hizh72.narod.ruhizh72.narod.ru/olderfiles/1/Informatik_BK.doc · Web viewXMS (eXtended Memory Specification) – дополнительная память; EMS (Expanded Memory Specification)

Московская финансово-промышленная академия

КАФЕДРА ИНФОРМАТИКИ

Алехина Г.В.,Годин И.М.,

Иванько А.Ф.,Иванько М.А.,Мастяев Ф.А.,Петрик Е.А.

Информатика

Москва, 2005

УДКББКК

Алехина Г.В., Годин И.М., Иванько А.Ф., Иванько М.А., Мастяев Ф.А., Петрик Е.А. Информатика. / Московская финансово-промышленная академия. – М., 2005. – с.

© Алехина Г.В., 2005© Годин И.М., 2005© Иванько А.Ф., 2005© Иванько М.А., 2005© Мастяев Ф.А., 2005© Петрик Е.А., 2005© Московская финансово-промышленная академия, 2005.

Содержание

Тема 1. Основные понятия информатики ........................................................................ 2 Тема 2. Предмет информатики ......................................................................................... 4 Тема 3. Понятие информатизации общества .................................................................. 5 Тема 4. Понятия, виды и особенности информации ...................................................... 8 Тема 5. Классификация информации ............................................................................. 17 Тема 6. Свойства информации ....................................................................................... 17 Тема 7. Технология обработки информации ................................................................. 21 Тема 8. Классификация информационных технологий ............................................... 23 Тема 9. Роль вычислительной техники в процессе информатизации ......................... 27 Тема 10. Технические средства информатизации ........................................................ 30 Тема 11. Пользователи технических средств информатизации .................................. 44 Тема 12. Принципы построения технических средств информатизации ................... 45 Тема 13. Классификация технических средств информатизации ............................... 48 Тема 14. Внутреннее устройство персонального компьютера .................................... 57 Тема 15. Внешние устройства, подключаемые к персональному компьютеру ......... 89 Тема 16. Вычислительные системы ............................................................................. 112 Тема 17. Характеристики технических средств информатизации ............................ 123 Тема 18. Роль программных средств в процессе информатизации .......................... 124

http://www.e-biblio.ru/book/bib/01_informatika/informatika/UP/posob.htm#__RefHeading___Toc79124982


















Тема 1. Основные понятия информатики

Человек находится в мире информации. Помочь ему не потеряться в этом мире, взять себе на вооружение как можно больше полезной информации, игнорируя ненужную, сократить затраты на поиск и обработку нужной информации - вот основная задача информатики.

!Под информатикой принято понимать отрасль знаний, изучающую общие свойства и структуру информации, а также закономерности и принципы ее создания, преобразования, накопления, передачи и использования в различных областях человеческой деятельности на базе современных средств вычислительной и телекоммуникационной техники.

Рис.1. Схема, иллюстрирующая понятие «информатика»

Слово информатика происходит от французского слова Informatique, образованного в результате объединения терминов Informacion (информация) и Automatique (автоматика), что выражает ее суть как науки об автоматической обработке информации

Кроме Франции термин информатика используется в ряде стран Восточной Европы. В то же время, в большинстве стран Западной Европы и

США используется другой термин — Computer Science (наука о средствах вычислительной техники).

В качестве источников понятия «информатика» обычно называют две науки — документалистику и кибернетику.

документалистика кибернетика

изучение рациональных средств и методов повышения эффективности

документооборота

гипотетическая наука об управлении

(Андре Мари Ампер)

Рис.2. Источники понятия «информатика»

Документалистика сформировалась в конце XIX века в связи с бурным развитием производственных отношений. Ее расцвет пришелся на 20-30-е годы XX века, а основным предметом стало изучение рациональных средств и методов повышения эффективности документооборота.

Основы близкой к информатике технической науки кибернетики были заложены трудами по математической логике американского математика Норберта Винера, опубликованными в 1948 году, а само название происходит от греческого слова (kybemeticos — искусный в управлении).

Впервые термин кибернетика ввел французский физик Андре Мари Ампер в первой половине XIX веке. Он занимался разработкой единой системы классификации всех наук и обозначил этим термином науку об управлении, которой в то время не существовало, но которая, по его мнению, должна была существовать.

Сегодня на практике кибернетика во многих случаях опирается на те же программные и аппаратные средства вычислительной техники, что и информатика, а информатика, в свою очередь, заимствует у кибернетики математическую и логическую базу для развития этих средств.

Основное внимание в информатике уделяется определению основных наиболее эффективных автоматизированных технологий работы с информацией.

Тема 2. Предмет информатикиПредмет информатики составляют такие понятия, как:- средства вычислительной техники,- программное обеспечение средств вычислительной техники,

- средства и методы взаимодействия человека со средствами вычислительной техники и установленными на них программными средствами (программным обеспечением),

- информационные ресурсы,- методы и средства взаимодействия человека с информационными

ресурсами на базе средств вычислительной техники с использованием соответствующего программного обеспечения.

Практически это можно использовать так:Не возможно представить себе мир без информации. Информация

используется везде и ежесекундно. Каждую минуту человек или группа людей формируют определенную информацию, затем передают ее другим людям, хранят ее где-то. Например, ученик, находясь на уроке истории воспринимает целый поток новой информации о тех событиях, которые когда-то происходили. И чтобы ученику легче было справиться с этим потоком новых знаний, на помощь ему приходит учитель, который объясняет новый и неизвестный ученику до этого момента материал. Затем демонстрирует фрагменты фильмов, относящихся к рассказываемому материалу и наглядно иллюстрируя ученику происходящие в то время события. И в конце изучения учеником объясненного материала, учитель включает компьютер и проводит контрольное тестирование полученных учеником знаний.

Этот небольшой пример проиллюстрировал то, что в современном мире с ростом значения информации в жизни общества, меняются методы работы с информацией, расширяются сферы применения новых технологий работы с информацией. И вот как раз именно в информатике основное внимание уделяется определению основных наиболее эффективных автоматизированных технологий работы с информацией.

Тема 3. Понятие информатизации обществаДеятельность отдельных людей, групп, коллективов и организаций

сейчас все в большей степени начинает зависеть от их информированности и способности эффективно использовать имеющуюся информацию. Прежде чем предпринять какие-то действия, необходимо провести большую работу по сбору и переработке информации, ее осмыслению и анализу. Отыскание рациональных решений в любой сфере требует обработки больших объемов информации, что подчас невозможно без привлечения специальных технических средств.

Возрастание объема информации особенно стало заметно в середине XX в. Лавинообразный поток информации хлынул на человека, не давая ему возможности воспринять эту информацию в полной мере. В ежедневно появляющемся новом потоке информации ориентироваться становилось все труднее. Подчас выгоднее стало создавать новый материальный или интеллектуальный продукт, нежели вести розыск аналога, сделанного ранее. Образование больших потоков информации обусловливается:

чрезвычайно быстрым ростом числа документов, отчетов, диссертаций, докладов и т.п., в которых излагаются результаты научных исследований и опытно-конструкторских работ;

постоянно увеличивающимся числом периодических изданий по разным областям человеческой деятельности;

появлением разнообразных данных (метеорологических, геофизических, медицинских, экономических и др.), записываемых обычно на магнитных лентах и поэтому не попадающих в сферу действия системы коммуникации.

Как результат – наступает информационный кризис (взрыв), который имеет следующие проявления:

появляются противоречия между ограниченными возможностями человека по восприятию и переработке информации и существующими мощными потоками и массивами хранящейся информации.

существует большое количество избыточной информации, которая затрудняет восприятие полезной для потребителя информации;

возникают определенные экономические, политические и другие социальные барьеры, которые препятствуют распространению информации.

Эти причины породили весьма парадоксальную ситуацию – в мире накоплен громадный информационный потенциал, но люди не могут им воспользоваться в полном объеме в силу ограниченности своих возможностей. Информационный кризис поставил общество перед необходимостью поиска путей выхода из создавшегося положения. Внедрение ЭВМ, современных средств переработки и передачи информации в различные сферы деятельности послужило началом нового эволюционного процесса, называемого информатизацией, в развитии человеческого общества, находящегося на этапе индустриального развития.

!Под информатизацией общества принято понимать – организованный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций, общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов.

Рис. 2 Процесс информатизации

Информатизация общества является одной из закономерностей современного социального прогресса. Этот термин иногда заменяют термином «компьютеризация общества». Однако, это два существенно отличающихся друг от друга термина.

!При компьютеризации общества основное внимание уделяется развитию и внедрению технической базы компьютеров, обеспечивающих оперативное получение результатов переработки информации и ее накопление.

!При информатизации общества основное внимание уделяется комплексу мер, направленных на обеспечение полного использования достоверного, исчерпывающего и своевременного знания во всех видах человеческой деятельности.

Таким образом, «информатизация общества» является более широким понятием, чем «компьютеризация общества», и направлена на скорейшее овладение информацией для удовлетворения своих потребностей. В понятии «информатизация общества» акцент надо делать не столько на технических средствах, сколько на сущности и цели социально-технического прогресса. Компьютеры являются базовой технической составляющей процесса информатизации общества.

В настоящее время все страны мира в той или иной степени осуществляют процесс информатизации. Неправильно выбранная стратегия информатизации или ее недостаточные динамизм и мобильность могут привести к существенным, а подчас драматическим изменениям во всех сферах жизни страны.

Интерес могут представлять концепция и основные идеи программы информатизации в Японии. В настоящее время Япония находится на второй стадии информатизации. Цель японского проекта – связать те услуги, которые раньше предлагались отдельно. Для этого все виды информации от телефонных посланий и телепрограмм до собственно компьютерной продукции должны передаваться по одному общему кабелю. В перспективе каждый абонент кабельной сети сможет получить несколько услуг одновременно. Большое внимание в проекте также уделяется созданию терминалов для неопытных пользователей с интеллектуальным интерфейсом, где ввод информации осуществляется голосом.

Предполагается, что полное осуществление проекта информатизации займет 20 лет и потребует около 100 млрд.дол. капиталовложений.

Для успешной реализации программы информатизации желательно следовать общим для всего мирового сообщества принципам:

отказ от стремления в первую очередь обеспечить экономический рост страны;

необходимость замены экономической структуры, основанной на тяжелой промышленности, структурой, базирующейся на наукоемких отраслях;

признание приоритетного характера информационного сектора. Основой успешного экономического развития становится создание новой инфраструктуры и сектора услуг, способных поддержать национальную экономику;

широкое использование достижений мировой науки и техники; вложение значительных финансовых средств в информатизацию,

как государственную, так и частную; объявление роста благосостояния страны и ее граждан за счет

облегчения условий коммуникации и обработки информации главной целью информатизации. В любой стране достижение высоких экономических и социальных результатов в значительной степени зависит от масштабов и темпов информатизации общества, использования информационных технологий во всех сферах человеческой деятельности.

Информатизацию можно рассматривать как процесс преобразования производственно-хозяйственных, научных и социально-бытовых структур путем производства информации, необходимой для выработки и реализации решений, направленных на достижение качественно новых результатов деятельности человека, на базе внедрения и использования средств вычислительной техники, связи и информационных технологий. Несмотря на различие процессов информатизации в различных областях человеческой деятельности в единую систему ее объединяют три составляющие: единство основных средств производства (средства вычислительной техники и информатики), единство сырья (данные, подлежащие анализу и обработке), единство выпускаемой продукции (информация, используемая для управления и совершенствования деятельности человека).

Инфраструктура информатизации включает: системы коммуникаций, вычислительных машин и сетей, программное обеспечение этих систем; информационные средства; систему подготовки кадров для эксплуатации аппаратного,

программного и информационного обеспечения; экономические и правовые механизмы, обеспечивающие и

способствующие эффективному развитию процесса информатизации.Результатом процесса информатизации является создание

информационного общества, где манипулируют не материальными объектами, а символами, идеями, образами, интеллектом, знаниями. Если рассмотреть человечество в целом, то оно в настоящее время переходит от индустриального общества к информационному.

Практически это можно использовать так:

Рассмотрим реальный пример. В современный информационный век сбор, хранение, поиск, переработка, преобразование, распространение и использование информации в различных сферах деятельности приобретает все более решающее значение для успеха в конкурентной борьбе. Предположим проводится конкурс среди 2 школьных команд - кто быстрее соберет из имеющихся деталей принципиально новое изделие (конструкцию робота). Для того, чтобы собрать это изделие командам необходимо получить информацию, о том, как же собирается это новое изделие – робот. Ситуация осложнена тем, что часть информации хранится на разорванных кусочках бумаги, часть информации необходимо получить угадав название прозвучавшей мелодии и часть информации хранится в компьютерной программе. И в этих условиях игры, выиграет та школьная команда, которая быстрее всех соберет нужную информацию, правильно ее обработает и успеет за отведенное на игру время собрать конструкцию робота.

Тема 4. Понятия, виды и особенности информации

«Хорошо управлять бизнесом – значит, управлять его будущим; управлять его будущим – значит управлять информацией».

Мэрион Харпер

На практике часто отождествляются определения таких понятий, как «информация», «данные», «знания». Однако, эти понятия необходимо различать.

Данные несут в себе сведения о событиях, произошедших в материальном мире, и являются регистрацией сигналов, возникших в результате этих событий. Однако, данные не тождественны информации. Станут ли данные информацией, зависит от того, известен ли метод преобразования данных в известные понятия.

þ Например, мы можем услышать речь человека, обращающегося к нам, говорящего на иностранном и не знакомом нам языке. С одной, стороны, мы получаем от него данные в виде звуков, но с другой стороны – никакой информации от него мы получить не смогли, т.к. не сумели понять передаваемые нам данные. Они для нас были закодированы, а метода раскодирования мы не знали.

Данные, составляющие информацию, имеют свойства, однозначно определяющие адекватный метод получения этой информации. Причем необходимо учитывать тот факт, что информация не является статичным объектом - она динамически меняется и существует только в момент взаимодействия данных и методов. Все прочее время она пребывает в состоянии данных. Информация существует только в момент протекания информационного процесса. Все остальное время она содержится в виде данных.

Одни и те же данные могут в момент потребления представлять разную информацию в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними методов.

По своей природе данные являются объективными, так как это результат регистрации объективно существующих сигналах, вызванных изменениями в материальных телах или полях. Методы являются субъективными. В основе искусственных методов лежат алгоритмы (упорядоченные последовательности команд), составленные и подготовленные людьми (субъектами).

!Данные - представляют собой фиксируемые в виде определенных сигналов воспринимаемые факты окружающего мира.

Что такое «данные»?

Информация = Данные

Информация о событиях в реальном

мире

Информация, пригодная для обработки и передачи

автоматизированными средствами

Фактический материал для

описания объектов с целью анализа Данные

Рис. 1. Понятие данных

Значение информации в жизни общества стремительно растет, меняются методы работы с информацией, расширяются сферы применения новых информационных технологий.

Понятие «информация» достаточно широко используется в обычной жизни современного человека, поэтому каждый имеет интуитивное представление, что это такое. Но когда наука начинает применять общеизвестные понятия, она уточняет их, приспосабливая к своим целям, ограничивает использование термина строгими рамками его применения в конкретной научной области.

Деятельность людей связана с переработкой и использованием материалов, энергии и информации. Соответственно развивались научные и технические дисциплины, отражающие вопросы материаловедения, энергетики и информатики. Значение информации в жизни общества стремительно растет, меняются методы работы с информацией, расширяются сферы применения новых информационных технологий. Сложность явления информации, его многоплановость, широта сферы применения и быстрое развитие отражается в постоянном появлении новых толкований понятий информатики и информации.

Существует множество определений и взглядов на понятие «информация». Известно такое определение: информация (от латинского

informatio) - это сведения, сообщения о каком-либо событии, деятельности и т.д.

Наиболее общее философское определение звучит следующим образом: «Информация есть отражение реального мира. Информация - отраженное разнообразие, то есть нарушение однообразия. Информация является одним из основных универсальных свойств материи.» [Информатика. Энциклопедический словарь для начинающих. Под ред. Д.А.Поспелова - Москва.: Педагогика-Пресс, 1994]. В узком, практическом толковании определение понятия «информация» представляется так: «Информация есть все сведения, являющееся объектом хранения, передачи и преобразования» [Я.Л.Шрайберг, М.В.Гончаров - Справочное руководство по основам информатики и вычислительной техники - Москва: Финансы и статистика, 1995].

У подавляющего большинства авторов свое понимание информации, иногда в чем-то пересекающееся, но нередко совсем несовпадающее. Все разнообразие взглядов на информацию более или менее четко укладывается в две ведущие модели, одна из которых трактует информацию как неотъемлемое свойство материи, ее атрибут («атрибутивная концепция»), а другая - как неотъемлемый элемент самоуправляемых (технических, биологических, социальных) систем, как функцию этих систем («функционально-кибернетическая концепция»).

Рассмотрим некоторые из основных существующих точек зрения на понятие «информация».

Так, согласно определениям, приведенным в толковых словарях, термин «информация» означает следующее:

информация (Information)- содержание сообщения или сигнала; сведения, рассматриваемые в процессе их передачи или восприятия, позволяющие расширить знания об интересующем объекте [Терминологический словарь по основам информатики и вычислительной техники. Под ред. А.П.Ершова, Н.М.Шанского.- Москва.: Просвещение, 1991.-159 с.].

информация - является одной из фундаментальных сущностей окружающего нас мира (академик Поспелов).

информация - первоначально - сведения, передаваемые одними людьми другим людям устным, письменным или каким-нибудь другим способом (Большая Советская Энциклопедия. Москва.: Советская энциклопедия. 1980.-1600 с.).

В самом общем смысле информация есть обозначение некоторой формы связей или зависимостей объектов, явлений, мыслительных процессов. Информация есть понятие, абстракция, относящееся к определенному классу закономерностей материального мира и его отражения в человеческом сознании. В зависимости от области, в которой ведется исследование, и от класса задач, для которых вводится понятие информации, исследователи подбирают для него различные определения.

,log - In

1-iii pp

Автор теории информации К.Шеннон (1916) определил понятие информации как коммуникацию, связь, в процессе которой устраняется неопределенность (теория информации - наука об оптимальном кодировании сообщений и передачи сигналов по техническим каналам связи). Шеннон предложил в к. 40-х годов единицу измерения информации - бит. Каждому сигналу в теории приписывалась априорная вероятность его появления. Чем меньше вероятность появления того или иного сигнала, тем больше информации он несет для потребителя (т.е. чем неожиданнее новость, тем больше ее информативность). Формула информации Шеннона имеет вид:

где I - количество информации;ip - вероятность появления i-го сигнала;

n - количество возможных сигналов. Знак минус поставлен для того, чтобы значение информации было

положительным, поскольку вероятности всегда меньше или равны 1. Формула показывает зависимость количества информации от числа событий и от вероятности совершения этих событий. Информация равна нулю, когда возможно только одно событие. С ростом числа событий она увеличивается и достигает максимального значения, когда события равновероятны. При таком понимании информация - это результат выбора из набора возможных альтернатив. Однако математическая теория информации не охватывает все богатство содержания информации, поскольку она не учитывает содержательную сторону сообщения.

Дальнейшее развитие математического подхода к понятию «информация» отмечается в работах логиков (Р.Карнап, И.Бар-Хиллел) и математиков (А.Н.Колмогоров). В этих теориях понятие информации не связано ни с формой, ни с содержанием сообщений, передаваемых по каналу связи. Понятие «информация» в данном случае определяется как абстрактная величина, не существующая в физической реальности, подобно тому, как не существует мнимое число или не имеющая линейных размеров точка.

С кибернетической точки зрения информация (информационные процессы) есть во всех самоуправляемых системах (технических, биологических, социальных). При этом одна часть кибернетиков определяет информацию как содержание сигнала, сообщения, полученного кибернетической системой из внешнего мира. Здесь сигнал отождествляется с информацией, они рассматриваются как синонимы. Другая часть кибернетиков трактуют информацию как меру сложности структур, меру организации. Вот как определяет понятие «информация» американский ученый Б.Винер, сформулировавший основные направления кибернетики, автор трудов по математическому анализу, теории вероятностей,

электрическим сетям и вычислительной техники: информация - это обозначение содержания, полученного из внешнего мира.

В физике информация выступает в качестве меры разнообразия. Чем выше упорядоченность (организованность) системы. объекта, тем больше в ней содержится «связанной» информации. Отсюда делается вывод, что информация - фундаментальная естественнонаучная категория, находящаяся рядом с такими категориями как «вещество» и «энергия», что она является неотъемлемым свойством материи и потому существовала и будет существовать вечно. Так, например, французский физик Л. Бриллюэн (1889-1969), основоположник зонной теории твердых тел, автор трудов по квантовой механике, магнетизму, радиофизики, философии естествознания, теории информации определяет информацию как отрицание энтропии (энтропия - мера неопределенности, учитывающая вероятность появления и информативность тех или иных сообщений).

