10. Магистрально-модульный принцип построения современных вычислительных систем

Магистрально модульный принцип построения вычислительной системы предполагает выделение общего универсального канала – магистрали связи между элементами системы – модулями и определения общих правил взаимодействия. В центре ВС – центральный процессор (ЦП). Он управляет информационной связью между устройствами . К магистрали подключены периферийные устройства (ПУ) и память. Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через информационную магистраль (другое название — общая шина). Магистраль — это кабель, состоящий из множества проводов. По одной группе проводов (шина данных) передается обрабатываемая информация, по другой (шина адреса) — адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Есть еще третья часть магистрали — шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др.). Количество одновременно передаваемых по шине бит называется разрядностью шины. Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине (как письмо сопровождается адресом на конверте). Это может быть адрес ячейки в оперативной памяти или адрес (номер) периферийного устройства.

Интерфейс - совокупность аппаратных и программных средств, реализующих стандарт по организации связи в ММ системах.

Классификация интерфейсов:

1) по способу соединения модулей в структурах:

1.1) магистральные интерфейсы (общ. шина).

1.2) радиальные (индивидуальные)

1.3) цепочные.

1.4) смешанные(комбинированная).

2) по способу передачи информации:

2.1) параллельные

2.2) последовательные.

2.3) параллельно – последовательные.

3) по принципу обмена информации:

3.1) синхронные

3.2) асинхронные.

4) по режиму передачи информации:

4.1) симплексный режим (передача только в 1-м направлении).

4.2) дуплексный режим (в обоих направлениях).

4.3) полудуплексный режим (передача в обоих направлениях, но в разные промежутки времени).

К основным элементам интерфейсов относят:

1) совокупность правил обмена (протокол обмена)

2) аппаратная часть.

3)ПО (алгоритмы управления).

11. Виды электронной памяти, конструктивно выполненной на микросхемах, и их основные отличительные черты. Оперативная память или память с произвольным доступом — это основное место хранения команд и данных текущих задач (программ) в персональных компьютерах. Часто для обозначения оперативной памяти используются термины "оперативное запоминающее устройство" (ОЗУ). Для создания оперативной памяти применяются микросхемы, припаиваемые на сменные модули памяти, которые, в свою очередь, устанавливаются в разъемы на системной плате. ОЗУ — наиболее быстродействующая адресуемая память в компьютере, причем именно от скорости обмена данными между процессором и микросхемами оперативной памяти зависит производительность компьютера. Следует отметить, что наибольший недостаток микросхем ОЗУ заключается в том, что при выключении питания компьютера все данные, находящиеся в них, теряются. Емкость ОЗУ в персональном компьютере может достигать величины в 1 Гбайт.

Кэш-память или сверхоперативная память (СОЗУ) — это одна из разновидностей быстродействующей оперативной памяти, для которой используются дорогостоящие микросхемы статической памяти. Основное назначение кэш-памяти в компьютере — служить местом временного хранения обрабатываемых в текущий момент времени кодов программ и данных. То есть ее назначение служить буфером между различными устройствами для хранения и обработки информации, например, между процессором и ОЗУ, между механической частью винчестера и ОЗУ и т. д. В зависимости от назначения и типа процессора объем кэш-памяти может составлять величину, например 8 и 16 Кбайт, 128 и 256 Кбайт, а в ряде случаев достигает 2—3 Мбайт. Кроме того, кэшпамять делится на. Внутренний кэш процессора класса Pentium, он же первичный кэш, или кэш первого уровня (Level I Cache), находится на том же кристалле, что и процессор. Основное назначение этого кэша — хранение команд и данных, которые в текущий момент обрабатываются в процессоре. Главное отличие от всех остальных видов памяти у внутреннего кэша процессора в том, что доступ к ячейкам памяти происходит на тактовой частоте ядра процессора. Вторичный кэш, или кэш второго уровня (Level 2 Cache) — это или внешний кэш, который устанавливается на системной плате, или кэш-память значительного объема, которая находится на том же кристалле, что и процессор. Кэш третьего уровня (Level 3 Cache) имеют некоторые процессоры, которые предназначены для серверных приложений.

