействие оперативной памяти RAM более сложная характеристика и здесь мы выделим такие характеристики, как быстродействие, производительность. Производительность оперативной памяти RAM заключается в том, насколько быстро, за единицу времени память передаёт данные процессору, или наоборот, от процессора. То есть сколько мегабайт или гигобайт в секунду передаётся информации. Чем больше, тем оперативная память RAM производительней.

А быстродействие оперативной памяти RAM характеризуется насколько быстро оперативная память выставляет на шину данных данные, необходимые для процессора и длительностью процесса передачи. Соответственно, чем ниже эти цифры, тем память более быстрая. По аналогии с человеком это выглядит так. Вы даёте человеку книжку и даёте команду найти и читать необходимую вам информацию. Причём всё он должен сделать максимально быстро.

В этом случае время, которое он потратил на нахождение нужного вам куска информации и время за которое он вам передал эту информацию, причём в понятной вам форме, и будет аналогом быстродействия памяти.

А производительность, соответственно, сколько слов в секунду он произносит.

Обычно в магазинах в характеристиках оперативной памяти RAM указывается объём и производительность. Чем эти показатели выше, тем дороже память. Самые современные образцы имеют ёмкость до 2048 Мбайт или до 2 Гбайт и призводительность до нескольких Гбайт в секунду при работе на частоте до 2000 мегагерц. Это очень высокие показатели. Самая старая оперативная память, которая продаётся в магазинах работает на частоте 400 мегагерц и имеет объём максимум в 1 Гбайт. А не так уж давно это была самая быстрая оперативная память!

Поскольку существуют определённые характеристики оперативной памяти RAM, то эти характеристики зависят от некоторых показателей. К ним относятся организация циклов обмена с процессором и разрядность шины памяти.

Разрядность оперативной памяти RAM характеризуется количеством бит, с которыми операция чтения из памяти или запись может быть выполнена одновременно. Современные модули памяти имеют разрядность 8 байт или 64 бита.

В статье Процессор. Устройство и работа. был показан алгоритм действия процессора при обращении его к памяти за данными. Там каждая команда адресовалась программным счётчиком команд. Была фаза адреса, потом фаза данных из этого адреса. В более поздних, современных процессорах организован пакетный цикл обмена с памятью. Его смысл заключается в том, что фаза адреса начинается в начале цикла, а затем последовательно по смежным или из смежных ячеек оперативной памяти RAM идут 3 передачи, где адрес автоматически изменяется по определённым правилам в процессоре.

Интерфейс (англ. interface) — совокупность линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил (протокола) обмена. Современные серийно выпускаемые внутренние жёсткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же IDE и PATA), SATA, eSATA, SCSI, SAS, FireWire, SDIO и Fibre Channel.

жесткого диска.

Ёмкость (англ. capacity) — количество данных, которые могут храниться накопителем. С момента создания первых жёстких дисков в результате непрерывного совершенствования технологии записи данных их максимально возможная ёмкость непрерывно увеличивается. Ёмкость современных жёстких дисков (с форм-фактором 3,5 дюйма) на сентябрь 2011 г. достигает 4000 ГБ (4 Терабайт) и близится к 5 Тб^[5]. В отличие от принятой в информатике системы приставок, обозначающих кратную 1024 величину (см.: двоичные приставки), производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются величины, кратные 1000. Так, ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 ГБ», составляет 186,2 ГиБ.^[6][7]

Физический размер (форм-фактор) (англ. dimension). Почти все современные (2001—2008 года) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма — под размер стандартных креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках. Также получили распространение форматы 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в форм-факторах 8 и 5,25 дюймов.

Время произвольного доступа (англ. random access time) — среднее время, за которое винчестер выполняет операцию позиционирования головки чтения/записи на произвольный участок магнитного диска. Диапазон этого параметра — от 2,5 до 16 мс. Как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 — 3,7 мс^[8]), самым большим из актуальных — диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 — 12,5 мс^[9]). Для сравнения, у SSD накопителей этот параметр меньше 1 мс.

Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 5400, 5900, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции). Увеличению скорости вращения шпинделя в винчестерах для ноутбуков препятствует гироскопический эффект, влияние которого пренебрежимо мало в неподвижных компьютерах.

Надёжность (англ. reliability) — определяется как среднее время наработки на отказ (MTBF). Также подавляющее большинство современных дисков поддерживают технологию S.M.A.R.T.

Количество операций ввода-вывода в секунду(англ. IOPS) — у современных дисков это около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств.

Сопротивляемость ударам (англ. G-shock rating) — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

Скорость передачи данных (англ. Transfer Rate) при последовательном доступе:

• внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с;

• внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с.

Объём буфера — буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных дисках он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.

Сканеры

Сканирование — это процесс оцифровки изображений, иными словами, перевод его в компьютерный вид. Ранее данная область была уделом только профессионалов. Однако технический прогресс позволил сканировать изображения и рядовому пользователю.