С 50-60-х годов терминология теории информации стала применяться и в физиологии (Д.Адам). Была обнаружена близкая аналогия между управлением и связью в живом организме и в информационно-технических устройствах. В результате введения понятия «сенсорная информация» (т.е. оптические, акустические, вкусовые, тепловые и прочие сигналы, поступающие к организму извне или вырабатываемые внутри его, которые преобразуются в импульсы электрической или химической природы, передающиеся по нейронным цепям в центральную нервную систему и от нее - к соответствующим эффекторам) появились новые возможности для описания и объяснения физиологических процессов раздражимости, чувствительности, восприятия окружающей среды органами чувств и функционирования нервной системы.

В рамках генетики было сформулировано понятие генетической информации - как программа (код) биосинтеза белков, материально представленных полимерными цепочками ДНК. Генетическая информация заключена преимущественно в хромосомах, где она зашифрована в определенной последовательности нуклеидов в молекулах ДНК. Реализуется эта информация в ходе развития особи (оптогинеза).

Таким образом, систематизируя вышеизложенное, можно сделать вывод, что для инженеров, биологов, генетиков, психологов понятие «информации» отождествляется с теми сигналами, импульсами, кодами, которые наблюдаются в технических и биологических системах. Радиотехники, телемеханики, программисты понимают под информацией рабочее тело, которое можно обрабатывать, транспортировать, так же как электричество в электротехнике или жидкость в гидравлике. Это рабочее тело состоит из упорядоченных дискретных или непрерывных сигналов, с которыми и имеет дело информационная техника.

С правовой точки зрения информация определяется как «некоторая совокупность различных сообщений о событиях, происходящих в правовой системе общества, ее подсистемах и элементах и во внешней по отношению к данным правовым информационным образования среде, об изменениях

характеристик информационных образований и внешней среды, или как меру организации социально-экономических, политических, правовых, пространственных и временных факторов объекта. Она устраняет в правовых информационных образованиях, явлениях и процессах неопределенность и обычно связана с новыми, ранее неизвестными нам явлениями и фактами» [Правовая информатика и управление в сфере предпринимательства. М.М. Рассолов, В.Д.Элькин, И.М.Рассолов. Москва.:1998].

Экономисты рассматривают информацию как сведения в сфере экономики, которые необходимо фиксировать, передавать, хранить и обрабатывать для использования в управлении как хозяйством страны в целом, так и отдельными его объектами. Информация позволяет получить решение, как эффективнее и экономически выгоднее организовать производство товаров и услуг.

Экономическая информация в основном дискретна и состоит из отдельных сообщений, т.е. комплексов значений, характеризующих конкретные факты, предметы, явления, хозяйственные операции и т.п. Каждое сообщение может быть представлено в виде чередования импульсов, букв, цифр или других символов.

Таким образом, информация с экономической точки зрения - это стратегический ресурс, один из основных ресурсов роста производительности предприятия. Информация - основа маневра предпринимателя с веществом и энергией, поскольку именно информация позволяет устанавливать стратегические цели и задачи предприятия и использовать открывающиеся возможности; принимать обоснованные и своевременные управленческие решения; координировать действия различных подразделений, направляя их усилия на достижение общих поставленных целей. Например, маркетологи Р.Д.Базел, Д.Ф.Кокс, Р.В.Браун определяют понятие «информация» следующим образом: «информация состоит из всех объективных фактов и всех предположений, которые влияют на восприятие человеком, принимающим решение, сущности и степени неопределенностей, связанных с данной проблемой или возможностью (в процессе управления). Все, что потенциально позволит снизить степень неопределенности, будь то факты, оценки, прогнозы, обобщенные связи или слухи, должно считаться информацией».

В менеджменте под информацией понимаются сведения об объекте управления, явлениях внешней среды, их параметрах, свойствах и состоянии на конкретный момент времени. Информация является предметом управленческого труда, средством обоснования управленческих решений, без которых процесс воздействия управляющей подсистемы на управляемую и их взаимодействие невозможен. В этом смысле информация выступает основополагающей базой процесса управления.

Значение информации для бизнеса определили Д.И.Блюменау и А.В.Соколов: «информация - это продукт научного познания, средство изучения реальной действительности в рамках, допустимых методологией одного из информационных подходов к исследованию объектов различной

природы (биологических, технических, социальных). Подход предполагает описание и рассмотрение этих объектов в виде системы, включающей в себя источник, канал и приемник управляющих воздействий, допускающих их содержательную интерпретацию».

Если попытаться объединить предложенные подходы, то получится следующее определение.

!Информация - данные, определенным образом организованные, имеющие смысл, значение и ценность для своего потребителя и необходимые для принятия им решений, а также реализации других функций и действий.

Формы существования информации:- символьная- звуковая- графическая (иллюстративная)- видеоПолучая информацию, пользователь превращает ее путем

интеллектуального усвоения в свои личностные знания. Основываясь на приведенных выше трактовках рассматриваемых понятий, можно констатировать тот факт, что знание - это информация, но не всякая информация – знание. В превращении информации в знание участвует целый ряд закономерностей, регулирующих деятельность мозга, и различных психических процессов, а также разнообразных правил, включающих знание системы общественных связей, - культурный контекст определенной эпохи. Благодаря этому знание становится достоянием общества, а не только отдельных индивидов. Между информацией и знаниями имеется разрыв. Человек должен творчески перерабатывать информацию, чтобы получить новые знания.

!Знание – это осознание и толкование определенной информации, с учетом путей наилучшего ее использования для достижения конкретных целей. Характеристиками знаний являются: внутренняя интерпретируемость, структурируемость, связанность и активность.

Что такое «знания»?

=

Информация об опыте и

восприятии специалиста в определенной

области Множество текущих

ситуаций в объекте и способы перехода от

одного описания объекта к другому

Осознание и толкование

информации

Знания

Знание Информация

= Информация Знание

НО! Не всегда!

Рис. 2. Понятие знаний

Таким образом, учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что фиксируемые воспринимаемые факты окружающего мира представляют собой данные. При использовании данных в процессе решения конкретных задач - появляется информация. Результаты решения задач, истинная, проверенная информация (сведения), обобщенная в виде законов, теорий, совокупностей взглядов и представлений представляет собой знания.

Те предметы или устройства, от которых человек может получить информацию, называют источниками информации.

Те предметы или устройства, которые могут получать информацию, называют приемниками информации.

Рис. 2. Взаимосвязь понятий «данные - информация - знания»

Необходимо также отметить, что понятие «информация», становясь предметом изучения многих наук, в каждой из них конкретизируется и обогащается. Понятие «информация» является одним из основных в современной науке и поэтому не может быть строго определено через более простые понятия. Можно лишь, обращаясь к различным аспектам этого понятия, пояснять, иллюстрировать его смысл [Заварыкин В.М. и др. Основы информатики и вычислительной техники: Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по физ.-мат. спец.- М.: Просвещение, 1989.-207 с.].

Данные

Сигналы, импульсы

РЕГИСТРАЦИЯ

НОСИТЕЛИ

Бумага, Дискета,

Магнитная лента,

Жесткий диск компьютера,

CD-ROM и т.д.МЕТОДЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В

ИЗВЕСТНЫЕ ПОНЯТИЯ

Информация

ПЕРЕНОС С ОДНОГО НОСИТЕЛЯ НА ДРУГОЙ

Результаты решения задач, истинная, проверенная информация (сведения), обобщенная в виде законов, теорий, совокупностей взглядов и представлений

Знания

МЕТОДЫ ОТБОРА

ОТОБРАЖАЮТ

Практически это можно использовать так:Информацию, данные и знания, используются постоянно. В данный

момент кода вы читаете этот учебник, вы получаете новые знания. И так происходит все время, существования человечества передаются информация, данные, знания. Как только этот процесс прекратится, то и прекратится развитие людей.

Например, известно высказывание Б.Шоу: «если у тебя и меня имеется по одному яблоку, и мы ими обменялись, то у каждого из нас осталось по одному яблоку; если у тебя и меня имеется по одной идее, и мы ими обменялись, то у каждого из нас будет по две идеи». Однако, этим особенности свойств информации не ограничиваются. Информация специфична и с точки зрения старения (т.е. на информацию действует не само время, а появление новой информации, отрицающей или уточняющей данную), и с точки зрения различных вариантов относительно материального носителя или знаковой формы, и с точки зрения воздействия (например, результат воздействия на потребителя сообщений А,В,С,Д ... неравнозначен результату воздействия тех же сообщений на того же потребителя, если они поступают в различных сочетаниях, либо в иной последовательности и ином сочетании) и так далее.

Тема 5. Классификация информации

Информация может быть классифицирована следующим образом:1) по объекту - показатели качества товара, его ресурсоемкость,

параметры инфраструктуры рынка, организационно-технического уровня производства, социального развития коллектива, охраны окружающей среды и т.д.

2) по принадлежности к подсистеме системы менеджмента - информация по целевой подсистеме, научному сопровождению системы, внешней среде системы, обеспечивающей, управляемой и управляющей подсистемам;

3) по форме передачи - вербальная (словесная) информация и невербальная;

4) по изменчивости во времени - условно-постоянная и условно-переменная (недолговечная);

5) по способу передачи - спутниковая, электронная, телефонная, письменная и т.д.;

6) по режиму передачи - в нерегламентные сроки, по запросу и принудительно в определенные сроки;

7) по назначению - экономическая, техническая, социальная, организационная и т.д.

8) по стадиям жизненного цикла объекта - по стадии стратегического маркетинга, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, организационно-технологической подготовке производства и т.д.;

9) по отношению объекта управления к субъекту - между фирмой и внешней средой, между подразделениями внутри фирмы по вертикали и горизонтали, между руководителем и исполнителями, неформальные коммуникации.

Тема 6. Свойства информации

Можно привести немало разнообразных свойств информации. Каждая научная дисциплина рассматривает те свойства, которые ей наиболее важны. Систематизация существующих подходов к выделению свойств информации, позволяет говорить о том, что информации присущи следующие свойства.

Свойстваинформации

1.Атрибутивные

свойства

2.Прагматические

свойства

3.Динамические

свойства

это тесвойства, без

которыхинформация

не существует

это те свойства,которые

характеризуютстепень

полезностиинформации для

пользователя,потребителя и

практики.Проявляются в

процессеиспользованияинформации.

это те свойства,которые

характеризуютизменение

информации вовремени

Рис. 2. Свойства информации1. Атрибутивные свойства - это те свойства, без которых

информация не существует. К данной категории свойств относится: неотрывность информации от физического носителя и языковая

природа информации. Одно из важнейших направлений информатики как науки является изучение особенностей различных носителей и языков информации, разработка новых, более совершенных и современных. Необходимо отметить, что хотя информация и неотрывна от физического носителя и имеет языковую природу она не связана жестко ни с конкретным языком, ни с конкретным носителем.

дискретность. Содержащиеся в информации сведения, знания - дискретны, т.е. характеризуют отдельные фактические данные, закономерности и свойства изучаемых объектов, которые распространяются в виде различных сообщений, состоящих из линии, составного цвета, буквы, цифры, символа, знака.

непрерывность. Информация имеет свойство сливаться с уже зафиксированной и накопленной ранее, тем самым, способствуя поступательному развитию и накоплению.

2. Прагматические свойства - это те свойства, которые характеризуют степень полезности информации для пользователя, потребителя и практики. Проявляются в процессе использования информации. К данной категории свойств относится:

смысл и новизна. Это свойство характеризует перемещение информации в социальных коммуникациях, и выделяет ту ее часть, которая нова для потребителя.

полезность. Уменьшение неопределенности сведений об объекте. Дезинформация расценивается как отрицательные значения полезной информации.

ценность. Ценность информации различна для различных потребителей и пользователей.

кумулятивность. Характеризует накопление и хранение информации.

полнота. Характеризует качество информации и определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся. Чем полнее данные, тем шире диапазон методов, которые можно использовать, тем проще подобрать метод, вносящий минимум погрешностей в ход информационного процесса.

достоверность. Данные возникают в момент регистрации сигналов, но не все сигналы являются «полезными» — всегда присутствует какой-то уровень посторонних сигналов, в результате чего полезные данные сопровождаются определенным уровнем «информационного шума». Если полезный сигнал зарегистрирован более четко, чем посторонние сигналы, достоверность информации может быть более высокой. При увеличении уровня шумов достоверность информации снижается. В этом случае для передачи того же количества информации требуется использовать либо больше данных, либо более сложные методы.

адекватность — это степень соответствия реальному объективному состоянию дела. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Однако и полные, и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной информации в случае применения к ним неадекватных методов.

доступность (мера возможности получить ту или иную информацию). На степень доступности информации влияют одновременно как доступность данных, так и доступность адекватных методов для их

интерпретации. Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов обработки данных приводят к одинаковому результату: информация оказывается недоступной. Отсутствие адекватных методов для работы с данными во многих случаях приводит к применению неадекватных методов, в результате чего образуется неполная, неадекватная или недостоверная информация.

актуальность (степень соответствия информации текущему моменту времени). Нередко с актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации. Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям. Необходимость поиска (или разработки) адекватного метода для работы с данными может приводить к такой задержке в получении информации, что она становится неактуальной и ненужной. На этом, в частности, основаны многие современные системы шифрования данных с открытым ключом. Лица, не владеющие ключом (методом) для чтения данных, могут заняться поиском ключа, поскольку алгоритм его работы доступен, но продолжительность этого поиска столь велика, что за время работы информация теряет актуальность и, соответственно, связанную с ней практическую ценность.

объективность и субъективность. Понятие объективности информации является относительным. Это понятно, если учесть, что методы являются субъективными. Более объективной принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент. В ходе информационного процесса степень объективности информации всегда понижается. Это свойство учитывают, например, в правовых дисциплинах, где по-разному обрабатываются показания лиц, непосредственно наблюдавших события или получивших информацию косвенным путем (посредством умозаключений или со слов третьих лиц).

3. Динамические свойства - это те свойства, которые характеризуют изменение информации во времени.

рост информации. Движение информации в информационных коммуникациях и постоянное ее распространение и рост определяют свойство многократного распространения или повторяемости. Хотя информация и зависима от конкретного языка и конкретного носителя, она не связана жестко ни с конкретным языком, ни с конкретным носителем. Благодаря этому информация может быть получена и использована несколькими потребителями. Это свойство многократной используемости и проявление свойства рассеивания информации по различным источникам.

старение. Информация подвержена влиянию времени.

Основные требования, предъявляемые к качеству информации

Среди требований, предъявляемых к информации, можно выделить следующие:

- своевременность;- достоверность (с определенной вероятностью);- достаточность;- надежность (с определенной степенью риска);- комплектность системы информации;- адресность;- правовая корректность информации;- многократность использования;- высокая скорость сбора, обработки и передачи;- возможность кодирования;- актуальность информации.


Формы подачи информации

Кто изображен на рисунке?Заяц? Утка?

Кто изображен на рисунке?Заяц? Утка?

А какую информацию можно получить с этой картинки? Сколько здесь изображено персонажей? Всего 9 шт.

Информация, которая представлена на рисунке со

зрительными искажениями. ВСЕ прямые на рисунке ПАРАЛЛЕЛЬНЫ

Информация, которая представлена на рисунке со

зрительными искажениями. На рисунке не спирали, а окружности

А что изображено на этом рисунке? Что Вы видите – люди смотрят с балкона вниз или Вы

видите ограду около газона?

Тема 9. Роль вычислительной техники в процессе информатизации

Компьютеры в информационном обществе стали естественной его составляющей и элементом повседневной жизни каждого человека, хотя часто мы их просто не замечаем. Трудно сегодня найти хотя бы одну область деятельности людей, где бы не применялись компьютеры или ту, которая хотя бы косвенно не зависела от их применения. Часто компьютеры отличаются от годами устоявшегося представления об ЭВМ. Достаточно привести пример банковского автомата для выдачи наличных денег, системы управления современным автомобилем, цифровую фотокамеру или просто микроволновую печь. Все они являются сами по себе компьютерами, включают их в качестве своих составных элементов.

Именно поэтому в последнее время к основным компонентам средств, способствующим обработке информации, причисляют и бытовую электронику (теле-, аудио-, видео- и другое оборудование), начинающую играть все большую роль в экономической жизни отдельных членов информационного общества, выступая в роли важнейших оконечных устройств приема/передачи и накопления данных, информации и знаний.

Рис. 1. Компьютеры в информационном обществе

Электронные вычислительные машины (ЭВМ), или, как их все чаще называют, компьютеры (от английского слова COMPUTE - вычислять, подсчитывать), - одно из самых удивительных творений человека. Простейшие устройства для облегчения счета появились в глубокой древности, несколько тысячелетий назад. По мере развития человеческой цивилизации они медленно эволюционировали, непрерывно

совершенствуясь.Однако только в 40-е годы ХХ-го столетия было положено начало

созданию вычислительных машин современной архитектуры и с современной логикой - современных электронных вычислительных машин. С тех пор за исторически очень короткий срок компьютеры - благодаря огромным успехам электроники - проделали такой путь в своем техническом совершенствовании и масштабах применения и влияния на человеческое общество, с каким не сравнится никакое другое изобретение человечества, включая атомную энергию и космическую технику. Да и последние не могли бы получить столь мощного развития без использования достижений вычислительной техники.

Кратко характеризуя темпы развития вычислительной техники, можно сослаться на образное сравнение в журнале «Сайнтифик Америкэн» (декабрь 1982 г.): «Если бы авиапромышленность в последние 25 лет развивалась столь же стремительно, как и промышленность средств вычислительной техники, то сейчас самолет «Боинг-767» стоил бы 500 долларов, совершал бы облет земного шара за 20 минут, затрачивая при этом 5 галлонов (примерно 20 литров) топлива». Приведенные цифры весьма ярко отражают относительное снижение стоимости, рост быстродействия и повышение экономичности ЭВМ.

Однако с появлением ЭВМ возникли новые проблемы, о существовании которых ранее и не знали.

Компьютер в первую очередь является МАШИНОЙ - не существующим в природе, а созданным человеком объектом, предназначенным для усиления природных возможностей человека. В отличие от инструментов, приспособлений и механизмов компьютер, как и любая машина, не использует для своего функционирования физическую силу (энергию) человека. При работе с любой машиной человек выполняет только функцию управления.

Компьютер является особенной - ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ, информационной машиной, усиливающей не физические возможности человека, а его способность к вычислениям, накоплению и обработке информации, выполняющей разного рода вычисления или облегчающей этот процесс.

Компьютер является ЭЛЕКТРОННОЙ вычислительной машиной, основные функциональные элементы которой выполнены (реализованы, построены, осуществлены) на электронных приборах, с использованием современной наиболее развитой технологии обработки сигналов, на базе применения достижений электроники. Теоретически возможно построение вычислительных машин на другой материальной базе: история знает механические, наши современники - электронные и оптические, а футурологи - биологические вычислительные машины.

По способу представления информации вычислительные машины разделяют на три группы:

- аналоговые вычислительные машины (АВМ), в которых

информация представляется в виде непрерывно изменяющихся переменных, выраженных какими-либо физическими величинами;

- цифровые вычислительные машины (ЦВМ), в которых информация представляется в виде дискретных значений переменных (чисел), выраженных комбинацией дискретных значений какой-либо физической величины (цифр);

- гибридные вычислительные машины, в которых используются оба способа представления информации.

Каждый из этих способов представления информации имеет свои преимущества и недостатки. Основным достоинством ЦВМ, определившим их широкое распространение и преобладание среди всех ЭВМ, является то, что точность получаемых с их помощью результатов вычислений не зависит от точности, с которой они сами (т.е. ЦВМ) изготовлены. Точность же результатов вычислений с помощью АВМ непосредственно зависит от точности устройства самой АВМ. Этим объясняется и тот факт, что первое известное нам аналоговое вычислительное устройство - логарифмическая линейка - появилась лишь в XVII в., тогда как самыми древними цифровыми средствами для облегчения вычислений были человеческая рука и подручные предметы - камешки, палочки, косточки и т.п., а “цифровое” приспособление для счета - абак - известен был уже древним египтянам.

Понятие “вычислительная система” (ВС) появилось исторически позже понятия “вычислительная машина” и является по сравнению с последним более общим, подразумевая наличие в структуре ВС нескольких равноправных и взаимодействующих обрабатывающих устройств - процессоров. Таким образом, классическая вычислительная машина представляет собой всего лишь один из возможных видов ВС - однопроцессорную ВС. ВС - это комплекс технических средств, имеющих общее управление, предназначенный для преобразования информации и обеспечивающий автоматическую обработку данных по заданной программе.

Важную роль в развитии вычислительной техники, средств обработки информации и управляющих устройств, являющихся основой автоматизации в различных сферах человеческой деятельности, сыграло появление микропроцессоров (1971), а также сравнительно дешевой памяти большой емкости. Неослабевающий интерес к микропроцессорам объясняется такими их свойствами, как низкая стоимость, высокая надежность, компактность и значительные вычислительные и функциональные возможности, позволяющие применять их даже там, где использование средств цифровой обработки информации ранее считалось нецелесообразным.

Ключевая роль в современной инфраструктуре информатизации принадлежит системам телекоммуникаций и вычислительным сетям, в которых сосредоточены новейшие средства вычислительной техники, информатики, связи, а также самые прогрессивные информационные технологии. Именно они обеспечивают пользователям широкий набор информационно-вычислительных услуг с доступом к локальным и удаленным машинным ресурсам, технологиям и базам данных.