В каждом персональном компьютере обязательно есть несколько микросхем Постоянно Запоминающего Устройства. Например, после включения компьютера первой запускается программа BIOS, которая записана в микросхеме ПЗУ объемом в 1— 2 Мбайт. Быстродействие микросхем ПЗУ почти на порядок ниже, чем у микросхем оперативной памяти. Заметим, что разработано множество разнообразных типов микросхем ПЗУ- в некоторые можно записать данные всего один раз, а другие выдерживают многократную перезапись информации. В последнее время наиболее популярными для использования в ПЗУ стали микросхемы флэш-памяти, позволяющие перезаписывать информацию до 1 млн. раз.

Винчестер, или накопитель на жестких магнитных дисках, используется для длительного хранения больших объемов информации, которая сохраняется при выключении питания. Конструктивно винчестер — это прямоугольная коробочка, внутри которой постоянно вращаются на большой скорости алюминиевые или стеклянные диски с нанесенным на их поверхность магнитным слоем. Чтение и запись данных производится с помощью магнитных головок, которые парят на расстоянии долей микрона от поверхности магнитных дисков. Так как винчестер является,механическим устройством, то время доступа к информации на нем почти в тысячу раз больше, чем к ОЗУ. Емкость современных винчестеров превышает 100 Гбайт.

Гибкие магнитные диски предназначены для архивирования данных или переноса информации с компьютера на компьютер.

Оптические диски, или компакт-диски — самый современный вид носителей информации, применяемый в персональных компьютерах. Информация на таких оптических дисках записывается в виде точек на внутреннем слое диска. Для записи и чтения информации используется полупроводниковый лазер.

12. К периферии относятся все внешние дополнительные устройства, подключаемые к системному блоку компьютера через специальные стандартные разъемы.

Это компьютерное оборудование, физически отделенное от системного блока вычислительной системы, имеет собственное управление и действует как по командам ее центрального процессора, так и оснащается собственным процессором и даже операционной системой. Предназначено для внешней подготовки и модификации данных, ввода, хранения, защиты, вывода, управления и передачи данных по каналам связи.

Оборудование для вывода данных

Монитор (Дисплей) - оборудование для визуального отображения текстовой и графической информации, преобразует цифровую и (или) аналоговую информацию в видеоизображение.

Принтер - оборудование для печати разных масштабов и областей применения.

Колонки/наушники (гарнитура) - оборудование для воспроизведения (вывода) звука.

Плоттер (графопостроитель) - применяется для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до A0 или кальке. Графопостроители рисуют изображения с помощью пера (пишущего блока). Назначение графопостроителей - высококачественное документирование чертежно-графической информации.

Проекторы, проэкционные экраны/доски - Проектор — световой прибор, перераспределяющий свет лампы с концентрацией светового потока на поверхности. Экраны для проекторов, настенные ручные просты в обращении, надежные и достаточно недорогие. Интерактивные доски - большой сенсорный экран, работающий как часть системы, в которую входят компьютер и проектор.

Оборудование для ввода данных

Сканер - предназначается для анализа и оцифровки различных объектов (обычно изображение, текст), создаёт цифровую копию изображения объекта.

Клавиатура - клавиатура относится к стандартным средствам персонального компьютера для ввода данных с помощью клавиш. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управления.

Мышь - манипуляторы типа "мышь". Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора. Бывают проводные и радио, оптические и лазерные.

Графический планшет (дигитайзер) - предназначены для ввода художественной графической информации. Такие устройства удобны для художников и иллюстраторов, поскольку позволяют им создавать экранные изображения привычными приемами, наработанными для традиционных инструментов (карандаш, перо, кисть).

Оборудование для хранения данных

Flash – накопители / внешние HDD - запоминающие устройства, использующие в качестве носителя или флэш-память или внешний жесткий диск, подключаемые к компьютеру или иному считывающему устройству по интерфейсу USB (eSATA). Основное назначение внешних накопителей — хранение, перенос и обмен данными, резервное копирование, загрузка операционных систем и другое.