Классификация сканеров:

1. Ручной вид сканеров. Небольшой размер и приемлемая цена устройства сначала привлекает покупателей, но вот принцип действия отталкивает, так как нужно равномерно провести устройством по сканируемому изображению. Дрожание руки или другие помехи – прощай высокое качество изображения. Сканер позволяет добиться высокого уровня качества: разрешение — до 600 dpi, разряд­ность — 24 бит. Недостаток: размер изображения для оцифровки всего 10 см.

2.  Планшетный вид сканеров. Любые размеры устройства, стандартные – формат листа А4. Принцип работы: изображение кладется на прозрачную поверхность, закрывается крышка, запускается сканер, изображение цифруется посредством бегающего под стеклянной поверхностью распознающего элемента. Можно также приобрести сканеры, способные распознавать изображения формата А2, А3, но это больше подходит для профессиональной индустрии.

3.  Протяжной вид сканеров. Принцип работы схож с работой сканера, так как изображение равномерно протягивается через сканер посредством специального механизма. Данный вид – нечто среднее между ручным и планшетным сканером. По сравнению с первым видом сканеров, протяжной вид позволяет получать более высокое качество изображение, также удобен в использовании, по сравнению с планшетными моделями – более компактные размеры. Недостаток: не может работать с толстыми оригиналами, как книги, толстые листы журналов и т.д.

Мы перечислили основную классификацию моделей. Однако существует масса других разновидностей, направленных на удовлетворение потребностей профессионалов.

Характеристики сканера

Сканер способен осуществлять два типа операций:

• Сканировать изображения;

• Сканировать текст для дальнейшего распознавания.

Распознавание текста – перевод изображений букв и цифр в цифровой вид для последующей обработки в текстовом редакторе.

Перед покупкой стоит определиться с основными характеристиками сканера и требований к нему.

Главный параметр – разрешающая способность, которая измеряется в точках на дюйм (dpi). Подразделяется на два вида:

• Программное разрешение.

• Оптическое (реальное) разрешение.

Оптическим разрешением является показатель первичного сканирования. Однако программные средства в большинстве случаев позволяют повысить качество изобра­жения, а также его разрешение. Оптическое разреше­ние сканера - 600x600 dpi – это качество среднего скане­ра для домашнего использования. Программное разрешение может указываться даже 4800x4800 dpi, но только показатель оптического разрешения указывает на качество получаемого изображения.

Типичное разрешение сканера состоит из 2х показателей: по гори­зонтали и по вертикали.

Выявим нужный для домашнего использования показатель разрешения:

1. Простая цветная печать на обычном принтере потребует от 300 dpi.

2. Фотопечать потребует от 600 до 1200 dpi. Все зависит от типа принтера.

3. Хранение изображений, их просмотр на ПК: от 85 ppi (pixel per inch) до 200 dpi.

4. Распознавание текста: от 300 до 600 dpi. Зависит от качества исходного документа.

Вывод. Для домашнего использования вполне подойдет сканер с разрешением 600 dpi. Данный показатель поддерживают большинство моделей сканеров различной ценовой политики.

Разрядность сканера – показатель, отражающий точность цветопередачи и богатство палитры измеряется в битах. Иными словами, отражает количество информации, необходимое для оцифровки точек картинки, а также количество цветов, распознаваемых сканером: 24 бита - 16,7 млн. цве­тов, 30 бит — 1 млрд.

Следующий показатель: тип матрицы. Бывает двух типов: CIS-матрицы, матрицы CCD.

Сначала расскажем принцип оцифровки картинки: луч света проходит по поверхности изображения. При закрытой крышке он частично отражает свет. Полученный отраженный све­товой поток анализируется, создается цифровой «слепок» картинки.

Тип матрицы отвечает за тип управления лучом.

CCD-матрица: луч падает сначала на систему зеркал, переносящие его к призме, а она разлагает упавший на нее луч на отдельные цветовые потоки, каждый из них далее адресуется на отдельную специальную распознающую матрицу, основанную на CCD-элементах.

CIS-матрица: отраженный луч попадает на чувствительную матри­цу, которая самостоятельно фильтрует и разлагает полученный поток посредством специальной микросхемы. Недостатки: сложность распознавания цветов и оттенков, показатель разрешения не более 600 dpi, слабая глубина резко­сти.

Специальные возможности. Наиболее распространенными являются автоподатчик, позволяющий сканировать ряд изображений без необходимости ручной загрузки картинок по одной, и сканирование негативов и слайдов.

Сегодня интернет даем нам огромные возможности, ну вот сами посудите – можно скачивать софт, можно смотреть фильмы онлайн, можно слушать музыку онлайн на сайте emusic.md, можно смотреть передачи ТВ онлайн и еще много чего… Если вы хотите, работая за компьютером, слушать музыку, то не надо далеко ходить, зайдите на сайт emusic.md, выберите нужную вам радиостанцию и наслаждайтесь.