По мере развития сетей с начала 70-х годов расширяется перечень предоставляемых ими услуг и повышается их интеллектуальный уровень.

К числу наиболее распространенных услуг, предоставляемых современными сетями, относятся:

1. Телекоммуникационные услуги: - обмен сообщениями в режиме “электронная почта” как между

пользователями одной сети, так и между пользователями различных сетей;- обмен сообщениями между участниками телеконференций и

телесеминаров; - организация электронных бюллетеней новостей (электронных досок

объявлений); - организация диалога и обмен сообщениями двух абонентов в

режиме “запрос - ответ”; - передача больших массивов - файлов; - размножение сообщений и передача их по заранее подготовленному

списку; приоритетное обслуживание сообщений согласно категориям срочности;

- организация замкнутых групп абонентов (подсетей) для взаимного обмена информацией только в рамках группы;

- доставка факсимильных сообщений; переадресация сообщений в случае изменения адреса получателя информации;

- выдача копий сообщений по запросам абонентов и др.

2. Информационные услуги:- поиск информации по вопросам, интересующим абонентов

3. Консультационные услуги:- консультации по информационному и программному обеспечению

сети; - консультации по технологии использования общесетевых ресурсов; - обучение навыкам работы с компьютером и другими техническими

средствами и др.

4. Технические услуги: - установка программного обеспечения, установка и тестирование

модемов и др.

5. Рекламные услуги: размещение рекламы в электронных конференциях и семинарах, на электронных досках объявлений.

Тема 10. Технические средства информатизации

Автоматизация работ с данными, информацией, знаниями имеет свои особенности и отличия от автоматизации других типов работ. Для этого класса задач используют особые виды устройств, большинство из которых являются электронными приборами. Рассмотрим основные понятия и определения, с которыми мы будем сталкиваться дальше при изложении данного материала.

Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных, называют вычислительной техникой.

Конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка, называют вычислительной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем является компьютер.

Компьютер — это электронной прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки и транспортировки данных. Наиболее распространенным синонимом слова “компьютер” является термин “электронная вычислительная машина” (ЭВМ).

ЭВМ - комплекс аппаратных (технических) средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач, посредством выполнения задаваемой соответствующей программой последовательности операций.

Архитектура ЭВМ - это многоуровневая иерархия аппаратурно-программных средств, из которых строится ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение. Конкретная реализация уровней определяет особенности структурного построения ЭВМ.

Простейшие устройства для облегчения счета появились в глубокой древности, несколько тысячелетий назад. По мере развития человеческой цивилизации они медленно эволюционировали, непрерывно совершенствуясь.

Первая демонстрация электронной вычислительной машины ENIAC состоялась в 1946 г. (рис. 2). Это первый ламповый компьютер разрабатывался первоначально для проведения расчетов атомной бомбы.

Она содержала около 18000 радиоламп, имела быстродействие 5000 операций сложения в сек., основную память на 20 чисел и работала под управлением программы, набранной штеккерами на коммутационной доске. Долгое время считалось, что ее создатели - американские инженеры Эккерт и Моучли - являлись изобретателями первой в мире ЭВМ.

Но 19 октября 1973г. федеральный судья США Ларсен объявил патент Эккерт-Моучли недействительным. Решение было вынесено в результате шестилетнего судебного разбирательства (1967 - 1973 г.г.), начатого по инициативе компании - патентовладельца «Сперри - Ренд», предъявившей претензии фирме «Ханауэлл» за нарушение патентных прав.

Суд установил, что подлинным изобретателем электронной вычислительной машины является Джон Винсент Атанасов, 1903г. рождения, профессор государственного университета в Айове. В 1937г. он вместе с молодым специалистом Клиффордом Берри начал разработку электронной вычислительной машины «АВС» (Atanasov and Berri Computer). Предполагалось, что эта ЭВМ будет способна решать системы алгебраических уравнений до 30 порядка. Для ввода и вывода десятичных чисел использовались перфокарты фирмы IBM. После ввода число переводилось в двоичную систему счисления. ЭВМ должна была

обрабатывать числа длиной 50 бит, имела арифметический блок, регенеративное электростатическое запоминающее устройство в виде барабана и содержала около 300 электронных ламп.

Рис.2. Электронная вычислительная машина ENIAC

В 1939г. макет ЭВМ был построен. Дж.В.Атанасов сделал доклад о своей разработке с изложением основных принципов в Ассоциации по развитию науки (Флорида). В 1940г. появилась первая газетная публикация о его работе над электронной вычислительной машиной.

В 1942г. машина «АВС» была построена. Но ведущие специалисты различных фирм считали, что спроса на такие машины не будет. Университет штата Айова отказался от уплаты патентной пошлины. Атанасов обращался в «IBM» и «Rend corporation», но они так же не восприняли новую разработку.

После вступления США в 1942г. во Вторую мировую войну, Берри был мобилизован, Атанасов перешел в морскую артиллеристскую лабораторию и оставил работу над ЭВМ.

Профессор физики из штата Пенсильвания Джон Моучли слышал сообщение Атанасова во Флориде, позднее в письмах уточнял принципы построения «АВС». Его эта проблема заинтересовала, т.к. ранее он занимался аналоговыми машинами и не мог получить на них необходимой точности вычислений. Результатом работы Дж.Моучли и его коллеги Эккерта явилась ЭВМ «Eniac», которую им удалось реализовать в 1942-1944г.г. под покровительством Пентагона.

Дальнейшее развитие электронных вычислительных машин принято делить на поколения.

1 поколение ЭВМ

Основным активным элементом первого поколения являлась электронная лампа. Остальные компоненты электронной аппаратуры - это обычные резисторы, конденсаторы, трансформаторы.

Резисторы Конденсаторы Трансформаторы

Электронная лампа

Рис. 3. Сердечник

Для построения основной памяти (ОП) ЭВМ уже с середины 50-х г.г. начали использоваться специально разработанные для этой цели элементы - ферритовые сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса (рис.3). В качестве устройств ввода-вывода сначала использовалась стандартная телеграфная аппаратура (телетайпы, ленточные перфораторы, трансмиттеры, аппаратура счетно-перфорационных машин), а затем специально для ЭВМ были разработаны электромеханические запоминающие устройства на магнитных лентах, барабанах и дисках (рис.4).

Рис.4. Техническим носителям соответствовали устройства

подготовки данных - перфоратор ленточный и фото считывaющee устройство ввода данных в ЭВМ с

перфоленты

Рис. 5. Устройство подготовки данных на магнитных лентах и на

гибких магнитных дисках ЕС 9004.01.

К первому поколению относятся отечественные машины БЭСМ-2, Стрела, М-3, Минск-1, Урал-1, Урал-2, М-20, и др. Они имели значительные размеры, потребляли большую мощность, имели сравнительно малое быстродействие, малую емкость оперативной памяти, невысокую надежность работы и недостаточное программное обеспечение.

В 1947г. в ЭВМ "Edvac" Дж. фон-Нейман разместил программу в памяти ЭВМ и сформулировал принципы построения электронных вычислительных машин, которые сохранили свое значение до настоящего времени.

Рис. 6. Пример ЭВМ первого поколения


На смену электронным лампам в машинах второго поколения (с 1953г.) пришли транзисторы. В отличии от ламповых машин, транзисторные машины обладали большим быстродействием, емкостью оперативной памяти, надежностью. Существенно уменьшены размеры, масса и потребляемая мощность.

Транзистор. Физик-теоретик Джон Бардин и ведущий экспериментатор фирмы Уолтер Брайттен создали первый действующий транзистор.

Большим достижением являлось применение печатного монтажа. Повысилась надежность электромеханических устройств ввода/вывода, удельный вес которых в аппаратном комплексе увеличился. Машины II поколения обладали большими вычислительными и логическими возможностями. Особенностью машин II поколения являлась их

классификация по применению. Появились машины для решения научно-технических задач, экономических задач, для управления производственными процессами и различными объектами (управляющие машины). Наряду с техническим совершенствованием ЭВМ развивались методы и приемы программирования вычислений, высшей ступенью которых является автоматическое программирование. Появились алгоритмические языки, существенно упрощающие процесс подготовки задач к решению на ЭВМ. Появились многопрограммные ЭВМ, в которых реализовано выполнение одновременно нескольких программ за счет организации параллельной работы основных устройств машины. Расширилась сфера применения ЭВМ - они стали использоваться в качестве управляющего органа в автоматизированных и автоматических системах управления, а так же - в системах передачи информации.

Рис. 7. Пример ЭВМ второго поколения

К ЭВМ второго поколения относились машины отечественного производства Минск-2, Раздан-2, Раздан-3, М-220, БЭСМ-4, БЭСМ-6, Мир, Наири, Минск-22, Минск-32, Урал-14, Урал-16, и т.д.


Третье поколение ЭВМ (с 1962г.) характеризовалось широким применением интегральных схем, заменивших большинство транзисторов и различных деталей. Интегральная схема представляла собой законченный

логический функциональный блок, соответствующий достаточно сложной транзисторной схеме.

Благодаря интегральным схемам удалось существенно улучшить технические и эксплуатационные характеристики машины. Этому способствовало так же применение многослойного печатного монтажа.

Интегральная схема, которую также называют кристаллом, представляет собой миниатюрную электронную схему, вытравленную на поверхности кремниевого кристалла площадью около 10 мм2.

Первые интегральные схемы появились в 1964 году. Сначала они использовались только в космической и военной технике. Сейчас же их можно обнаружить где угодно, включая автомобили и бытовые приборы. Что же качается компьютеров, то без интегральных схем они просто немыслимы.

Появление интегральных схем означало подлинную революцию в вычислительной технике. Ведь она одна способна заменить тысячи транзисторов, каждый из которых в свою очередь уже заменил 40 электронных ламп. Другими словами, один крошечный кристалл обладает такими же вычислительными возможностями, как и 30-тонный Эниак. Быстродействие ЭВМ третьего поколения возросло в 100 раз, а габариты значительно уменьшились.

Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем производство машин второго поколения. Благодаря этому, многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения самых различных задач. Большинство созданных до этого ЭВМ являлись специализированными машинами, на которых можно было решать задачи какого-то одного типа.

Рис. 8. Пример ЭВМ третьего поколения

Отчетливо появилась тенденция к унификации ЭВМ, к созданию машин, представляющих собой единую систему. Ярким выражением этой тенденции является создание ЕС ЭВМ.


Четвертое поколение машин начало развиваться с 1970г. Для них характерно применение больших интегральных схем (БИС). Высокая степень интеграции способствовала увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности и быстродействия, снижению стоимости. Это оказывало существенное влияние на логическую структуру (архитектуру) ЭВМ и на ее программное обеспечение.

Развитие микроэлектроники привело к созданию возможности размещать на одном-единственном кристалле тысячи интегральных схем. Так, уже в 1980 году, центральный процессор небольшого компьютера оказался возможным разместить на кристалле, площадью всего в четверть квадратного дюйма (1,61 см2). Началась эпоха микрокомпьютеров.

Размеры машины и их стоимость настолько уменьшились, что появились их новые типы - от мини - ЭВМ до персональных, предназначенных для индивидуального использования (как стационарных, "настольных" ПЭВМ, так и мобильных, переносных: Lop-Top, Notebook, вплоть до микро - калькуляторов различных типов).

Стоимость ЭВМ настолько снизилась, что час их работы стал стоить в десять раз меньше часа работы среднеоплачиваемого клерка. Стал расширяться рынок сбыта - за счет вовлечения в него "непрограммирующих пользователей", т.е. людей, не являющихся профессионалами в области компьютерной науки. Это наложило отпечаток на архитектуру программного обеспечения - появилось стремление упростить общение с ЭВМ, сделать его более дружественным для пользователя. В программном обеспечении ЭВМ появился новый стандарт - "дружественность к пользователю среды общения".

Использование больших интегральных схем настолько уменьшило размеры ЭВМ, что появилась возможность в том же (а часто и значительно сокращенном) объеме разместить дополнительные блоки - например, блоки контроля хода вычислительного процесса и автоматического обеспечения его надежности. Впервые принципы построения ЭВМ, сформулированные фон-Нейманом, стали нарушаться - появились новые типы ЭВМ: векторные, конвейерные, матричные.

Микроминиатюризация сделала возможным встраивание специализированных микроЭВМ в различную аппаратуру - что позволяло получать от этой аппаратуры дополнительные функциональные возможности.

Большие интегральные схемы встраиваются в настоящее время практически везде – и в уличном светофоре, и в стиральной машине, и в иллюминационном шаре, и в микроволновой печи и т.д.

Сравнение разных поколений компьютеров


Программа разработки 5 поколения ЭВМ была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка программирования Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. Для компьютеров "пятого поколения" не планировалось писать программ, а достаточно было бы объяснить на "почти естественном" языке, что от них требуется.

В составе вычислительных систем 5-го поколения появились новые виды ЭВМ и программного обеспечения (ПО): машины баз знаний, машины логического вывода, естественно языковый интерфейс общения пользователей с компьютером. В конструкцию ЭВМ и программного обеспечения стали активно внедряться элементы самообучения, самонастройки, адаптации.

В настоящее время работа над 5-ым поколением ЭВМ не завершена - трудности интеллектуализации ЭВМ оказались слишком большими, выяснилась недостаточная проработанность основных положений "искусственного интеллекта", ограниченность наших знаний о природе и закономерностях мышления.

Перспективы развития

Все современные ЭВМ строятся на микропроцессорных наборах, основу которых составляют большие и сверхбольшие интегральные схемы.

Такие высокие технологии порождают целый ряд проблем. Микроскопическая толщина линий, сравнимая с диаметром молекул, требует высокой чистоты используемых и напыляемых материалов, применения вакуумных установок и снижения рабочих температур.

Уменьшение линейных размеров микросхем и повышение уровня их интеграции заставляют проектировщиков искать средства борьбы с потребляемой Wn и рассеиваемой Wp мощностью. При сокращении линейных размеров микросхем в 2 раза, их объемы изменяются в 8 раз. Пропорционально этим цифрам должны меняться и значения Wn и Wp, в противном случае схемы будут перегреваться и выходить из строя. Уменьшение питающих напряжений, локальные средства охлаждения микросхем и другие меры не позволяют в целом решить эти проблемы. Аналитики предрекают достижение пределов в производстве микросхем к 2010-2015 годам.

Дальнейший прогресс в повышении производительности может быть обеспечен либо за счет архитектурных решений, либо за счет новых принципов построения и работы микросхем. Альтернативных путей развития просматривается не очень много.

В настоящее время возможности микроэлектроники еще не исчерпаны, но давление пределов уже ощутимо. Внедрение новых технологий производства микропроцессоров испытывает и экономические проблемы. Например, построение нового завода по производству микросхем с 0.13 микронной технологией стоит от двух до четырех млрд. долларов. Это заставляет искать новые альтернативные пути построения будущих ЭВМ. Интенсивные поиски идут по многим направлениям. Наиболее перспективными из них следует считать:

создание молекулярных и биокомпьютеров (нейрокомпьютеров); разработка квантовых компьютеров; разработка оптических компьютеров.

Молекулярные компьютеры

Во многих странах проводятся опыты по синтезу молекул на основе их стереохимического генетического кода, способных менять ориентацию и реагировать на воздействия током, светом и т.п. Например, ученые фирмы Hewlett-Packard и Калифорнийского университета (UCLA) показали принципиальную возможность создания молекулярной памяти ЭВМ на основе молекул роксана. Продолжаются работы по созданию логических схем, узлов и блоков. По оценкам ученых подобный компьютер в 100 млрд. раз будет экономичнее современных микропроцессоров.

В Вайзмановском институте (Израиль) построили компьютер, в основе которого лежат молекулы ДНК. Он занимает так мало места, что разглядеть его можно только под микроскопом. Считается, что именно таким,

биологическим компьютерам принадлежит будущее, потому что миниатюризация традиционных микропроцессоров уже почти достигла своего предела.

!ДНК — это дезоксерибонуклеиновая кислота, с помощью

которой живые организмы передают друг другу по наследству генетическую информацию. ДНК содержится в каждой клетке организма и сконцентрирована в её ядро

Биокомпьютеры или нейрокомпьютеры

Идея создания подобных компьютеров базируется на основе теории перцептрона – искусственной нейронной сети, способной обучаться. Автором этих идей был Розенблат. Он указал, что структуры, имеющие свойства мозга и нервной системы, позволяют получить целый ряд преимуществ:

параллельность обработки информационных потоков; способность к обучению и настройке; способность к автоматической классификации; более высокую надежность; ассоциативность.

Элементной базой перспективных нейровычислителей являются нейрочипы. Их производство ведется во многих странах мира, причем большинство из них на сегодня ориентированны на закрытое использование (т.е. создавались для конкретных специализированных управляющих систем).

Обобщенная классификация нейрочипов приведена на рис.9.

Рис.9. Обобщенная классификация нейрочипов

Компьютеры, состоящие из нейроподобных элементов, могут искать нужные решения посредством само программирования, на основе соответствия множеств входных и выходных данных. В настоящее время уже созданы и используются программные нейропакеты, которые доказывают возможность построения подобных машин на сверх больших интегральных схемах (на рисунке слева вы видите общий вид нейрокомпьютера Synapse1).

Квантовые компьютеры

Принцип работы элементов квантового компьютера основан на способности электрона в атоме иметь различные уровни энергии Е0, Е1,…,Е. Переход электрона с нижнего энергетического уровня на более высокий связан с поглощением кванта электромагнитной энергии – фотона. При излучении фотона осуществляется обратный переход. Всеми подобными переходами можно управлять действием электромагнитного поля от атомного или молекулярного генератора. Этим исключаются спонтанные переходы с одного уровня на другой. Первые квантовые компьютеры выглядят несколько громоздко.

Основным же строительным блоком квантового компьютера служит qubit – Quantum Bit, который может иметь большое число состояний. Для таких блоков определен логически полный набор элементарных функций. Это позволяет строить сложные устройства. Известны эксперименты по созданию RISC – процессора на RSFQ-логике (Rapid Single Flux Quantum) и проекты создания петафлопных (1000 триллионов операций/с) компьютеров.

Оптические компьютеры

Идея построения оптического компьютера давно волнует исследователей. Многие устройства ЭВМ используют оптику в своем составе: сканеры, дисплеи, лазерные принтеры, оптические диски CD-ROM и DVD-ROM. Появились и успешно работают оптоволоконные линии связи. Остается создать устройство обработки информации с использованием световых потоков. Способность света параллельно распространяться в пространстве позволяет создавать параллельные устройства обработки. Это позволило бы на несколько порядков ускорить быстродействие ЭВМ.

Пока отсутствуют проекты создания чисто оптических процессоров, но уже имеются эксперименты по проектированию оптоэлектронных и оптонейронных отдельных устройств.

Каковы же состояние и прогноз развития микропроцессоров в настоящее время?

В начале 2000 года основные конкуренты по производству интегральных 32-разрядных микросхем (архитектура IA-32) фирмы Intel и AMD преодолели рубеж f=1ГГц.

Фирма Intel выпустила Pentium III (ядро Coppermine – 0.18 мкм техпроцесс, кэш L2 – 256Кбайт, формфактор – Slot1). Дальнейшим развитием этой линии следует считать ожидаемый выход в конце 2000 года микропроцессора Willamette (переход на техпроцесс 0.13мкм, кэш L1 – 256Кбайт, кэш L2 – 0.5-1Мбайт, формфактор – Soket 423, частота – 1.5ГГц, увеличение частоты в 2001 году до 2ГГц).

Последним представителем IA-32 объявлен микропроцессор Foster, серверный вариант Willamette (эта схема основа микропроцессоров Pentium IV). Здесь предполагалось значительное улучшение всех характеристик, выпуск – в конце 2001года.

Первым 64-разрядным микропроцессором (IA-64) ожидается микропроцессор Merced (трехуровневая кэш-память 2-4Мбайта, техпроцесс –0.18мкм). Экспериментальная версия этого изделия имеет название Itanium.

Коммерческая версия Merced будет иметь название McKinley. Она появится год спустя. Ожидается, что ее характеристики будут примерно в два раза выше Itanium.

Фирма AMD продемонстрировала свой микропроцессор Athlon (ядро Thunderbild – кэш L1 –128Кбайт, кэш L2 –512Кбайт,формфактор – Soket A, Slot A – промежуточный). Развитием этого направления следует считать микропроцессор Mustang.

В IBM говорят, что создали трехмерную магнитооптическую структуру, которая, в перспективе, может быть интегрирована в будущие интегрированные микросхемы благодаря тому, что магнитооптические домены "вплавляются" в кристалл полупроводника.


1 пример.

Поскольку компьютерные технологии наращивают мощь очень быстро, а методы обработки информации имеют тенденцию изменяться, пользователи вычислительной техники (особенно те, кто работает в фирмах, руководит ими) должны "идти в ногу" с этими изменениями. Это требует времени и средств. В средних и больших компаниях необходимо поручить одному или группе работников следить за развитием новых технологий, а начальству всеми силами поддерживать эту команду.

2 пример.