Zip-накопители, HiFD-накопители, JAZ-накопители - по своим характеристикам похожи на жесткие диски небольшого объема, но в отличие от них является сменными. Технология не получила большого распространения, по экономическим причинам (стоимость в расчете на 1Мб данных).

Оборудование для обмена данными

Модемы - предназначены для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи, принято называть модемом (модулятор + демодулятор). Наибольшее распространение в настоящее время получили ADSL-модемы, позводялющие передавать данные по кабельным сетям низких категорий (телефонные линии) на большие расстояния с большой скоростью.

Пассивное сетевое оборудование - оборудование, не наделенное «интеллектуальными» особенностями. Кабельная система: кабель (коаксиальный и витая пара (UTP/STP)), вилка/розетка (RG58, RJ45, RJ11, GG45), повторитель (репитер), патч-панель. Монтажные шкафы и стойки, телекоммуникационные шкафы.

Активное сетевое оборудование - под названием, активное сетевое оборудование подразумевают некоторые «интеллектуальные» особенности сетевого оборудования. Это такие устройства как маршрутизатор, коммутатор (свитч) и т.д.

13. Обобщенная структура вычислительной техники - Архитектура ВС – совокупность характеристик и параметров, определяющих функционально-логичную и структурно-организованную систему и затрагивающих в основном уровень параллельно работающих вычислителей. Понятие архитектуры охватывает общие принципы построения и функционирования, наиболее существенные для пользователя. Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки информации называют вычислительной техникой. Конкретный набор, связанных между собою устройств, называют вычислительной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем является электронная вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер.

Архитектура компьютера

Компьютер - это электронное устройство, которое выполняет операции ввода информации, хранения и обработки ее по определенной программе, вывод полученных результатов в форме, пригодной для восприятия человеком. За любую из названных операций отвечают специальные блоки компьютера:

устройство ввода,

центральный процессор,

запоминающее устройство,

устройство вывода.

Процессор - это центральный вычислительный блок в ЭВМ любого типа. Он осуществляет вычисления по хранящейся в оперативной памяти программе и обеспечивает общее управление компьютером.

Процессор, как минимум, содержит:

1.Арифметико-логическое устройство (АЛУ), предназначенное для выполнения арифметических и логических операций;

2.Устройство управления (УУ), предназначенное для выполнения общего управления вычислительным процессом по программе и координации всех устройств ЭВМ. УУ в определенной последовательности выбирает из оперативной памяти команду за командой. Затем: каждая, команда декодируется, по потребности элементы данных из указанных в команде ячеек оперативной памяти передаются в АЛУ. АЛУ настраивается на выполнение действия, указанного текущей командой (в этом действии могут принимать участие также устройства ввода-вывода); дается команда на выполнение этого действия. Этот процесс будет продолжаться до тех пор. пока не возникнет одна из следующих ситуаций: исчерпаны входные данные, от одного из устройств поступила команда на прекращение работы, выключено питание компьютера.

Запоминающее устройство (ЗУ) - это архитектурный блок ЭВМ, предназначенный для временного (оперативная память) и продолжительного (постоянная память) хранения программ, входных и результирующих данных, а также промежуточных результатов на устройствах внешнего запоминающего устройства (ВЗУ).

Оперативная память (ОЗУ) - служит для приема, хранения и выдачи информации. В ней содержатся программы и данные, доступные для использования микропроцессором, а также промежуточные и окончательные результаты вычислений. Процесс выполнения программы сводится к преобразованию исходного состояния памяти в заключительное (конечное). ОЗУ является энергозависимым устройством, что означает потерю информации при отключении электропитания. Скорость работы компьютера существенным образом зависит от быстродействия оперативной памяти. Поэтому постоянно ведутся поиски элементов для оперативной памяти, затрачивающих меньше времени на операции чтении-записи. Проблема решается построением многоуровневой памяти.

Оперативная память состоит из двух-трех частей: основная часть большей емкости строится на относительно медленных (более дешевых) элементах, а дополнительная (так называемая кэш-память) состоит из быстродействующих элементов. Данные, к которым чаще всего обращается процессор, находятся в кэш-памяти, а больший объем оперативной информации хранится в основной памяти.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Энергонезависимое устройство, предназначенное для долговременного хранения служебной и первичной информации. Представлено в виде микросхем, расположенных на материнской (системной) плате.