Вскоре после выделения средств на создание новой информационной системы, администрация находит, что новая, только что созданная система уже устарела и слишком дорога по сравнению с новыми изделиями. С таким подходом очень трудно будет удерживать систему на современном уровне, потому что технологии постоянно развиваются, а цены все время падают. Вряд ли нужно считать устаревшей компьютеры с микропроцессором, работающем на частоте 600 МГц, если Intel объявила о выпуске новой моли процессора с тактовой частотой 900 МГц. В конце концов, не только процессор определяет скорость работы компьютера. В любом случае, прежде чем тратить деньги, нужно хорошенько подумать, а главное – провести тщательное планирование всех изменений системы.

3 пример.

Не так давно (лет 5-6 назад) компьютерные аналитики предсказывали, что вскоре портативные компьютеры (ПК-блокноты) станут раз в 20 мощнее современных (для того времени) компьютеров, будут иметь цветной сенсорный экран, который позволит вводить рукописный текст с помощью светового пера. В каждом из ПК-блокнотов будет установлен CD-ROM. Кроме того, такие компьютеры будут оснащены системами распознавания и синтеза речи, что позволит диктовать им текст, а не вводить его вручную, а также вести диалог с компьютером, получая вразумительные ответы в виде речи, звуков и графических образов. Эти ПК-блокноты станут очень тонкими (1.5 – 2.5 см.) и заменят традиционные бумажные блокноты. Также отмечалось, что вскоре компьютеры заменят все традиционные средства получения информации, включая телевидение. Стоимость таких портативных

ПК составит не более $2000. Сформируйте группы из трех-четырех человек и обсудите, что из предсказанного уже сбылось, что сбудется, что появилось нового, а что не сбудется в ближайшем будущем. Подумайте также над тем, как такие компьютеры могли бы повлиять на обучение в высших учебных заведениях.

Тема 11. Пользователи технических средств информатизации

Пользователь ЭВМ - человек, в интересах которого проводится обработка данных на ЭВМ.

В качестве пользователей ЭВМ могут выступать заказчики вычислительных работ, программисты, операторы. Как правило, время подготовки задач во много раз превышает время их решения.

Требования пользователей к выполнению вычислительных работ удовлетворяются специальным подбором и настройкой технических и программных средств. Обычно эти средства взаимосвязаны и объединяются в одну структуру.

Структура - совокупность элементов и их связей. Различают структуры технических, программных и аппаратно-программных средств. Выбирая ЭВМ для решения своих задач, пользователь интересуется функциональными возможностями технических и программных модулей (как быстро может быть решена задача, насколько ЭВМ подходит для решения данного круга задач, какой сервис программ имеется в ЭВМ, возможности диалогового режима, стоимость подготовки и решения задач и т.д.). При этом пользователь интересуется не конкретной технической и программной реализацией отдельных модулей, а общими вопросами организации вычислений. Последнее включается в понятие архитектуры ЭВМ, содержание которого достаточно обширно.

Детализацией архитектурного и структурного построения ЭВМ занимаются различные категории специалистов вычислительной техники. Инженеры - системотехники проектируют отдельные технические устройства и разрабатывают методы их сопряжения друг с другом. Системные программисты создают программы управления техническими средствами, информационного взаимодействия между уровнями, организации вычислительного процесса. Программисты - прикладники разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействие пользователей с ЭВМ и необходимый сервис при решении ими своих задач. Указанные специалисты рассматривают понятие архитектура в более узком смысле. Для них наиболее важные структурные особенности сосредоточены в наборе команд ЭВМ, являющимся границей между аппаратными и программными средствами.

Пользователи ЭВМ, которые обычно не являются профессионалами в области вычислительной техники, рассматривают архитектуру через более высокоуровневые аспекты, касающиеся взаимодействия с ЭВМ (человеко-

машинного интерфейса), начиная со следующих групп характеристик ЭВМ, определяющих ее структуру:

технические и эксплутационные характеристики ЭВМ (быстродействие и производительность, показатели надежности, достоверности, точности, емкость оперативной и внешней памяти, габаритные размеры, стоимость технических и программных средств, особенности эксплуатации и др.);

характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ; возможность расширения состава технических и программных средств; возможность изменения структуры;

состав программного обеспечения ЭВМ и сервисных услуг (операционная система или среда, пакеты прикладных программ, средства автоматизации программирования).

Тема 12. Принципы построения технических средств информатизации

Основные принципы построения ЭЦВМ были сформулированы в 1947г Дж.фон-Нейманом и сохранили свое значение до настоящего времени. Важнейшими из них являются следующие.

1 принцип

Для хранения информации в ЭВМ служит память, для обработки информации - процессор.

2 принцип

Иерархическое построение памяти ЭВМ: память состоит из нескольких запоминающих устройств (ЗУ), различающихся емкостью и быстродействием. Самое быстрое ЗУ - сверхоперативное (СОЗУ), имеющее емкость в несколько машинных слов (или нескольких десятков, редко - сотен или тысяч) и быстродействие, равное быстродействию процессора. Обычно СОЗУ размещается в кристалле микропроцессора. Это - одно из наиболее дорогих ЗУ.

Близка по быстродействию к СОЗУ основная память ЭВМ (ОП). Ее объем превышает десятки тысяч байт. ОП является "полностью электронной" памятью, но выполняется на отдельных микросхемах, доступ микропроцессора к которым осуществляется через системную магистраль, в связи с чем время обращения к ней по сравнению с СОЗУ увеличивается в 2-10 раз.

Для хранения больших массивов информации и редко используемых программ служат внешние ЗУ (ВЗУ) - накопители. В зависимости от конструкции носителя информации получили распространение ВЗУ трех типов: накопители на жестком магнитном диске (НМД), накопители на

гибких магнитных дисках (НГМД) и накопители на магнитных лентах (НМЛ, в качестве которых часто используются стриммеры). Все они относятся к ЗУ электромеханического типа, в связи с чем для них характерна значительно меньшая скорость работы. Но емкость этих ЗУ значительно превышает емкость ОП, а стоимость их (в расчете на единицу информации) значительно ниже.

3 принцип

Для внутреннего хранения и преобразования числовой информации должна использоваться двоичная система счисления. Для характеристики объема информации при этом используется двоичный символ - бит, который может принимать значения: 0 или 1.

При больших объемах и при выполнении специфических машинных операций используются производные от бита единицы информации:

- триада - 3 бита (используется для перевода из двоичной в восьмиричную систему счисления и обратно);

- тетрада - 4 бита (используется для перевода из двоичной в шестнадцатеричную систему счисления и обратно, и для представления шестнадцатеричных (Hexadecimal, или сокращенно - "Hex") цифр;

- байт - 8 бит (используется в большинстве ЭЦВМ в качестве основной единицы информации при размещении ее в запоминающих устройствах. Восьмибитная единица информации применяется для кодирования - т.е. представления в виде двоичного числа - алфавитно-цифровых символов, математических знаков, знаков пунктуации, символов псевдографики, и специальных управляющих символов, и позволяет закодировать 256 различных символов. При работе только с шестнадцатеричными цифрами в одном байте размещается две тетрады, т.е. две шестнадцатеричных цифры).

При большом объеме запоминающего устройства применяются производные от байта единицы информации:

- 1 Кбайт = 1024 байта (здесь буква "К" является аналогом приставки "кило", которая в физике используется для укрупнения единицы в 1000 раз. Но десятичное число "1000" при переводе в двоичную систему счисления не является"круглым" числом (т.е. не представляется единицей с нулями). Ближайшим "круглым" числом является десятичное 1024 - в двоичной системе счисления это 1 с десятью нулями);

- 1 Мбайт = 1024 Кбайт ( "М" эквивалентно приставке "мега" в физике);

- 1 Гбайт = 1024 Мбайт ( "Г" эквивалентно приставке "гига");- 1 Тбайт = 1024 Гбайт ( "Т" эквивалентно приставке "терра").При обработке информации применяются другие машинные единицы

информации, являющиеся производными бита: машинное слово, полуслово и двойное слово. Но размер этой единицы зависит от типа применяемого процессора. Так в ЭЦВМ, построенных на микропроцессоре i80486 длина

машинного слова - 32 бита или 4 байта (полуслова - 16 бит, двойного слова - 64 бита).

4 принцип

Принцип адресности памяти: вся память разделена на ячейки, каждая из которых хранит одну единицу информации (чаще всего - байт, но может быть и слово, полуслово, двойное слово). Каждая ячейка имеет свой уникальный номер, который называется ее адресом. При обращении к памяти указывается адрес - т.е. номер ячейки, в которую нужно поместить или из которой нужно прочитать число.

5 принцип

Арифметическое устройство ЭЦВМ должно строиться на основе единых схем для выполнения всех операций. В этом случае не требуется отдельных устройств для выполнения операций сложения, вычитания, умножения, и др., что сокращает объем оборудования и его стоимость.

6 принцип

Принцип программного управления:

a) работой ЭВМ управляет программа, состоящая из отдельных команд;

b) программа размещается вместе с данными в основной памяти ЭВМ;c) каждая команда хранится в отдельной ячейке памяти (или группе

смежных ячеек) и имеет свой адрес;d) все команды имеют одинаковую структуру. Они состоят из двух

частей: кода операции и адресной части. Код операции определяет, какую команду нужно выполнить. Адресная часть определяет, где хранятся операнды - т.е. обрабатываемые данные, и куда необходимо поместить результат операции.

В зависимости от количества используемых в команде операндов различаются одно-, двух-, трех-, четырехадресные, и безадресные команды.

В одноадресных командах указывается, где находится один из двух обрабатываемых операндов. Второй операнд должен быть помещен заранее в арифметическом устройстве (для этого в систему команд вводятся специальные команды пересылки данных между устройствами).

В двухадресных командах оба операнда перед выполнением операции находятся в памяти, поэтому их адреса указываются в команде. После выполнения команды в один из этих адресов засылается результат, а находившийся там операнд теряется.

В трехадресных командах два адреса указывают, где находятся исходные операнды, а третий - куда необходимо поместить результат.

В четырехадресных командах три адреса используются для указания исходных операндов и результата, а четвертый - для указания адреса следующей команды.

В безадресных командах обычно обрабатывается один операнд, который до и после операции находится в арифметическом устройстве (в память не пересылается). Кроме того, безадресные команды используются для выполнения служебных операций (очистить экран, заблокировать клавиатуру, снять блокировку, и др.).

e) все команды программы выполняются последовательно, команда за командой, в том порядке, как они записаны в памяти ЭВМ (естественный порядок следования команд). Этот порядок характерен для линейных программ, т.е. программ, не содержащих разветвлений.

Для организации разветвлений, циклического выполнения участков программы, есть команды, нарушающие естественный порядок. К ним относятся: безусловная передача управления (или "безусловный переход"), условная передача управления (т.е. переход, если выполняется заданное условие), обращение к подпрограмме (т.е. "переход с возвратом"), циклические операции. Кроме того, естественный порядок следования команд не соблюдается в машинах, использующих четырехадресные команды - в этом случае некоторые из команд передачи управления упраздняются.

При явном указании адреса следующей команды реализуется "принудительный" порядок следования команд. Он возможен только если программа размещается в доступной процессору части основной памяти. Поскольку при этом команды (с точки зрения процессора) ничем не отличаются от данных, в процессе выполнения программы ее команды можно изменять (модифицировать), что повышает гибкость программирования и универсальность ЭВМ.

Тема 13. Классификация технических средств информатизации

Рынок современных компьютеров отличается разнообразием и динамизмом, каких еще не знала ни одна область человеческой деятельности. Практика показала, что для решения различных задач нужна соответственно и различная вычислительная техника. Почти каждое десятилетие меняются поколения ЭВМ, каждые два года ¾ основные типы микропроцессоров, определяющих основные характеристики новых ЭВМ. Такие темпы сохраняются уже многие годы. В этих условиях любая предложенная классификация ЭВМ очень быстро устаревает и нуждается в корректировке. Например, еще десятилетие назад в основном использовалась

классификация средств вычислительной техники, в основу которой было положено их разделение по быстродействию:

1 подход к классификации средств вычислительной техники

По способу представления информации вычислительные машины разделяют на три группы.

1 группа

Аналоговые вычислительные машины (АВМ), в которых информация представляется в виде непрерывно изменяющихся переменных, выраженных какими-либо физическими величинами.

2 группа

- Цифровые вычислительные машины (ЦВМ), в которых информация представляется в виде дискретных значений переменных (чисел), выраженных комбинацией дискретных значений какой-либо физической величины (цифр)

3 группа

Гибридные вычислительные машины, в которых используются оба способа представления информации.

Каждый из этих способов представления информации имеет свои преимущества и недостатки. Основным достоинством ЦВМ, определившим их широкое распространение и преобладание среди всех ЭВМ, является то, что точность получаемых с их помощью результатов вычислений не зависит от точности, с которой они сами (т.е. ЦВМ) изготовлены. Точность же результатов вычислений с помощью АВМ непосредственно зависит от точности устройства самой АВМ. Этим объясняется и тот факт, что первое известное нам аналоговое вычислительное устройство - логарифмическая линейка - появилась лишь в XVII в., тогда как самыми древними цифровыми средствами для облегчения вычислений были человеческая рука и подручные предметы - камешки, палочки, косточки и т.п., а “цифровое” приспособление для счета - абак - известен был уже древним египтянам.


Еще десятилетие назад в основном использовалась классификация средств вычислительной техники, в основу которой было положено их разделение по быстродействию.

СуперЭВМ для решения крупномасштабных вычислительных задач, для обслуживания крупнейших информационных банков данных.

Большие ЭВМ для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров.

Средние ЭВМ широкого назначения для управления сложными технологическими производственными процессами. ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления распределенной обработкой информации в качестве сетевых серверов.Малые компьютеры (мини ЭВМ). Эти мини суперкомпьютеры являются наиболее эффективными и компактными системами обработки информации, как научного, так и специального назначения, в том числе для обработки телеметрической информации в реальном масштабе времени. Подобные суперкомпьютеры могут стать основой самых совершенных прикладных систем военного назначения. Персональные и профессиональные ЭВМ, позволяющие удовлетворять индивидуальные потребности пользователей. На базе этого класса ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места для специалистов различного уровня.

Встраиваемые микропроцессоры, осуществляющие автоматизацию управления отдельными устройствами и механизмами


С развитием сетевых технологий все больше начинает использоваться другой классификационный признак, отражающий место и роль ЭВМ в сети. Согласно ему классификация принимает следующий вид.

Мощные машины и вычислительные системы для управления гигантскими сетевыми хранилищами информации - предназначаются для обслуживания крупных сетевых банков данных и банков знаний. По своим

характеристикам их можно отнести к классу суперЭВМ, но в отличие от них они являются более специализированными и ориентированными на обслуживание мощных потоков информации.

Кластерные структуры - представляют собой многомашинные распределенные вычислительные системы, объединяющие под единым управлением несколько серверов. Это позволяет гибко управлять ресурсами сети, обеспечивая необходимую производительность, надежность, готовность и другие характеристики.

Серверы - это вычислительные машины и системы, управляющие определенным видом ресурсов сети. Различают файл-серверы, серверы приложений, факс - серверы, почтовые, коммуникационные, Web-серверы и др.

Рабочие станции – представляют собой наличие в сетях абонентских пунктов, ориентированных на работу профессиональных пользователей с сетевыми ресурсами. Этот термин как бы отделяет их от ПЭВМ, обеспечивающих работу основной массы непрофессиональных пользователей, работающих обычно в автономном режиме.

Сетевые компьютеры - представляют собой упрощенные персональные компьютеры, вплоть до карманных персональных компьютеров. Они становятся еще одним стандартом, объединяющим целый класс компьютеров, который получает массовое производство и распространение. Их применение позволяет аккумулировать вычислительные мощности и все виды вычислительных услуг на серверах в сетях ЭВМ. В связи с этим отпадает необходимость каждому пользователю иметь собственные автономные средства обработки. Очень многие из них могут обращаться к вычислительным ресурсам сетей с помощью простейших средств доступа - сетевых компьютеров. Требуемая информация и нужные виды ее обработки будут выполнены серверами сети, а пользователи получают уже готовые, требуемые им результаты.

Уже теперь понятие “сетевой компьютер” отождествляется с целым спектром моделей, различающихся своими функциональными возможностями. Чаще всего под сетевым компьютером понимают достаточно дешевый компьютер с малой оперативной памятью, с отсутствием жесткого и гибкого дисков и со слабым программным обеспечением. Стоимость сетевого компьютера должна быть намного ниже стоимости персонального компьютера достаточно сложной конфигурации.

Классификация сетевых компьютеров

Возможна достаточно широкая классификация сетевых компьютеров в соответствии с их возможностями по представлению данных, выполнения отдельных простейших программ и приложений. Наиболее часто выделяют:

þ Windows-терминалы (Windows-based Terminal, WBT) – настольные и мобильные персональные компьютеры (ПК) с операционной системой

Windows СЕ. Рассчитаны на запуск приложений на сервере и получение от него данных;

þ простейшие универсальные сетевые компьютеры (“тонкие клиенты”) – настольные ПК с доступом к различным сетевым ресурсам. Практически все требуемые пользователям программы должны выполняться на сервере;

þ сетевые компьютеры Java (Java Net PC), способные выполнять простейшие Java-программы;

þ достаточно мощные сетевые компьютеры (Net PC) – настольные ПК с резидентной операционной системой, способные работать с большинством приложений.

Классы персональных компьютеров

Микрокомпьютеры - наиболее часто используемый и широко распространенный тип компьютеров. Микрокомпьютер часто называют персональным компьютером или персональной ЭВМ (ПЭВМ), т.е. компьютером (ЭВМ) общего назначения, предназначенным для индивидуального пользования. Различают следующие классы персональных компьютеров.

1) настольный ПК (Dessktop или Tabletop) - малогабаритная ЭВМ настольного типа, обычно состоящая из системного блока, содержащего целый ряд устройств, обеспечивающих работу компьютера, клавиатуры, позволяющей вводить информацию в компьютер, и монитора (дисплея), предназначенного для изображения графической и текстовой информации. Настольные ПК отличаются друг от друга формой и расположением (горизонтального/вертикального) корпуса системного блока - это могут быть так называемые:

настольные персональные компьютеры (ПК) башенного типа (tower),

большие настольные ПК (Big), средние настольные ПК (Midi), малые настольные ПК (Mini), настольные ПК малютки (Baby), настольные ПК слимы (Slim), настольные ПК “размером книги” (Book

Size),2) портативные (Portable) или мобильные (Mobile) ПК -

представляют собой меньшие по размеру по сравнению с настольными ПК, имеющие встроенное автономное питание, и у которых системный блок, монитор и клавиатура заключены в один корпус, конструктивно, как крышка и клавиатура. Эти ПК могут быть следующих видов:

“блокнотные” ПК (Notebook) - ПЭВМ типа записной книжки или другими словами “компьютер - блокнот”;

“накаленный” ПК (Lap top) - ПЭВМ, размеры и масса которого позволяют работать с ним “на коленях”;

“подблокнотные” ПК (Subnotbook) - ПЭВМ меньшего размера, чем “блокнотные” и “накаленные” ПК;

cредний класс, ультра-портативные ноутбуки (ultra portables) - предназначен для полноценной работы в дороге

класс "тяжелых", или полновесных ноутбуков (full-size notebooks) - полноценно заменяют рабочий ПК, с большим экраном, дополнительными батареями, развитыми мультимедийными функциями и т.д.

ручные ПК (Hand-held или Palm-top) - ПЭВМ миниатюрных размеров (с почтовую открытку), который можно держать в одной руке, другой работать на нем, а переносить или хранить в кармане одежды;

карманные ПК (Pocket или Pocket - Size) - миниатюрные компьютеры, которые очень близки по своим возможностям к ручным ПК, но еще меньше по размеру.

3) специализированные ПК - представляют собой миниатюрные компьютеры. Среди специализированных миниатюрных ПК можно выделить (см. рис.1):

электронные органайзеры (electronic organazers) и персональные цифровые секретары (personal Digital Assistant - PDA) - миниатюрные специализированные ПК, весом менее 500 грамм, предназначенные для организации и планирования индивидуальной деятельности любого человека, с возможностью ведения личных баз данных, формирования сообщений и отправки их нужному адресату;

программные калькуляторы (Programmable Calculators) - миниатюрный компьютер, предназначенный для специализированной обработки научной и/или бизнес - информации, имеющий собственный язык программирования;

калькуляторы (Calculators) - наименьшие, массовые, широкоиспользуемые ПК, специализированные на выполнение определенных видов вычислений (основные математические операции, несложные инженерные, технические и экономические расчеты и т.д.);

электронные игры (Calculator/computer - electronic games) - миниатюрный специализированный компьютер или калькулятор, реализующий функции одной или нескольких игр.

Рис. 1. Электронные органайзеры, калькуляторы, электронные игры

Класс самых миниатюрных ПК, которые в последнее время получили название “микросы” (Micros), постоянно расширяется с одновременным процессами и их дальнейшей миниатюризации, повышения мощности и наделения новыми функциональными возможностями.

4) "перьевые”, планшетные ПК (Penbased или Tablets) - ПЭВМ со специализированным набором функций, управляемые при помощи специального “пера” (перьевого манипулятора). Среди “перьевых”, планшетных ПК имеются ПЭВМ, размером ручных, карманных и

калькуляторов. Наиболее широко возможность управления при помощи пера используется в персональных цифровых ассистентах PDA.

а) б)

Рис. 2. Планшетные компьютеры: (а) Skeye.pad SL и (б) DynaBook SS3500


1 пример из «жизни» ноутбуков

Китайская компания Lenovo уже в этом году планирует выпустить первый в

мире ноутбук, оснащенный двумя жидкокристаллическими экранами. Lenovo должна закончить работы по созданию новинки, получившей,

кстати, "рабочее" название Vela, к четвертому кварталу текущего года. Vela помимо "традиционного" монитора будет обладать небольшим дисплеем, размещенным на внешней стороне крышки. При работе с ним ноутбук будет переводиться в состояние пониженного энергопотребления. Разработчики отмечают, что даже при работе с внешним монитором пользователь сможет выполнять большинство необходимых ему ежедневных функций, таких, например, как работа с корпоративной сетью или электронной почтой.

Ноутбук будет базироваться на платформе следующего поколения Intel Sonoma. Основной дисплей лэптопа будет иметь диагональ 15,4 дюйма, а внешний - 4,4 дюйма.

2 пример из «жизни» суперкомпьютеров

Корпорация IBM работает над созданием кластерной системы под названием Blue Gene/L, в задачи которой будет входить моделирование

процессов, происходящих в космосе. В IBM надеются запустить Blue Gene/L в 2005 году.

Новый суперкомпьютер будет построен на 12 тысячах процессорах, каждый из них содержит два ядра: одно из которых отвечает за обработку информации, а другое - за обеспечение связи. В IBM подсчитали, что теоретически производительность всей системы достигнет отметки 34 триллионов операций в секунду. Выбранная программная платформа - специально адаптированная версия Linux.

По своим характеристикам Blue Gene/L близко подберется к нынешнему лидеру рейтинга пятисот самых мощных суперкомпьютеров мира – кластеру Earth Simulator, разработанному компанией NEC и выполняющему 37 триллионов операций в секунду.

3 пример из «жизни» КПК

Аналитическая компания In-stat/MDR опубликовала отчет за 2003 год, а также прогноз на 2004 год рынка КПК.

Как сказано в отчете, в 2003 году произошло небольшое снижение объёма продаж КПК по сравнению с 2002 годом. Причем больший объем проданной продукции приходится на долю компании palmOne. Она почти в два раза превосходит показатели своего ближайшего конкурента - компании Hewllet-Packard.

В In-stat/MDR уверены, что в нынешнем году ситуация коренным образом изменится. Аналитики прогнозируют: количество проданных КПК в 2004 году составит 10,8 миллиона штук, т.е. произойдет рост рынка на 6,5%.

4 пример из «жизни» КПК

Аналитическая компания In-stat/MDR опубликовала отчет за 2003 год, а также прогноз на 2004 год рынка КПК.

Как сказано в отчете, в 2003 году произошло небольшое снижение объёма продаж КПК по сравнению с 2002 годом. Причем больший объем проданной продукции приходится на долю компании palmOne. Она почти в два раза превосходит показатели своего ближайшего конкурента - компании Hewllet-Packard.

В In-stat/MDR уверены, что в нынешнем году ситуация коренным образом изменится. Аналитики прогнозируют: количество проданных КПК в 2004 году составит 10,8 миллиона штук, т.е. произойдет рост рынка на 6,5%.

Тема 14. Внутреннее устройство персонального компьютера

Персональный компьютер - универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В таком комплекте компьютер обычно

поставляется. Понятие базовой конфигурации может меняться. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства:

• системный блок; • монитор;• клавиатуру;• мышь.

Системный блок

Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.

Системный блок состоит из:1. корпуса;2. материнской платы;3. процессора;4. оперативной памяти;5. жесткого диска;6. накопителя флоппи-дисков;7. накопителя компакт- (или DVD) дисков;8. видеокарты;9. звуковой карты

Корпус системного блока

По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса. Корпуса персональных компьютеров выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении. Корпуса, имеющие вертикальное исполнение, различают по габаритам: полноразмерный (big tower), среднеразмерный (midi tower) и малоразмерный {mini tower). Среди корпусов, имеющих горизонтальное исполнение, выделяют плоские и особо плоские (slim).

Кроме формы, для корпуса важен параметр, называемый форм-фактором. От него зависят требования к размещаемым устройствам. В настоящее время в основном используются корпуса двух форм-факторов: АТ и АТХ. Форм-фактор корпуса должен быть обязательно согласован с форм-фактором главной (системной) платы компьютера, так называемой материнской платы.

Корпуса персональных компьютеров поставляются вместе с блоком питания и, таким образом, мощность блока питания также является одним из

параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной является мощность блока питания 200-250 Вт.

Рис. 1. Примеры системных блоков

Начнем рассмотрение компонент персонального компьютера с его внутренних устройств. Все основные внутренние устройства персонального компьютера сосредоточены в системном блоке и располагаются в основном на специальном устройстве – материнской плате.

!Материнская плата – основная плата персонального

компьютера, которая используется для размещения его внутренних устройств.

Внутренняя схема персонального компьютера представлена на рис.2.

Рис.2. Внутренняя схема персонального компьютера

Материнская плата (mainboard, matherboard, systemboard)

Материнскую плату еще часто называют системной платой. Это основа компьютера. Именно эта плата определяет, какого типа процессор можно использовать, какой максимальный размер оперативной памяти можно будет установить и т. д.

Все платы расширения (видеокарта, контроллер SCSI, модем, сетевая карта и т. д.) крепятся к материнской плате. Кроме того, на материнской плате находятся микросхемы, управляющие всем, что есть в компьютере.

Основные компоненты системной платы, которые видны на фото и обозначены цифрами:

1. Процессорное гнездо.

2. Разъемы для оперативной памяти.3. Интерфейсы шины PCI.4. Микросхема системной логики (чипсет).5. Интерфейсы для подключения жестких дисков и накопителей CD

или DVD дисков.6. Интерфейсы для подключения FDD.7. Блок портов ввода/вывода.

Процессор

Процессор - это устройство, которое занимается обработкой и вычислением данных. Современные процессоры очень сложны. Основой любого процессора является ядро, которое состоит из миллионов транзисторов, расположенных на кристалле кремния.

Процессор можно разделить на две части: - АЛУ (Арифметико-Логическое Устройство) - занимается

обработкой данных- УУ (Устройство Управления) – занимается передачей данных.

Процессор снабжен внутренней памятью. Называется она кэш-память и бывает двух уровней.

Современные процессоры имеют корпуса типа PGA (Pin Grid Array – шахматная решетка массива штырьков). На данный момент времени существуют несколько производителей процессоров, среди них можно особо выделить Intel и AMD.

! Внутренняя память процессора называется кэш-памятью

Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах. Среди регистров процессора есть и такие, которые в зависимости от своего содержания способны модифицировать исполнение команд. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано исполнение программ.

Рис. 2. Пример процессоров (слева – Athlon XP 3200+, справа – Athlon XP 3000+)

Следующий элемент - микропроцессорный комплект (чипсет). Это набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы.

Группы микропроцессоров

Чем шире набор системных команд процессора, тем сложнее его архитектура, тем длиннее формальная запись команды (в байтах), тем выше средняя продолжительность исполнения одной команды, измеренная в тактах работы процессора. Так, например, система команд процессоров Intel Pentium в настоящее время насчитывает более тысячи различных команд. Такие процессоры называют процессорами с расширенной системой команд — CISC-процессорами (CISC — Complex Instruction Set Computing).

В противоположность СISC-процессорам в середине 80-х годов появились процессоры архитектуры RISC с сокращенной системой команд (RISC — Reduced Instruction Set Computing). При такой архитектуре количество команд в системе намного меньше, и каждая из них выполняется намного быстрее. Таким образом, программы, состоящие из простейших команд, выполняются этими процессорами много быстрее. Оборотная сторона сокращенного набора команд состоит в том, что сложные операции приходится эмулировать далеко не эффективной последовательностью простейших команд сокращенного набора.

В результате конкуренции между двумя подходами к архитектуре процессоров сложилось следующее распределение их сфер применения:

CISC-процессоры используют в универсальных вычислительных системах;

RISC-npoцеccopы используют в специализированных вычислительных системах или устройствах, ориентированных на выполнение единообразных операций;

Нейропроцессоры - за один такт счета он совершает не 4 операции сложения, а 288.

Кроме того, существуют еще два типа микропроцессоров: VLIW (Very Length Instruction Word) – со сверх большим

командным словом; MISC (Minimum Instruction Set Command) – с минимальным

набором системы команд и весьма высоким быстродействием

ШИНЫ

Если процессор – это сердце персонального компьютера, то шины – это артерии и вены по которым текут электрические сигналы.

! Шины - это каналы связи, применяемые для организации взаимодействия между устройствами компьютера.

Те разъемы, куда вставляются платы расширения это не шины. Это интерфейсы (слоты, разъемы), с их помощью осуществляется подключение к шинам, которых, зачастую, вообще не видно на материнских платах.

Существует три основных показателя работы шины. Это тактовая частота, разрядность и скорость передачи данных.

ISA (Industrial Standard Architecture – промышленная стандартная архитектура)

Историческим достижением компьютеров платформы IBM PC стало внедрение почти двадцать лет назад архитектуры, получившей статус промышленного стандарта ISA (Industry Standard Architecture). Она не только позволила связать все устройства системного блока между собой, но и обеспечила простое подключение новых устройств через стандартные разъемы (слоты). Пропускная способность шины, выполненной по такой архитектуре, составляет до 5,5 Мбайт/с, но, несмотря на низкую пропускную способность, эта шина продолжает использоваться в компьютерах для подключения сравнительно «медленных» внешних устройств, например, звуковых карт и модемов.

Рис. 3. Разъем ISA - 16bitНа интерфейс 8 разрядной ISA было выведено 8 каналов данных и 20

каналов адреса. Все это позволяло адресовать до 1 Мбайт памяти. С появлением 80286 процессора, который мог обрабатывать уже 16 бит данных, появилась необходимость в 16 разрядной ISA, что и было

http://www.corbina.ru/~gasya/homelan/L/isa/isa1604.jpg

реализовано в 1984 году. Разъем был дополнен еще 36 каналами, 8 из которых были выведены под данные, а 7 – под адрес. Следует отметить, что некоторые платы расширения, рассчитанные на 8 разрядную шину, могут работать и с 16 разрядной. Кстати, понятие ключ – выступ в разъеме и вырез в подключаемой плате, появился вместе с 16 разрядной ISA. Так как до 1987 года IBM отказывалась публиковать полное описание и временные диаграммы ISA, многие производители железа решились на разработку собственных шин. Так появилась 32 разрядная ISA, которая не нашла применения, но фактически предопределила появление шин MCA и EISA. В 1985 году фирма Intel разработала 32 разрядный 80386 процессор, который увидел свет в конце 1986 года. Появилась насущная необходимость в 32 разрядной шине ввода/вывода. Вместо того, что бы продолжить дальнейшую разработку ISA, в IBM создали новую шину MCA (Micro Channel Architecture – микроканальная архитектура) которая во всех отношениях превосходила свою предшественницу:

1. Был использован арбитр шины CACP (Central Arbitration Control Point), который позволял любому подключенному к шине устройству передавать данные любому другому устройству, так же подключенному к этой шине. Кроме этого, CACP предотвращал конфликты и монополизацию шины каким либо одним устройством.

2. Шина MCA не синхронизирована с процессором, что позволяет снизить возможность лишних конфликтов и помех между платами.

3. Отсутствие переключателей и перемычек свело установку плат расширения к простому, не требующему дополнительной квалификации, действию.

Но этот стандарт не нашел применения, т.к.: 1) фирма IBM потребовала от всех фирм – производителей,

желающих использовать MCA заплатить деньги за использование ISA во всех ранее выпущенных компьютерах.

2) компьютерный мир оказался попросту не готов принять в 1987 году подход Plug and Play

3) цена первых MCA была очень высокой.Все эти факторы привели к появлению шины EISA, про MCA все

забыли.

EISA (Extended Industry Standard Architecture – расширенная промышленная стандартная архитектура)

Расширением стандарта ISA стал стандарт EISA (Extended ISA), отличающийся увеличенным разъемом и увеличенной производительностью (до 32 Мбайт/с). Как и ISA, в настоящее время данный стандарт считается устаревшим. После 2000 года выпуск материнских плат с разъемами ISA/EISA и устройств, подключаемых к ним, прекращается.

С несколькими фирмами – партнерами Compaq создала комитет EISA, который занимался разработкой нового стандарта. Уже в 1989 году появились первые персональные компьютеры, материнские платы которых были оснащены шиной EISA. Основное ее отличие заключалось в 32 разрядной технологии, хотя и создавалась она на основе архитектуры все той же ISA (тактовая частота осталась прежней – 8,33 МГц). Преимущества новой технологии очевидны: как и в MCA, используется арбитраж запросов ISP (Integrated System Peripheral), повысилась скорость обмена данными, мощность, потребляемая каждым из адаптеров может достигать 45 Вт. При этом была сохранена совместимость с платами, рассчитанными для работы с ISA. Скорость передачи данных равнялась 33 Мбайт/сек. Ко всему прочему, в компьютерах с шиной EISA была предусмотрена возможность автоматической настройки прерываний и адресов адаптеров. Но, к сожалению, и этот проект через короткое время оказался не жизнеспособным.

С повышением тактовых частот и разрядности процессоров настала насущная проблема в повышении скорости передачи данных в шинах (какой смысл использовать камень с тактовой частотой, скажем, 66 МГц, если шина работает на частоте лишь 8,33 МГц). В одних случаях, например клавиатура или мышь, высокая скорость ни к чему. Но инженеры фирм, производителей плат расширения, готовы были изготовлять устройства со скоростью, которую шины не могли предоставить.

Какое же решение было принято? Часть операций по обмену данными осуществлять не через стандартные разъемы шины ввода/вывода, а через дополнительные высокоскоростные интерфейсы. Дело в том, что эти самые высокоскоростные интерфейсы подключаются к шине процессора. Из этого следует, что подключаемые платы будут иметь доступ непосредственно к процессору через его шину. Все это получило название LB (Local Bus – локальная шина). Первые шины ISA как раз и были локальными, но когда их тактовая частота превысила 8 МГц, произошло разделение. А в 1992 году появился еще один расширенный вариант ISA – VLB (VESA Local Bus).

VLB (VESA Local Bus)

Название интерфейса переводится как локальная шина стандарта VESA ( VESA Local Bus). Понятие «локальной шины» впервые появилось в конце 80-х годов. Оно связано тем, что при внедрении процессоров третьего и четвертого поколений (Intel 80386 и Intel 80486) частоты основной шины (в качестве основной использовалась шина ISA/EISA) стало недостаточно для обмена между процессором и оперативной памятью. Локальная шина, имеющая повышенную частоту, связала между собой процессор и память в обход основной шины. Впоследствии в эту шину «врезали» интерфейс для подключения видеоадаптера, который тоже требует повышенной пропускной способности, — так появился стандарт VLB, который позволил поднять тактовую частоту локальной шины до 50 МГц и обеспечил пиковую пропускную способность до 130 Мбайт/с.

Основным недостатком интерфейса VLB стало то, что предельная частота локальной шины и, соответственно, ее пропускная способность зависят от числа устройств, подключенных к шине. Так, например, при частоте 50 Мц к шине может быть подключено только одно устройство (видеокарта). Для сравнения скажем, что при частоте 40 Мгц возможно подключение двух, а при частоте 33 Мгц — трех устройств.

VLB была локальной шиной, которая не изменяла, а дополняла существующие стандарты. Просто к основным шинам добавлялось несколько новых быстродействующих локальных слотов. Популярность шины VLB продлилась до 1994 года. VESA (Video Electronic Standard Association) - это ассоциация, которая и предложила новую, уже действительно локальную, шину (не без участия фирмы NEC). Скорость передачи данных VLB равнялась 128 – 132 Мбайт/сек, а разрядность –32. Тактовая частота достигала 50 МГц, но реально не превышала 33 МГц в связи с частотными ограничениями самих слотов. Дополнительные разъемы VLB имеют 116 контактов. Основная функция, для которой была предназначена новая шина – обмен данными с видеоадаптером. Но новая шина имела ряд недостатков, которые не позволили ей долго просуществовать на рынке инфотехнологий. Ну да ладно: чем дальше в лес, тем толще партизаны. Уже в 1992 году начались разработки новой локальной шины PCI.

PCI (Peripheral Component Interconnect bus – шина соединения периферийных компонентов)

Интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect — стандарт подключения внешних компонентов) был введен в персональных компьютерах, выполненных на базе процессоров Intel Pentium. По своей сути это тоже интерфейс локальной шины, связывающей процессор с оперативной памятью, в которую врезаны разъемы для подключения внешних устройств. Для связи с основной шиной компьютера (ISA/ EISA) используются специальные интерфейсные преобразователи — мосты PCI (PCI Bridge). В

современных компьютерах функции моста PCI выполняют микросхемы микропроцессорного комплекта (чипсета).

Данный интерфейс поддерживает частоту шины 33 МГц и обеспечивает пропускную способность 132 Мбайт/с. Последние версии интерфейса поддерживают частоту до 66 МГц и обеспечивают производительность 264 Мбайт/с для 32-разрядных данных и 528 Мбайт/с для 64-разрядных данных.

Важным нововведением, реализованным этим стандартом, стала поддержка так называемого режима plug-and-play, впоследствии оформившегося в промышленный стандарт на самоустанавливающиеся устройства. Его суть состоит в том, что после физического подключения внешнего устройства к разъему шины PC/происходит обмен данными между устройством и материнской платой, в результате которого устройство автоматически получает номер используемого прерывания, адрес порта подключения и номер канала прямого доступа к памяти.

Конфликты между устройствами за обладание одними и теми же ресурсами (номерами прерываний, адресами портов и каналами прямого доступа к памяти) вызывают массу проблем у пользователей при установке устройств, подключаемых к шине ISA. С появлением интерфейса РС1и с оформлением стандарта plug-and-play появилась возможность выполнять установку новых устройств с помощью автоматических программных средств — эти функции во многом были возложены на операционную систему.

В июне 1992 года на сцене появился новый стандарт – PCI, родителем которого была фирма Intel, а точнее организованная ею группа Special Interest Group. К началу 1993 года появился модернизированный вариант PCI. По сути дела эта шина не является локальной (локальная шина – это та шина, которая подключена к системной шине напрямую). PCI же для подключения к оной использует Host Bridge (главный мост), а так же еще и Peer-to-Peer Bridge (одноранговый мост) который предназначен для соединения двух шин PCI. Кроме всего прочего, PCI является сама по себе мостом между ISA и шиной процессора. Появление шины PCI на рынке производителей всевозможных устройств было своеобразной маленькой революцией. Разнообразие плат расширения, использующих шину PCI настолько велико, что их сложно даже перечислять. Тактовая частота PCI может быть равна или 33 МГц или 66 МГц. Разрядность – 32 или 64. Скорость передачи данных – 132 Мбайт/сек или 264 Мбайт/сек. Стандартом PCI предусмотрены три типа плат в зависимости от питания:

1. 5 Вольт – для стационарных компьютеров2. 3,3 Вольт – для портативных компьютеров3. Универсальные платы могущие работать в обоих типах

компьютеров.Большим плюсом шины PCI является удовлетворение спецификации

Plug and Play. Кроме этого, в шине PCI любая передача сигналов происходит пакетным образом, где каждый пакет разбит на фазы. Начинается пакет с

фазы адреса, за которой, как правило, следует один или несколько фаз данных. Количество фаз данных в пакете может быть неопределенно, но ограничено таймером, который определяет максимальное время, в течение которого устройство может использоваться шиной. Такой вот таймер имеет каждое подключенное устройство, а его значение может быть задано при конфигурировании. Для организации работы по передачи данных используется арбитр. Дело в том, что на шине могут находиться два типа устройств – мастер (инициатор, хозяин, ведущий) шины и подчиненный. Мастер берет на себя контроль за шиной и инициирует передачу данных к адресату, т. е. подчиненному устройству. Мастером или подчиненным может быть любое подключенное к шине устройство и иерархия эта постоянно меняется в зависимости от того, какое устройство запросило у арбитра шины разрешения на передачу данных и кому. За бесконфликтную работу шины PCI отвечает чипсет, а точнее North Bridge.

Постоянное усовершенствование видеокарт привело к тому, что физических параметров шины PCI стало не хватать, что и привело к появлению AGP.

AGP (Accelerated Graphics Port – ускоренный графический порт)

Видеоадаптер — устройство, требующее особенно высокой скорости передачи данных. Как при внедрении локальной шины VLB, так и при внедрении локальной шины PCI видеоадаптер всегда был первым устройством, «врезаемым» в новую шину. Сегодня параметры шины PCI уже не соответствуют требованиям видеоадаптеров, поэтому для них разработана отдельная шина, получившая название AGP (Advanced Graphic Port — усовершенствованный графический порт). Частота этой шины соответствует частоте шины PCI (33 МГц или 66 МГц), но она имеет много более высокую пропускную способность — до 1066 Мбайт/с (в режиме четырехкратного умножения).