Внешнее запоминающее устройство (ВЗУ). Энергонезависимые устройства, обеспечивающие надежное хранение и выдачу информации. В них хранятся часто используемые программы и данные (см. устройства, хранения). Однако скорость обмена данными между постоянной памятью и центральным процессором, в подавляющем большинстве случаев, значительно меньше, чем у оперативной памяти.

Устройства ввода (УВВ) и вывода (УВ), относятся к категории периферийных устройств. Раньше работой устройств ввода-вывода руководил центральный процессор, что занимало немало времени. Архитектура современных ЭВМ предусматривает наличие каналов прямого доступа к оперативной памяти для обмена данными с устройствами ввода-вывода без участия центрального процессора, а также передачу большинства функций управления периферийными устройствами специализированным процессорам, разгружающим центральный процессор и повышающим его производительность.

14. Классификация программного обеспечения

Программные продукты можно классифицировать по различным признакам. Рассмотрим классификацию, в которой основополагающим признаком является сфера (область) использования программных продуктов.

Для поддержки информационной технологии в этих областях выделим соответственно три класса программных продуктов:

− системное программное обеспечение;

− пакеты прикладных программ(прикладное по);

− инструментарий технологии программирования(инструментальное по).

Системное программное обеспечение (System Software) – совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ, направленное:

- на создание операционной среды функционирования других программ;

- обеспечение надежной и эффективной работы самого компьютера и вычислительной сети;

- проведение диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;

- выполнение вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование, восстановление файлов программ и баз данных и т. д.).

Пакет прикладных программ(прикладное по) – это комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса конкретной предметной области; служит программным инструментарием решения функциональных задач и является самым многочисленным классом программных продуктов, выполняющих обработку информации различных предметных областей.

Установка программных продуктов на компьютер выполняется квалифицированными пользователями, а непосредственную их эксплуатацию осуществляют, как правило, конечные пользователи – потребители информации, деятельность которых во многих случаях весьма далека от компьютерной области. Данный класс программных продуктов может быть весьма специфичными для отдельных предметных областей.

Инструментарий технологии программирования(инструментальное по) – совокупность программ и программных комплексов, обеспечивающих технологию разработки, отладки и внедрения создаваемых программных продуктов:

Транслятор – это комплекс программ, обеспечивающих перевод программы, написанной на символическом языке, в совокупность машинных команд. В зависимости от функционального назначения транслятор может быть компилятором, интерпретатором, ассемблером или языковым процессором.

Компилятор – это транслятор, выполняющий перевод программы, написанной на алгоритмическом языке, в совокупность машинных команд без ее выполнения на компьютере.

Интерпретатор – транслятор, производящий перевод каждой конструкции алгоритмического языка в машинные команды и одновременное выполнение этих конструкций в компьютере.

Ассемблер – транслятор, переводит программы, записанные на машинно-ориентированном языке ассемблера в машинные коды.

Языковый процессор – это транслятор, объединяющий в себе функции компиляции, интерпретации и ассемблирования.

К категории инструментальных средств относятся не только трансляторы с языков высокого уровня, но и загрузчики, отладчики, иные системные программы.

Инструментарий технологии программирования обеспечивает процесс разработки программ и включает специализированные программные продукты, которые являются инструментальными средствами разработчика. Программные продукты данного класса поддерживают все технологические этапы процесса проектирования, программирования, отладки и тестирования программ. Пользователями технологии программирования являются системные и прикладные программисты.

По способу распространения и использования на:

- несвободное/закрытое

- открытое

- свободное или FREEWARE(cвободное программное обеспечение может распространяться, устанавливаться и использоваться на любых компьютерах дома, в офисах, школах, вузах, а также коммерческих и государственных учреждениях без ограничений).

15. Уровни программного обеспечения.

Программа– упорядоченная последовательность команд (инструкций) компьютеру для решения задачи.

Программное обеспечение – совокупность программ обработки данных.