Рис.4. Принцип работы системной памяти (включая AGP)

На материнской плате этот порт существует в единственном виде (а больше и не к чему). Ни физически, ни логически он не зависит от PCI. Первый стандарт AGP 1.0 появился в 1996 году благодаря инженерам фирмы Intel.

Этой спецификации соответствовала тактовая частота 66,66 МГц, режим сигнализации 1х и 2х, а также напряжение равное 3,3 В. Следующая версия, AGP 2.0, появилась на свет в 1998 году и имела режим сигнализации 4х и рабочее напряжение равное 1,5 В. Скорость передачи данных – 533 Мбайт/сек (2х) и 1066 Мбайт/сек (4х). А чего же это такое – 2х, 4х? Основной (базовый) режим AGP называется 1х. В этом режиме происходит одиночная передача данных за каждый цикл. В режиме 2х передача происходит два раза за цикл. В режиме 4х передача данных происходит четыре раза за каждый цикл. И так далее. Ширина AGP 1.0 – 32 бита. Большим достижением AGP является то, что эта спецификация позволяет получить быстрый доступ к оперативной памяти, так как является локальной.

PCMCIA - (Personal Computer Метолу Card International Association — стандарт международной ассоциации производителей плат памяти

для персональных компьютеров)

Этот стандарт определяет интерфейс подключения плоских карт памяти небольших размеров и используется в портативных персональных компьютерах.

FSB - (front Side Bus)

Шина PCI, появившаяся в компьютерах на базе процессоров Intel Pentium как локальная шина, предназначенная для связи процессора с оперативной памятью, недолго оставалась в этом качестве. Сегодня она используется только как шина для подключения внешних устройств, а для связи процессора и памяти, начиная с процессора Intel Pentium Pro используется специальная шина, получившая название front Side Bus (FSB). Эта шина работает на очень высокой частоте 100-125 МГц. В настоящее время внедряются материнские платы с частотой шины FSB 133 МГц и ведутся разработки плат с частотой до 200 МГц. Частота шины FSB является одним из основных потребительских параметров — именно он и указывается в спецификации материнской платы. Пропускная способность шины FSB при частоте 100 МГц составляет порядка 800 Мбайт/с.

USB - (Universal Serial Bus —универсальная последовательная магистраль)

Этот стандарт определяет способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он позволяет подключать до 256 различных устройств, имеющих последовательный интерфейс. Устройства могут

включаться цепочками (каждое следующее устройство подключается к предыдущему). Производительность шины USB относительно невелика и составляет до 1,5 Мбит/с, но для таких устройств, как клавиатура, мышь, модем, джойстик и т. п., этого достаточно. Удобство шины состоит в том, что она практически исключает конфликты между различным оборудованием, позволяет подключать и отключать устройства в -«горячем режиме» (не выключая компьютер) и позволяет объединять несколько компьютеров в простейшую локальную сеть без применения специального оборудования и программного обеспечения.

Оперативная память

Оперативная память (RAM — RandomAccess Memory) — это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Существует много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).

Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти. Недостатки этого типа связаны, во-первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, то есть запись данных происходит сравнительно медленно. Второй важный недостаток связан с тем, что заряды ячеек имеют свойство рассеиваться в пространстве, причем весьма быстро. Если оперативную память постоянно не «подзаряжать», утрата данных происходит через несколько сотых долей секунды. Для борьбы с этим явлением в компьютере происходит постоянная регенерация (освежение, подзарядка) ячеек оперативной памяти. Регенерация осуществляется несколько десятков раз в секунду и вызывает непроизводительный расход ресурсов вычислительной системы.

Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронные микроэлементы — триггеры, состоящие из нескольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и, соответственно, дороже.

Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используют в качестве вспомогательной памяти (так называемой кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора.

Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который выражается числом. В настоящее время в процессорах Intel Pentium и некоторых других принята 32-разрядная адресация, а это означает, что всего независимых адресов может быть 232. Таким образом, в современных компьютерах возможна непосредственная адресация к полю памяти размером 232 = 4 294 967 296

байт (4,3 Гбайт). Однако это отнюдь не означает, что именно столько оперативной памяти непременно должно быть в компьютере. Предельный размер поля оперативной памяти, установленной в компьютере, определяется микропроцессорным комплектом (чипсетом) материнской платы и обычно составляет несколько сот Мбайт.

Одна адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек, в которых можно сохранить 8 бит, то есть один байт данных. Таким образом, адрес любой ячейки памяти можно выразить четырьмя байтами.

Представление о том, сколько оперативной памяти должно быть в типовом компьютере, непрерывно меняется. В середине 80-х годов поле памяти размером 1 Мбайт казалось огромным, в начале 90-х годов достаточным считался объем 4 Мбайт, к середине 90-х годов он увеличился до 8 Мбайт, а затем и до 16 Мбайт. Сегодня типичным считается размер оперативной памяти 32-64 Мбайт, но очень скоро эта величина будет превышена в 2-4 раза даже для моделей массового потребления.

Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате. Если к разъемам есть удобный доступ, то операцию можно выполнять своими руками. Если удобного доступа нет, может потребоваться неполная разборка узлов системного блока, и в таких случаях операцию поручают специалистам.

Рис. 5. SIMM- и DIMM- модули

Конструктивно модули памяти имеют два исполнения — однорядные (SIMM-модули) и двухрядные (DIMM-модули). На компьютерах с процессорами Pentium однорядные модули можно применять только парами (количество разъемов для их установки на материнской плате всегда четное), а DIMM-модули можно устанавливать по одному. Многие модели материнских плат имеют разъемы как того, так и другого типа, но комбинировать на одной плате модули разных типов нельзя.

Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются объем памяти и время доступа. SIMM-модули поставляются объемами 4,8,16,32 Мбайт, а DIMM-модули — 16,32,64,128 Мбайт и более. Время доступа показывает, сколько времени необходимо для обращения к ячейкам памяти — чем оно меньше, тем лучше. Время доступа измеряется в миллиардных долях секунды (наносекундах, нс). Типичное время доступа к оперативной памяти для SIMM-модулей — 50-70 нс. Для современных DIMM-модулеи оно составляет 7-10 нс.

На данный момент существует несколько типов оперативных запоминающих устройств.

SDRAM DDRSDRAM

RDRAMТак же существует несколько типов разъемов для линеек оперативной

памяти:1. SIMM и DIMM (SIMM уже очень устарела и сейчас встречается

только в старых компьютерах).2. RIMM.

Логическая структура оперативной памяти

Делится логическая структура оперативной памяти на несколько областей (зон, разделов):

1. Conventional memory – основная память;2. UMA (Upper Memory Area) – верхняя память;3. HMA (High Memory Area) – область верхней памяти или область

верхних адресов;4. XMS (eXtended Memory Specification) – дополнительная память;5. EMS (Expanded Memory Specification) – расширенная память.

Зачем нужно разделение памяти на области? Тянется это еще с компьютеров PC/XT, когда рабочее пространство оперативной памяти составляло 1 Мбайт. Это пространство было разделено на области, в одну область грузились специальные программы DOS, в другую – все остальное. Деление, по началу было пополам: по 512 Кбайт для каждой области. Затем было решено, что для обслуживания системы вполне хватит 384 Кбайт. Это означало, что для всего остального оставалось уже 640 Кбайт. Сегодня объем оперативной памяти шагнул за сотни мегабайт, но деление осталось и еще более усложнилось.

Что бы рассказывать дальше о зонах памяти, необходимо сделать большое отступление. Оперативная память и адресное пространство – это не одно и тоже.

!Адресное пространство – это набор адресов, который может

формировать процессор. Каждая ячейка памяти имеет адрес. И что бы считать (или записать) хранимую в ней информацию, надобно к ней обратится по ее адресу.

Адреса делятся на:- виртуальные (логические) - физические.

Физические адреса – это реальные адреса реальных ячеек памяти. Программы оперируют символьными именами, которые затем транслятором преобразовываются в виртуальные адреса. Потом виртуальные адреса преобразовываются в физические. Делается это аппаратным способом.

Логические адреса представляются в шестнадцатеричной форме и состоят из двух частей. Дело в том, что логически оперативная память разделена на сегменты. Так вот первая часть логического адреса – начало сегмента, а вторая – смещение от этого начала (сегмент:смещение). Выглядит это примерно так: D000:7FFF. Кстати, записать подобный адрес можно и по-другому, сложив обе части. Получим D7FFF – это будет полный, а точнее линейный адрес. Объем адресуемой памяти не безграничен. Он зависит от адресной шины процессора, а точнее от ее разрядности. В процессоре 8086 использовалась 20 разрядная адресная шина. Так как в компьютерах используется двоичная система, то возведя 2 в степень 20, получим максимальный адресуемый объем памяти для 8086 процессора. Это будет 1 048 576 байт или 1 Мбайт. Для современных процессоров максимальный адресуемый объем памяти равен 64 Гбайт.

Основная память

Основная память (Conventional memory) начинается с адреса 00000 (0000:0000) и до 90000 (9000:0000). Это занимает 640 Кбайт. В эту область грузится в первую очередь таблица векторов прерываний, начиная с 00000 и занимает 1 Кбайт, далее следуют данные из BIOS (счетчик таймера, буфер клавиатуры и т. д.), а затем уже 16 разрядные программы DOS (для них 640 Кбайт – барьер, за который могут выскочить только 32 разрядные программы). На данные BIOS’а отводится 768 байт.

Верхняя память (UMA)

Верхняя память (UMA) - начинается с адреса А0000 и до FFFFF. Занимает она 384 Кбайт. Сюда грузится информация, связанная с аппаратной частью компьютера. UMA можно разделить на 3 части по 128 Кбайт. Первая часть (от А0000 до BFFFF) предназначена для видеопамяти. В следующую часть (от C0000 до DFFFF) грузятся программы BIOS адаптеров. Последняя часть (от E0000 до FFFFF) зарезервирована для системной BIOS. Тут есть одна особенность. Дело в том, что последние 128 Кбайт не полностью используются. В большинстве случаев под BIOS задействованы только последние 64 Кбайт. Свободная же часть UMB управляется драйвером EMM386.EXE и используется для нужд операционной системы.

Во времена первых персональных компьютеров, процессоры могли выполнять только лишь 16 разрядные команды, а адресовать не более 1 Мбайта памяти, так как использовали 20 разрядную адресную шину (где-то я уже говорил это). Операционная система DOS и все прикладные программы были на это рассчитаны. При этом, выполняться могла только одна программа – это так называемый однозадачный режим. Никакой защиты от перезаписи ячеек памяти одной программы другой не было. Такой режим назвали реальный. Затем на свет появился первый 32 разрядный процессор 80386, который мог уже работать с 32 разрядными приложениями. Но так же и возможность работать со старыми программами была оставлена. В новом процессоре адресная шина была либо 24 разрядной (386SX, 386SL) или 32 разрядной (386DX). Понятно, что адресовать он мог уже большее пространство. При этом была решена задача защиты данных в ячейках памяти от перезаписи. Такой вот режим назвали защищенным.

XMSОсновная и верхняя память занимают 1 Мбайт памяти в общей

сложности. Что бы работать с областью свыше 1 Мбайта, процессор должен работать в защищенном режиме. Эта область называется дополнительная память (XMS). Что бы работать в XMS используя DOS, для процессоров был разработан еще один режим – виртуальный. DOS не может перейти барьер в 640 Кбайт. Виртуальный режим позволяет разбить дополнительную память на части по 1 Мбайту. В каждую часть грузится по программе DOS и там они варятся в реальном режиме, но уже не мешая друг другу выполнятся одновременно. Для 32 разрядных приложений барьера в 640 Кбайт не существует и для них деление XMS ни к чему. Отвечает за перевод режимов процессора драйвер EMM386.EXE, а за организацию самой области – HIMEM.SYS. Посмотреть, что творится у Вас в XMS можно с помощью SysInfo из набора Norton Utilities.

HMA

В дополнительной области, в самом начале ее первого мегабайта выделена зона, объем которой равен 64 Кбайт минус 16 байт. Называется она областью верхних адресов (HMA). История появления этой области лежит корнями глубоко и тянется аж к 80286 процессору, а точнее к ошибке в его схеме. Процессоры 8086 и 8087 имели 20 разрядную адресную шину, работали в реальном режиме и могли максимально обратится по адресу FFFFF (FFFF:000F). А вот 80286 процессор имел уже 24 разрядную шину адреса, работал в реальном и защищенном режимах и мог адресовать до 16 Мбайт памяти.

Теперь рассмотрим пример: возьмем сегментный адрес FFFF:FFFF и переведем его в линейный, получим 10FFEF. Такой адрес 8086 процессор адресовать не мог, так как это уже во втором мегабайте памяти. В подобных случаях делалось просто – откидывался старший разряд. Получится 0FFEF, а это уже обращение на 16 байт от конца первого сегмента в 64 Кбайт первого

мегабайта памяти. И 80286 процессор, работая в реальном режиме, должен был поступать также. Но проблема заключалась в том, что в этом режиме 21 линия шины адреса (А20) не отключалась и оставалась в работе. А значит, получалось в данном случае обращение на 16 байт от конца первого сегмента в 64 Кбайт второго мегабайта памяти. Не все программы могли тогда работать таким образом и инженеры нашли способ включать и отключать линию А20. Для этих целей использовался специальный контроллер. Для управления HMA используется HIMEM.SYS.

EMSЕще одна область – расширенная память (EMS). Данная область на

сегодняшний день мало кому нужна и мало кем используется. Находится эта область в верхней памяти и занимает порядка 64 Кбайт. Использовалась она лишь в старых компьютерах с оперативной памятью до 1 Мбайта. В силу своей спецификации это достаточно медленная область. Дело в том, что расширенная память – это один из многих коммутируемых сегментов. После того, как сегмент заполнится, происходит смена использованного сегмента новым. Но работать можно только с одним сегментом, не совсем хорошо, удобно и быстро. Как правило, первый сегмент EMS находится по адресу D000.

Рис. 6. Логическая структура оперативной памятиСверхоперативная память

Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с оперативной памятью. Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область — так называемую

кэш-память. Это как бы «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор заносит его одновременно и в кэш-память. «Удачные» обращения в кэш-память называют попаданиями в кэш. Процент попаданий тем выше, чем больше размер кэш-памяти, поэтому высокопроизводительные процессоры комплектуют повышенным объемом кэш-памяти.

Нередко кэш-память распределяют по нескольким уровням. Кэш первого уровня выполняется в том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десятков Кбайт. Кэш второго уровня находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном кристалле. Кэш-память первого и второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора.

Кэш-память третьего уровня выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM и размещают на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут достигать нескольких Мбайт, но работает она на частоте материнской платы.

Микросхема ПЗУ и система BIOS

В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего — ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения.

Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково). Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам.

Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет. Он указывает на другой тип памяти — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» — их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.

Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS — Basic Input Output System). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS, позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.

Энергонезависимая память CMOS

Работа таких стандартных устройств, как клавиатура, может обслуживаться программами, входящими в BIOS, но такими средствами нельзя обеспечить работу со всеми возможными устройствами. Так, например, изготовители BIOS абсолютно ничего не знают о параметрах наших жестких и гибких дисков, им не известны ни состав, ни свойства произвольной вычислительной системы. Для того чтобы начать работу с другим оборудованием, программы, входящие в состав BIOS, должны знать, где можно найти нужные параметры. По очевидным причинам их нельзя хранить ни в оперативной памяти, ни в постоянном запоминающем устройстве.

Специально для этого на материнской плате есть микросхема «энергонезависимой памяти», по технологии изготовления называемая CMOS. От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не стирается во время выключения компьютера, а от ПЗУ она отличается тем, что данные в нее можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем. какое оборудование входит в состав системы. Эта микросхема постоянно подпитывается от небольшой батарейки, расположенной на материнской плате. Заряда этой батарейки хватает на то, чтобы микросхема не теряла данные, даже если компьютер не будут включать несколько лет.

В микросхеме CMOS хранятся данные о гибких и жестких дисках, о процессоре, о некоторых других устройствах материнской платы. Тот факт, что компьютер четко отслеживает время и календарь (даже и в выключенном состоянии), тоже связан с тем, что показания системных часов постоянно хранятся (и изменяются) в CMOS.

Таким образом, программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе оборудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего они могут выполнить обращение к жесткому диску, а в случае необходимости и к гибкому, и передать управление тем программам, которые там записаны.

Жесткий диск

Основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. На самом деле это не один диск, а группа дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Таким образом, этот «диск» имеет не две поверхности, как должно быть у обычного плоского диска, а 2п поверхностей, где п — число отдельных дисков в группе. Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения-записи данных. При высоких скоростях вращения дисков (90 об/с) в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра

Дисковод гибких дисков

Дисковод, предназначенный для работы с дискетами. До сих пор не придумано устройство, позволяющее так же легко и быстро записывать на какой-либо носитель. Гибкие диски (дискеты) позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, а также хранить информацию. Практически все компьютеры имеют хотя бы один дисковод для дискет.

Распространены дискеты размером 3,5 и 5,25 дюйма (89 и 133 мм). В настоящее время используются только дискеты размером 3,5 дюйма («трехдюймовые») с емкостью 1,44 Мбайта. Трехдюймовые дискеты имеют специальную защелку для защиты от записи, открывающую или закрывающую небольшое окно в углу дискеты; запись возможна, только когда окно закрыто. Перед первым использованием дискеты специальным образом инициализируются (форматируются).

ДискетыНедостатки Достоинства

1. Малый объем (1,44 Мб).2. Вследствие того, что используется магнитный принцип хранения информации, дискеты не отличаются надежностью в плане длительного хранения этой самой информации.3. Малый срок службы.

1. Простота в работе.2. Дешевизна.3. Не требуется дополнительных программ для работы с дисководом (скажем, для записи).

Дисковод компакт-дисков CD-ROM

В период 1994-1995 годах в базовую конфигурацию персональных компьютеров перестали включать дисководы гибких дисков диаметром 5,25 дюйма, но вместо них стандартной стала считаться установка дисковода CD-ROM, имеющего такие же внешние размеры.

Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) переводится на русский язык как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска. Принцип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. Цифровая запись на компакт-диске отличается от записи на магнитных дисках очень высокой плотностью, и стандартный компакт-диск может хранить примерно 650 Мбайт данных.

Большие объемы данных характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы CD-ROM относят к аппаратным средствам мультимедиа.

!Программные продукты, распространяемые на лазерных

дисках, называют мультимедийными изданиями.

Сегодня мультимедийные издания завоевывают все более прочное место среди других традиционных видов изданий. Так, например, существуют книги, альбомы, энциклопедии и даже периодические издания (электронные журналы), выпускаемые на СD-ROM.

Основным недостатком стандартных дисководов CD-ROM является невозможность записи данных, но параллельно с ними существуют и устройства однократной записи CD-R (Compact Disk Recorder), и устройства многократной записи CD-RW.

Основным параметром дисководов CD-ROM является скорость чтения данных. Она измеряется в кратных долях. За единицу измерения принята скорость чтения в первых серийных образцах, составлявшая 150 Кбайт/с. Таким образом, дисковод с удвоенной скоростью чтения обеспечивает производительность 300 Кбайт/с, с учетверенной скоростью — 600 Кбайт/с и т. д. В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства чтения CD-ROM с производительностью 48х-52х. Современные образцы устройств однократной записи имеют производительность 16х-32х, а устройств многократной записи — до 32х.

DVD

К 1995 году фирмами Philips и Sony был разработан компакт диск повышенной емкости Multimedia CD. Toshiba и еще несколько компаний, создали другую технологию компакт дисков и тоже повышенной емкости. Началась битва за рынок. Тогда две крупнейшие группы, CITWG (Computer Industry Technical Working Group) и HVDAG (Hollywood Video Disc Advisory Group), объединились для борьбы против появления этих несовместимых стандартов. В 1995 году общими усилиями был создан новый стандарт – DVD. Он предназначался в первую очередь для киноиндустрии, как заменитель видеокассет и поэтому аббревиатура расшифровывалась как Digital Video Disc. Затем этот формат переименовали в Digital Versatile Disc – цифровой универсальный диск. Однако в 1997 году фирмы Philips и Sony вышли из консорциума. В последствии их примеру последовали и другие производители DVD.

На данный момент существует несколько форматов DVD и это привносит на рынок некоторую сумятицу т. к. не все форматы совместимы. Существуют DVD – R, DVD – ROM, DVD – RAM, DVD – RW. Приводы DVD – ROM без специальной доводки не могут читать диски DVD – RAM (за исключением DVD-ROM так называемого третьего поколения, выпускаемыми с середины 1999 года). Но приводы DVD – RAM могут читать DVD – ROM, а также CD – R и CD – RW. Привод DVD + RW совместим только с DVD – ROM и с обычными CD. А формат DVD + RW вообще не признается многими производителями. Устройства DVD-ROM первого поколения использовали режим CLV и считывали с диска со скоростью 1.38 Мб/с (в традиционном обозначении для DVD это 1х). Устройства второго поколения могли читать DVD с вдвое большей скоростью - 2х (2.8 Мб/с). Современные DVD-ROM - устройства третьего поколения - используют режим контроля вращения (CAV) с максимальной скоростью чтения 4х-6х (5.5 - 8.3 Мб/с) и более.

Основные отличия стандарта DVD от CD:1) используется лазер с меньшей длиной волны. Если в

накопителях CD – ROM длина волны равна 780-нанометров, то в накопителях DVD – 635 нанометров. Это позволяет уменьшить длину штриха и повысить скорость считывания данных.

2) вследствие применения более совершенных материалов, DVD используют для записи данных в два слоя на одной стороне диска или по одному слою, но с двух сторон диска или по два слоя с двух сторон диска, в зависимости от формата DVD. Емкость дисков варьируется от 2,6 Gb до 17 Gb.

3) используется совершенно новый формат секторов, более надежный код коррекции ошибок, и улучшенная модуляция каналов. Теперь давайте-ка, более подробно о слоях.

Single Side/Single Layer (односторонний/однослойный)Это самая простая структура DVD диска. На таком диске можно

разместить до 4.7 Гб данных. Эта емкость в 7 раз больше емкости обычного звукового CD и CD-ROM диска.

Single Side/Dual Layer (односторонний/двуслойный)Этот тип дисков имеет два слоя данных, один из которых

полупрозрачный. Оба слоя считываются с одной стороны и на таком диске можно разместить 8.5 Гб данных, т.е. на 3.5 Гб больше, чем на однослойном/одностороннем диске.

Double Side/Single Layer (двусторонний/однослойный)На таком диске помещается 9.4 Гб данных (по 4.7 Гб на каждой

стороне). Емкость такого диска вдвое больше одностороннего/однослойного DVD диска. Между тем, из-за того, что данные располагаются с двух сторон, придется переворачивать диск или использовать устройство, которое может прочитать данные с обеих сторон диска самостоятельно.

Double Side/Double Layer (двусторонний/двуслойный)

Структура этого диска обеспечивает возможность разместить на нем до 17 Гб данных (по 8.5 Гб на каждой стороне).

Толщина DV диска равна 0.6мм, что в половину меньше толщины стандартного диска CD. Это дает возможность соединить два диска обратными сторонами и получить двухсторонний диск по толщине равный обычному CD. По другой технологии, создается второй слой для размещения данных, это позволяет увеличить емкость одной стороны диска. Первый слой делается полупрозрачным, таким образом, лазерный луч может проходить через него и отражаться уже от второго слоя.

Кроме всего прочего, DV диски имеют возможность увеличить плотность записи. Для этого производители идут различными путями:

1. применяют более совершенный лазер2. уменьшают длину штриха3. уменьшают расстояние между витками4. увеличивают область данных без изменения общих размеров диска5. увеличивают эффективность ECC6. применяют более эффективную модуляциюТеперь о перезаписываемых дисках. К ним относиться формат DVD –

RAM. В таких дисках используется материал разработанный инженерами фирмы TDK и называется он AVIST. Принцип записи практически тот же, что и у CD. Важнейшие достоинства дисков формата DVD-RAM - это возможность перезаписи до 100 000 раз и наличие механизма коррекции ошибок записи. На дисках DVD+RW можно записать как потоковое видео или звук, так и компьютерные данные. Диски формата DVD+RW могут быть перезаписаны около 1000 раз, но формат DVD+RW продвигается только его разработчиками - компаниями Hewlett-Packard, Mitsubishi Chemical, Philips, Ricoh, Sony и Yamaha и не поддержан DVD-форумом. DVD-RW - формат

многократной записи, разработанный компанией Pioneer. Диски формата DVD-RW вмещают 4,7 ГБ на одну сторону, выпускаются в односторонней и двусторонней модификациях и могут быть использованы для хранения видео, аудио и других данных. Диски формата DVD-RW могут быть перезаписаны до 1000 раз. В отличие от форматов DVD+RW и DVD-RAM диски DVD-RW могут быть прочитаны на приводах DVD-ROM первого поколения.

Большим достижением в обеспечении совместимости в технологии DVD стала принятая в 2000 году единая файловая система MicroUDF. Файловая система MicroUDF - это адаптированная для применения в DVD версия файловой системы UDF (Universal Disk Format), которая, в свою очередь, основана на международном стандарте ISO-13346. Эта файловая система постепенно идет на смену устаревшей ISO9660, созданной в свое время для использования в компакт-дисках. На переходный период (пока не выйдут из обращения компьютерные устройства и диски, работающие в формате ISO9660) будет использоваться файловая система UDF Bridge, которая является некоторой комбинацией MicroUDF и ISO9660. Для записи Audio/Video DVD дисков может использоваться только MicroUDF.

Для защиты от нелегального копирования разработаны две спецификации: DVD-R(A) и DVD-R(G). Две эти версии одной спецификации используют различную длину волны лазера при записи информации. Таким образом, диски могут быть записаны только на соответствующем их спецификации оборудовании. Воспроизведение дисков может осуществляться одинаково успешно на любом оборудовании, поддерживающем формат DVD-R. DVD-R(A) (DVD-R for Authoring) используется в профессиональных приложениях. В частности, поддержка специального формата (Cutting Master Format) позволяет применять эти диски для записи исходной реплики информации (пре-мастеринг) вместо обычного использования для этих целей DLT лент.

DVD-R(G) (DVD-R for General) предназначена для более широкого применения. Диски этого формата защищены от возможности побитового копирования на них информации с других дисков. Формат поддерживается в устройствах массового хранения (например, в роботизированных DVD библиотеках, предлагаемых самой компанией Pioneer).

Видеокарта (видеоадаптер)

За время существования персональных компьютеров сменилось несколько стандартов видеоадаптеров: МОЛ (монохромный); CGA (4 цвета); EGA (16 цветов); VGA (256 цветов). В настоящее время применяются видеоадаптеры SVGA, обеспечивающие по выбору воспроизведение до 16,7 миллионов цветов с возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений (640х480, 800х600,1024х768,1152х864; 1280х1024 точек и далее).

Разрешение экрана является одним из важнейших параметров видеоподсистемы. Чем оно выше, тем больше информации можно отобразить на экране, но тем меньше размер каждой отдельной точки и, тем самым, тем меньше видимый размер элементов изображения. Использование завышенного разрешения на мониторе малого размера приводит к тому, что элементы изображения становятся неразборчивыми и работа с документами и программами вызывает утомление органов зрения. Использование заниженного разрешения приводит к тому, что элементы изображения становятся крупными, но на экране их располагается очень мало.

Видеоускорение — одно из свойств видеоадаптера, которое заключается в том, что часть операций по построению изображений может происходить без выполнения математических вычислений в основном процессоре компьютера, а чисто аппаратным путем — преобразованием данных в микросхемах видеоускорителя. Видеоускорители могут входить в состав видеоадаптера (в таких случаях говорят о том, что видеокарта обладает функциями аппаратного ускорения), но могут поставляться в виде отдельной платы, устанавливаемой на материнской плате и подключаемой к видеоадаптеру.

Звуковая карта

Звуковая карта явилась одним из наиболее поздних усовершенствований персонального компьютера. Она подключается к одному из слотов материнской платы в виде дочерней карты и выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через внешние звуковые колонки, подключаемые к выходу звуковой карты. Специальный разъем позволяет отправить звуковой сигнал на внешний усилитель. Имеется также разъем для подключения микрофона, что позволяет записывать речь или музыку и сохранять их на жестком диске для последующей обработки и использования.

Порты

!Порты - это разъемы на задней панели системного блока

компьютера, которые служат для соединения с компьютером периферийных устройств, таких как монитор, клавиатура, мышка, принтер, сканер, и т.д.

На иллюстрации область расположения портов выделена розовой линией.

Существуют следующие основные типы портов: Параллельный порт Последовательный порт USB PS/2 AT/MIDI FireWire

Параллельный порт

! Параллельный порт - это скоростной порт, через который сигнал передается в двух направлениях по 8 параллельным линиям.

Параллельный порт был разработан в 1981 году и использовался в первых персональных компьютерах. Тогда он назывался нормальным.

Скорость передачи данных через параллельный порт - от 800 Кбит/сек до 16 Мбит/сек.

На схемах параллельные порты обозначают LP1, LP2 и т.д. (LP - Line Printer).

Через параллельные порты с компьютером соединяются принтеры, стриммеры и другие устройства, требующие высокую скорость передачи данных. Параллельные порты используют также для соединения двух компьютеров между собой.

Параллельный порт для принтера или

стриммера(25-контактный)

Параллельный порт для принтера (36-

контактный)

Параллельный порт для устройств SCSI

(50-контактный)

Последовательный порт

! Последовательный порт (Serial port или COM-port: Communications port) - это порт, через который данные передаются только в одном направлении в каждый момент времени.

Данные передаются последовательно сериями сначала в одном, потом в другом направлении.

Через последовательные порты подключаются устройствва, которые не требуют высокой скорости передачи данных - мышки, клавиатуры, модемы.

Скорость передачи данных через последовательный порт - 115 Кбит/сек.

На схемах параллельные порты обозначают COM1, COM2 и т.д.

Последовательный порт для модема или мышки (9-


Последовательный порт для модема или устройств SCSI (25-


Коннектор для 25-контактного последовательного порта

USB порт

! USB (Universal Serial Bus) - универсальный последовательный порт. Это порт, который позволяет подключать практически любые периферийные устройства.

В настоящее время производители периферийных устройств выпускают их в двух вариантах - с обычными для этих устройств портами (разными для разных устройств) и USB. Существуют и мышки, и клавиатуры для USB порта.

Важной особенностью USB портов является то, что они поддерживают технологию Plug and Play, т.е. при подключении устройства не требуется устанавливать драйвер для него, кроме того, порты USB поддерживают возможность "горячего подключения" - подключения при работающем компьютере.

Порт USB был разработан в 1998 году. Тогда он назывался просто USB. После того, как был разработан более скоростной порт, то существующий назвали USB 1.1, а новый - USB 2.

Разработка высокоскоростной технологии и, соответственно, порта USB 2 началась по инициативе компании Intel. В разработках участвовали кроме Intel и другие компании, в том числе Microsoft. Спецификация USB 2 была принята в апреле 2000 года.

Скорость передачи данных через порт USB 1.1 - 12 Мбит/сек. Для мышек и клавиатуры - 1,5 Мбит/сек.

Скорость передачи данных через порт USB 2 - 480 Мбит/сек.

PS/2 порт

! Порты PS/2 - это параллельные порты для мышки и клавиатуры.

Порт PS/2 был разработан компанией IBM в 1987 году и первоначально эти порты появились на компьютерах IBM. Эти порты и коннекторы для портов были значительно меньше по сравнению с существующими портами и коннекторами AT/MIDI, поэтому и другие производители стали использовать порты PS/2 в своих компьютерах.

Порты PS/2 бывают 5-контактными и 6-контактными, но для пользователя они идентичны.

Порт PS/2 для мышки или клавиатуры (6-контактный)

Коннектор для порта PS/2

AT/MIDI порт

! AT/MIDI порт (Musical Instrument Digital Interface - соединение с цифровыми музыкальными инструментами) - это порты через которые первоначально (до PS/2) подключались клавиатуры, а в настоящее время, в основном подключаются музыкальные клавиатуры и синтезаторы.

MIDI порт для MIDI-устройств или клавиатуры (5-контактный)

Порт FireWire

! FireWire - дословно - огненный провод (произносится "файр вайр") - это последовательный порт, поддерживающий скорость передачи данных в 400 Мбит/сек.

Этот порт служит для подключения к компьютеру видео устройств, таких как, например, видеомагнитофон, а также других устройств, требующих быстрой передачи большого объема информации, например, внешних жестких дисков.

Порты FireWire поддерживают технологию Plug and Play и "горячего подключения".

Порты FireWire бывают двух типов. В большинстве настольных компьютерах используются 6-контактные порты, а в ноутбуках - 4-контактные.

6-контактный порт FireWire 4-контактный порт FireWire

Плата с тремя портами FireWire

Контроллеры

Электронные схемы, управляющие различными устройствами компьютера, называются контроллерами. Во всех компьютерах IВМ РС имеются контроллеры для управления клавиатурой монитором, дисководами для дискет, жестким диском и т.д.

Блок питания

Блок питания компьютера представляет собой металлическую коробку, которая располагается внутри системного блока вплотную к его задней панели.

На заднюю панель выводятся разъем для кабеля питания, выключатель, отверстия для вентилятора блока питания.

В некоторых блоках питания имеется дополнительный разъем для подключения кабеля питания монитора. Этот разъем используется, если нет свободных электрических розеток. Специальным кабелем можно подключить питание монитора через блок питания компьютера. При этом мощность блока питания компьютера не расходуется, т.к. этот дополнительный разъем просто соединен параллельно с основным разъемом и, когда к основному разъему подключен кабель питания и он включен в электрическую розетку, то дополнительный разъем сам становится розеткой.

В блоке питания располагается трансформатор, выпрямитель и охлаждающий вентилятор. Внутрь компьютера из блока питания выходит несколько комплектов проводов для подключения к электрическому питанию системной платы, жесткого диска, дисководов. Для подключения дополнительных устройств, например дополнительного оптического дисковода, стриммера, в блоке питания предусмотрены свободные комплекты проводов.

Блок питания Блок питанияс раскрытым корпусом


1 пример использования полученных знаний на практике.

Представьте, что Вы решили купить компьютер. И здесь сразу же возникает вопрос: какой компьютер выбрать? Ведь их такое количество сейчас в магазинах! Как же быть в такой ситуации? Как выбрать именно то, что нужно?

Рекомендовать конкретную конфигурацию сейчас сложно: постоянно появляются более мощные процессоры и другие устройства, а те, которые были сверхшиком еще год назад, снимаются с производства. Поэтому рекомендуется придерживаться несколько общих советов.

Выбирайте конфигурацию компьютера, соответствующую вашим задачам!

Не старайтесь приобрести самый новый и мощный компьютер. Процессоры быстро устаревают и дешевеют. Если через год-два вам понадобится большая мощность, то за это время подешевеет не только ваш компьютер, но и тот, который станет нужен.

Для устойчивой работы приложений в Windows объем памяти важнее мощности процессора. Компьютер с процессором 900-1000 МГц, но с памятью 256 Мбайт частенько будет работать стабильнее и быстрее (особенно с графикой и особенно под Windows-2000, XP), чем Pentium-2000 с 128 Мбайт.

Важно взаимное соответствие характеристик всех элементов компьютера, особенно - материнской платы, процессора и памяти. Нет смысла ставить мощный процессор на материнскую плату с медленной шиной.

Дорогая видеоплата с большой памятью (32-64 Мб) нужна только для работы со сложной графикой, особенно растровой (в т.ч. для современных игр). Другим приложениям хватит простой дешевой карточки с 4-8 Мб памяти, важно только, чтобы она поддерживала частоту развертки, соответствующую вашему монитору.

2 пример из «жизни» компьютеров

Как сообщают аналитики In-Stat/MDR, рынок встраиваемых 16-разрядных процессоров к 2008 году сократится до 363,5 млн. долларов – с 374,9 млн. долларов в 2003 году, то есть среднее ежегодное сокращение рынка составит около 0,6%. Впрочем, согласно прогнозам, по крайне мере еще год этот сектор будет расти. Несмотря на то, что микропроцессоры с 16-битной шиной данных представляют один из самых маленьких сегментов рынка, рынок процессоров с 64-разярядной шиной еще меньше, и аналитики считают, что до 2005 года исключительно компании, лицензировавшие ядро

16-битных микропроцессоров, могут использовать их, не боясь "уйти в минус".

Не давая определения 16-разрядным процессорам, аналитики отмечают, что доминировать в этом секторе будет ARM Holdings – процессоры компании будут использоваться в 40% поставляемых на рынок решений. И это – несмотря на то, что компания традиционно считается лицензиаром 32-разрядного ядра RISC-процессоров.

Одной из основных причин, ограничивающих размеры рынка 16-разрядных процессоров, которая, ко всему прочему, и повлияет на сокращение сектора в ближайшие годы, по мнению специалистов, является тот факт, что большая часть устройств с такими процессорами является решениями для потребительского рынка – цифровые камеры, телевизионные интернет-приставки, аудиоплееры и т.п. Все дело в том, что будущие решения такого типа будут чаще использовать процессоры с более широкой шиной данных.


Matsushita выпустила очередной портативный DVD-плеер, DVD-PS3, который обозреватели уже успели окрестить "самым тонким" — и, похоже, заслуженно: габариты устройства – 144x140x20,2 мм, вес – 310 граммов. Поддерживаемые форматы дисков:

DVD-RAM DVD-Video DVD-Audio CD-R/RW DVD-R Технология HighMAT дает пользователям возможность создавать

собственные подборки музыкальных композиций или фотографий – а затем воспроизводить их на CD-плеере или в автомобильных аудиосистемах.

В отличие от некоторых аналогичных моделей DVD-PS3 не имеет встроенного экрана, но допускает подключение внешних ЖК-мониторов, что позволяет использовать устройство для проведения презентаций. Выходные разъемы плеера – S-Video, композитный, аналоговый и цифровой аудиовыходы. При работе с аккумулятором DY-DB60 время непрерывной работы DVD-PS3 составляет около 6 часов.

Управление плеером осуществляется как посредством кнопок, размещенных непосредственно на корпусе, так и при помощи пульта дистанционного управления.


Компания Seiko Epson сообщила о расширении линейки графических процессоров для мобильных устройств (mobile graphics engine) моделью S1D13732, которая является контроллеров ЖК-экранов для мобильных телефонов, КПК и мобильных информационных терминалов, оснащенных одномегапиксельной камерой. Образцы чипа в 161-контактном FCBGA-корпусе (8x8x1 мм) будут предлагаться заказчикам в ближайшее время.

S1D13732 отличается от предыдущих моделей, в частности, S1D13715, серийно выпускаемой в настоящее время, более высокой скоростью обработки графики. ЖК-контроллер обеспечивает аппаратную поддержку MPEG-4, а также H.263 (стандарта сжатия видео для Европы). Помимо всего прочего контроллер ЖК-экрана позволяет снизить энергопотребление сотовых телефонов, а блок, отвечающий за графику, предоставляет возможность записи и воспроизведения видео без специализированного ПО, а, значит, оснащать устройства ЦП с низким энергопотреблением.

S1D13732 оснащен 448 Кб встроенной памяти, интерфейсом камеры (поддерживаемые камеры – с разрешением до 1,3 млн. пикселей), интерфейсом двух ЖК-экранов с максимальным разрешением 240x320 пикселей.

Тема 15. Внешние устройства, подключаемые к персональному компьютеру

Периферийные (внешние) устройства персонального компьютера подключаются к его интерфейсам и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря этим устройствам компьютерная система приобретает гибкость и универсальность.

По назначению периферийные устройства можно подразделить на:- устройства ввода данных;- устройства вывода данных;- устройства хранения данных;- устройства обмена данными.

Устройства ввода данных

Клавиатура

! Клавиатура — клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управления.

Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с помощью монитора получают от нее отклик.

Состав клавиатурыСтандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, функционально

распределенных по нескольким группам.

Рис. 1. Общий вид стандартной клавиатуры

Группа алфавитно-цифровых клавши предназначена для ввода знаковой информации и команд, набираемых по буквам. Каждая клавиша

может работать в нескольких режимах (регистрах) и, соответственно, может использоваться для ввода нескольких символов. Переключение между нижним регистром (для ввода строчных символов) и верхним регистром (для ввода прописных символов) выполняют удержанием клавиши SHIFT (нефиксированное переключение). При необходимости жестко переключить регистр используют клавишу CAPS LOCK (фиксированное переключение). Если клавиатура используется для ввода данных, абзац закрывают нажатием клавиши ENTER, При этом автоматически начинается ввод текста с новой строки. Если клавиатуру используют для ввода команд, клавишей ENTER завершают ввод команды и начинают ее исполнение.

Рис. 2. Группа алфавитно-цифровых клавиш

Для разных языков существуют различные схемы закрепления символов национальных алфавитов за конкретными алфавитно-цифровыми клавишами. Такие схемы называются раскладками клавиатуры. Переключения между различными раскладками выполняются программным образом — это одна из функций операционной системы. Соответственно, способ переключения зависит от того, в какой операционной системе работает компьютер. Например, в системе Windows 2000 для этой цели могут использоваться следующие комбинации: левая клавиша ALT+SHIFT или CTRL+SHIFT. При работе с другой операционной системой способ переключения можно установить по справочной системе той программы, которая выполняет переключение.

Общепринятые раскладки клавиатуры имеют свои корни в раскладках клавиатур пишущих машинок. Для персональных компьютеров IBM PC типовыми считаются раскладки QWERTY (английская) и ЙЦУКЕНГ (русская). Раскладки принято именовать по символам, закрепленным за первыми клавишами верхней строки алфавитной группы.

Группа функциональных клавиш включает двенадцать клавиш (от F1 до F12), размещенных в верхней части клавиатуры. Функции, закрепленные за данными клавишами, зависят от свойств конкретной работающей в данный момент программы, а в некоторых случаях и от свойств операционной системы. Общепринятым для большинства программ является

соглашение о том, что клавиша F1 вызывает справочную систему, в которой можно найти справку о действии прочих клавиш.

Рис. 3. Группа функциональных клавиш

Служебные клавиши располагаются рядом с клавишами алфавитно-цифровой группы. В связи с тем, что ими приходится пользоваться особенно часто, они имеют увеличенный размер. К ним относятся рассмотренные выше клавиши SHIFT и ENTER, регистровые клавиши ALT и CTRL (их используют в комбинации с другими клавишами для формирования команд), клавиша TAB (для ввода позиций табуляции при наборе текста), клавиша ESC (от английского слова Escape) для отказа от исполнения последней введенной команды и клавиша BACKSPACE для удаления только что введенных знаков (она находится над клавишей ENTER и часто маркируется стрелкой, направленной влево).

Рис. 4. Группа служебных клавиш

Служебные клавиши PRINT SCREEN, SCROLL LOCK и PAUSE/BREAK размещаются справа от группы функциональных клавиш и выполняют специфические функции, зависящие от действующей операционной системы. Общепринятыми являются следующие действия:

PRINT SCREEN — печать текущего состояния экрана на принтере (для MS-DOS) или сохранение его в специальной области оперативной памяти, называемой буфером обмена (для Windows).

SCROLL LOCK — переключение режима работы в некоторых (как правило, устаревших) программах.

PAUSE/BREAK — приостановка/прерывание текущего процесса.Две группы клавиш управления курсором расположены справа от

алфавитно-цифровой панели.

!Курсором называется экранный элемент, указывающий место

ввода знаковой информации. Курсор используется при работе с программами, выполняющими ввод данных и команд с клавиатуры.

Клавиши управления курсором позволяют управлять позицией ввода.

Рис. 5. Группы клавиш управления курсором

Четыре клавиши со стрелками выполняют смещение курсора в направлении, указанном стрелкой. Действие прочих клавиш описано ниже.

PAGE UP / PAGE DOWN — перевод курсора на одну страницу вверх или вниз. Понятие «страница» обычно относится к фрагменту документа, видимому на экране. В графических операционных системах (например, Windows) этими клавишами выполняют «прокрутку» содержимого в текущем окне. Действие этих клавиш во многих программах может быть модифицировано с помощью служебных регистровых клавиш, в первую очередь SHIFT и CTRL. Конкретный результат модификации зависит от конкретной программы и/или операционной системы.

Клавиши HOME и END переводят курсор в начало или конец текущей строки, соответственно. Их действие также модифицируется регистровыми клавишами.

Традиционное назначение клавиши INSERT состоит в переключении режима ввода данных (переключение между режимами вставки и замены). Если текстовый курсор находится внутри существующего текста, то в режиме вставки происходит ввод новых знаков без замены существующих символов (текст как бы раздвигается). В режиме замены новые знаки заменяют текст, имевшийся ранее в позиции ввода.

В современных программах действие клавиши INSERT может быть иным. Конкретную информацию следует получить в справочной системе программы. Возможно, что действие этой клавиши является настраиваемым, — это также зависит от свойств конкретной программы.

Клавиша DELETE предназначена для удаления знаков, находящихся справа от текущего положения курсора. При этом положение позиции ввода остается неизменным.

Группа клавиш дополнительной панели дублирует действие цифровых и некоторых знаковых клавиш основной панели. Во многих случаях для использования этой группы клавиш следует предварительно включать клавишу-переключатель NUM LOCK (о состоянии переключателей NUM LOCK, CAPS LOCK и SCROLL LOCK можно судить по светодиодным индикаторам, обычно расположенным в правом верхнем углу клавиатуры).

Рис. 6. Группа клавиш дополнительной панели

Появление дополнительной панели клавиатуры относится к началу 80-х годов. В то время клавиатуры были относительно дорогостоящими устройствами. Первоначальное назначение дополнительной панели состояло в снижении износа основной панели при проведении расчетно-кассовых вычислений, а также при управлении компьютерными играми (при выключенном переключателе NUM LOCK клавиши дополнительной панели могут использоваться в качестве клавиш управления курсором).

Принцип действия клавиатуры

Клавиатура относится к стандартным средствам персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами). Необходимое программное обеспечение для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме постоянного запоминающего устройства в составе базовой системы ввода-вывода (BIOS), и потому компьютер реагирует на нажатия клавиш сразу после включения.

Принцип действия клавиатуры заключается в следующем.1. При нажатии на клавишу (или комбинацию клавиш) специальная

микросхема, встроенная в клавиатуру, выдает так называемый скоп-код.2. Скан-код поступает в микросхему, выполняющую функции порта

клавиатуры. (Порты — специальные аппаратно-логические устройства, отвечающие за связь процессора с другими устройствами.) Данная микросхема находится на основной плате компьютера внутри системного блока.

3. Порт клавиатуры выдает процессору прерывание с фиксированным номером. Для клавиатуры номер прерывания — 9 (Interrupt 9, Int 9).

4. Получив прерывание, процессор откладывает текущую работу и по номеру прерывания обращается в специальную область оперативной памяти,

в которой находится так называемый вектор прерываний. Вектор прерываний — это список адресных данных с фиксированной длиной записи. Каждая запись содержит адрес программы, которая должна обслужить прерывание с номером, совпадающим с номером записи.

5. Определив адрес начала программы, обрабатывающей возникшее прерывание, процессор переходит к ее исполнению. Простейшая программа обработки клавиатурного прерывания «зашита» в микросхему ПЗУ, но программисты могут «подставить» вместо нее свою программу, если изменят данные в векторе прерываний.

6. Программа-обработчик прерывания направляет процессор к порту клавиатуры, где он находит скан-код, загружает его в свои регистры, потом под управлением обработчика определяет, какой код символа соответствует данному скан-коду.

7. Далее обработчик прерываний отправляет полученный код символа в небольшую область памяти, известную как буфер клавиатуры, и прекращает свою работу, известив об этом процессор.

8. Процессор прекращает обработку прерывания и возвращается к отложенной задаче.

9. Введенный символ хранится в буфере клавиатуры до тех пор, пока его не заберет оттуда та программа, для которой он и предназначался, например текстовый редактор или текстовый процессор. Если символы поступают в буфер чаще, чем забираются оттуда, наступает эффект переполнения буфера. В этом случае ввод новых символов на некоторое время прекращается. На практике в этот момент при нажатии на клавишу мы слышим предупреждающий звуковой сигнал и не наблюдаем ввода данных.

Специальные клавиатурыКлавиатура является основным устройством ввода данных.

Специальные клавиатуры предназначены для повышения эффективности процесса ввода данных. Это достигается путем изменения формы клавиатуры, раскладки ее клавиш или метода подключения к системному блоку.

Клавиатуры, имеющие специальную форму, рассчитанную с учетом требований эргономики, называют эргономичными клавиатурами. Их целесообразно применять на рабочих местах, предназначенных для ввода большого количества знаковой информации. Эргономичные клавиатуры не только повышают производительность наборщика и снижают общее утомление в течение рабочего дня, но и снижают вероятность и степень развития ряда заболеваний, например туннельного синдрома кистей рук и остеохондроза верхних отделов позвоночника.

Раскладка клавиш стандартных клавиатур далека от оптимальной. Она сохранилась со времен ранних образцов механических пишущих машин. В настоящее время существует техническая возможность изготовления клавиатур с оптимизированной раскладкой, и существуют образцы таких устройств (в частности, к ним относится клавиатура Дворака). Однако практическое внедрение клавиатур с нестандартной раскладкой находится под вопросом в связи с тем, что работе с ними надо учиться специально. На практике подобными клавиатурами оснащают только специализированные рабочие места.

По методу подключения к системному блоку различают проводные и беспроводные клавиатуры. Передача информации в беспроводных системах осуществляется инфракрасным лучом. Обычный радиус действия таких клавиатур составляет несколько метров. Источником сигнала является клавиатура.

Примеры различных типов клавиатур

Стандартная беспроводная клавиатура

Бесконтактная клавиатураС использованием переключателей, управляемых магнитным полем и излучением.При управлении полем магнита эффект включения достигается изменением сопротивления

магниторезистивного элемента или датчика ХоллаОптоэлектронная клавиатура

С оптоэлектронными датчиками, в которых при нажатии клавиши вводится заслонка между источником излучения (светом) и приемником (напр. фоторезистором). Заслонки могут иметь кодовые отверстия и при многоэлементных приемниках позволяет сразу получить двоичный код символа, совмещая клавишу с дешифратором. Они близки по характерам к магнитным переключателям.Сенсорная клавиатура Не имеют подвижных элементов и требуется только прикосновения пальцев. Для этого необходим определенный навык. У КУ обратная связь замыкается либо через индикатор, либо через звуковой сигнал. Принцип действия основан на том, что в момент касания контактных площадок изменяется емкость в электрической цепи и статический потенциал на ней, который усиливается специальной схемой и на выходе ее формируется сигнал аналогичный нажатию клавиши механической клавиатуры.

Раскладки клавиш для разных игр

Клавиатура со сменными кнопочными раскладками

По замыслу создателей, Zboard должна существенно облегчить жизнь и кошелёк владельцев компьютеров, попутно избавив их от необходимости запоминания многочисленных "специальных"

продуманы строго индивидуально

Раскладка клавиш для разных игр

Раскладка клавиш для Adobe Photoshop

комбинаций клавиш. Клавиатура рассчитана в первую очередь на домашних пользователей, хотя может пригодиться и использующим компьютер в качестве профессионального инструмента. На правом боку клавиатуры расположена неприметная с виду защёлка. Она легко откидывается, панель с клавишами снимается, складывается втрое (вот почему клавиша пробела сделана двойной), помещается в футляр размером с книжку в мягкой обложке и ставится на полку. А на полке уже дожидается ряд аналогичных футляров с клавишами для других применений. Выбранная сменная панель устанавливается на базу клавиатуры, защёлка закрывается, загорается соответствующий индикатор и совершенно новая клавиатура готова к работе.Драйвер устройства самостоятельно узнает, какой именно сменный модуль помещён в базу и быстренько переопределит расположение каждой клавиши, обновит ярлыки и подключит соответствующие макросы, используемые для требуемой игры или делового приложения. Наиболее удобной необычная и индивидуальная раскладка клавиатуры оказывается именно в играх. Это достигается продуманным расположением, формой и обозначениями управляющих клавиш, что существенно ускоряет обучение игре и облегчает её успешное

прохождение. Теперь многие возможности, прятавшиеся где-то в глубине меню, можно реализовать одним нажатием клавиши. Кроме того, отпадает необходимость запоминать специальные управляющие ключи данной игры, как правило, не слишком похожие на аналогичные комбинации символов в другой игровой программе. В частности, легко решается извечный вопрос "выбора оружия": цифровые обозначения всевозможных орудий убийства заменяются узнаваемыми символами на выделенных клавишах. Забывчивые игроки, тратившие драгоценные доли секунды на вращение мышиного колёсика, могут теперь использовать прямой доступ к своему арсеналу.

Ввод графической информации

Для ввода графической информации используют:- сканеры- графические планшеты (дигитайзеры)- цифровые фотокамеры.

Сканеры

! Сканер (Scanner) — устройство для копирования графической и текстовой информации и ввода ее в компьютер.

С помощью сканеров можно вводить и знаковую информацию. В этом случае исходный материал вводится в графическом виде, после чего обрабатывается специальными программными средствами (программами распознавания образов).

Планшетные сканеры

Предназначены для ввода графической информации с прозрачного или непрозрачного листового материала. Принцип действия этих устройств состоит в том, что луч света, отраженный от поверхности материала (или прошедший сквозь прозрачный материал), фиксируется специальными элементами, называемыми приборами с зарядовой связью (ПЗС). Обычно элементы ПЗС конструктивно оформляют в виде линейки, располагаемой по ширине исходного материала. Перемещение линейки относительно листа бумаги выполняется механическим протягиванием линейки при неподвижной установке листа или протягиванием листа при неподвижной установке линейки.

Ручные сканеры

Принцип действия ручных сканеров в основном соответствует планшетным. Разница заключается в том, что протягивание линейки ПЗС в данном случае выполняется вручную. Равномерность и точность сканирования при этом обеспечиваются неудовлетворительно, и разрешающая способность ручного сканера составляет 150-300 dpi.Барабанные сканеры

В сканерах этого типа исходный материал закрепляется на цилиндрической поверхности барабана, вращающегося с высокой скоростью. Устройства этого типа обеспечивают наивысшее разрешение (2400-5000 dpi) благодаря применению не ПЗС, а фотоэлектронных умножителей. Их используют для сканирования исходных изображений, имеющих высокое качество, но недостаточные линейные размеры (фотонегативов, слайдов и т. п.)

Фотосканеры

Служит для получения изображения со слайдов или фотопленок. В сканере есть съемные картриджи для заправки слайдов или пленок.

Штрих-сканеры

Эта разновидность ручных сканеров предназначена для ввода данных, закодированных в виде штрих-кода. Такие устройства имеют применение в розничной торговой сети.

Сканеры форм

Предназначены для ввода данных со стандартных форм, заполненных механически или <от руки». Необходимость в этом возникает при проведении переписей населения, обработке результатов выборов и анализе анкетных данных.От сканеров форм не требуется высокой точности сканирования, но быстродействие играет повышенную роль и является основным потребительским параметром.

Дигитайзеры

! Дигитайзер (Digitizer) — устройство для оцифровки чертежей и других изображений. Дигитайзер позволяет преобразовать изображения в цифровую форму для обработки в компьютере.

Планшетный дигитайзер

Позволяет оцифровывать и вносить в компьютер рукописный текст и рисунки.

Большой дигитайзер

Предназначен для оцифровки больших чертежей. Оцифровка чертежей производится при помощи манипулятора, напоминающего мышку, но имеющего большее количество кнопок. Нажатием кнопок фиксируется положение основных элементов чертежа, затем чертеж достраивается при помощи специальной программы.

Цифровые фотокамеры

! Цифровой фотоаппарат — это фотоаппарат, который записывает изображение не на фотопленку, а на приемный экран - иконоскоп.

Изображение с иконоскопа переводится в цифровую форму и хранится в памяти фотокамеры. В зависимости от применяемых носителей памяти фотокамера может хранить от несколько кадров до десятков кадров. После съемки фотокамера присоединяется к компьютеру и кадры в виде файлов переписываются в компьютер.

DSCU30 DSC-U60 DSC-P92

MVC-CD350 MVC-CD500 DSCF717

Цифровые фотокамеры, как и сканеры, эти устройства воспринимают графические данные с помощью приборов с зарядовой связью, объединенных в прямоугольную матрицу. Основным параметром цифровых фотоаппаратов является разрешающая способность, которая напрямую связана с количеством ячеек ПЗС в матрице. Наилучшие потребительские модели в настоящее время имеют до 1 млн ячеек ПЗС и, соответственно, обеспечивают разрешение изображения до 2700х2050 точек. У профессиональных моделей эти параметры выше.

Световой карандаш

! Световой карандаш— это устройство, напоминающее обычную авторучку с проводом. На конце ручки находится

светоприемник, который может регистрировать изменение яркости точек экрана

Световым пером можно указывать на элементы экрана и управлять ими. Например, можно рисовать. Аналог светового пера — световой пистолет применяется в игровых приставках.

Рис. 7. Световой карандаш

Устройства вывода данныхМонитор

Монитор — устройство визуального представления данных. Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его основными потребительскими параметрами являются: размер и шаг маски экрана, максимальная частота регенерации изображения, класс защиты.

Размер монитора измеряется между противоположными углами трубки кинескопа по диагонали. Единица измерения — дюймы. Стандартные размеры: 14" (символ " означает дюйм) ; 15"; 17"; 19"; 20"; 21".

Изображение на экране монитора получается в результате облучения люминофорного покрытия остронаправленным пучком электронов, разогнанных в вакуумной колбе. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие имеет точки или полоски трех типов, светящиеся красным, зеленым и синим цветом. Чтобы на экране все три луча сходились строго в одну точку и изображение было четким, перед люминофором ставят маску — панель с регулярно расположенными отверстиями или щелями. Часть мониторов оснащена маской из вертикальных проволочек, что усиливает яркость и насыщенность изображения. Чем меньше шаг между отверстиями или щелями (шаг маски), тем четче и точнее полученное изображение. Шаг маски измеряют в долях миллиметра. В настоящее время наиболее распространены мониторы с шагом маски 0,25-0,27 мм. Устаревшие мониторы могут иметь шаг до 0,43 мм, что негативно сказывается на органах зрения при работе с компьютером. Модели повышенной стоимости могут иметь значение менее 0,25 мм.

Частота регенерации (обновления) изображения показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение (поэтому ее также называют частотой кадров). Этот параметр зависит не

только от монитора, но и от свойств и настроек видеоадаптера, хотя предельные возможности определяет все-таки монитор.

Частоту регенерации изображения измеряют в герцах (Гц). Чем она выше, тем четче и устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз, тем больше времени можно работать с компьютером непрерывно. При частоте регенерации порядка 60 Гц мелкое мерцание изображения заметно невооруженным глазом. Сегодня такое значение считается недопустимым. Минимальным считают значение 75 Гц, нормативным — 85 Гц и комфортным — 100 Гц и более.

Класс защиты монитора определяется стандартом, которому соответствует монитор с точки зрения требований техники безопасности. В настоящее время общепризнанными считаются следующие международные стандарты: MPR-II, ТСО-92, ГСО-95, ГСО-99 (приведены в хронологическом порядке). Стандарт MPR-II ограничил уровни электромагнитного излучения пределами, безопасными для человека. В стандарте ТСО-92 эти нормы были сохранены, а в стандартах ГСО-95 и ГСО-99 ужесточены. Эргономические и экологические нормы впервые появились в стандарте ГСО-95, а стандарт ГСО-99 установил самые жесткие нормы по параметрам, определяющим качество изображения (яркость, контрастность, мерцание, антибликовые свойства покрытия).

На данный момент времени, самыми распространенными мониторами являются мониторы, оснащенные электронно-лучевыми трубками, однако все более часто стали использоваться жидкокристаллические мониторы (LCD - Liquid Crystal Display).

Рис. 8. Различные типы мониторов

!Сенсорный экран – служит для управления компьютером при

помощи касания экрана пальцами. Обычно сенсорный экран применяется в справочных компьютерах в музеях, на выставках, на вокзалах и в аэропортах.

Сенсорный экран может быть встроен в обычный монитор или помещаться поверх экрана монитора, в этом случае он соединяется с одним из портов компьютера. Разрешающая способность сенсорного экрана невелика. Самый мелкий элемент сенсорного экрана — это 1/256 часть экрана.

Существуют две технологии создания сенсорных экранов:

1. Емкостный сенсорный экран - фиксация изменения электрической емкости при соприкосновении пальца с экраном (имеют более широкое применение).

2. На двух перпендикулярных сторонах сенсорного экрана находятся излучатели инфракрасного или ультрафиолетового света, а на двух противоположных сторонах находятся приемники этого излучения. Когда палец перекрывает невидимые лучи, это фиксируется приемниками.

Сенсорные экраны широко применяются в наладонных компьютерах.

Емкостный сенсорный экран Излучательный сенсорный экран

Наладонный компьютерс сенсорным экраном и стеком

Наладонный компьютерс сенсорным экраном

Колонки

Kолонки нужны для вывода звука из компьютера. Компьютерные колонки активные, так как уровень сигнала на выходе с звуковой карты слаб и требует усиления. Выбор компьютерных колонок довольно широк. Иногда, вместо колонок подключают линейный вход музыкального центра. Можно подключать колонки и центр одновременно через специальное устройство - разветвитель.

Принтеры

В качестве устройств вывода данных также используют печатающие устройства (принтеры), позволяющие получать копии документов на бумаге или прозрачном носителе.

!Принтер (Printer), или печатающее устройство,

предназначен для вывода информации на бумагу. Все современные принтеры могут выводить текстовую информацию, а также рисунки и другие изображения.

Существует несколько тысяч моделей принтеров, которые могут использоваться с персональными компьютерами, все они могут быть разделены на четыре основных типа — матричные, струйные, лазерные и фотодиодные.

Матричные принтеры

Ранее были наиболее распространенными, но в настоящее время они вытесняются струйными и лазерными. Принцип печати этих принтеров таков: печатающая головка принтера содержит вертикальный ряд тонких металлических стержней (их называют иголками). Головка движется вдоль печатаемой строки, а иголки в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту. Это и обеспечивает формирование на бумаге символов и изображений. Движением иголок управляют миниатюрные электромагниты. В недорогих моделях принтеров используется печатающая головка с 9 иголками. Качество печати у таких принтеров невысокое. Более качественная печать обеспечивается принтерами с 18 и 24 иголками.Струйные принтеры

В этих принтерах изображение формируется микроскопическими каплями краски, вылетающих на бумагу через маленькие отверстия. В качестве элементов, выталкивающих струи чернил, используются пьезокристаллы. Пьезокристаллы имеют свойство

расширяться, если к ним подводится электричество. Пьезокристаллы устанавливают в печатающую головку таким образом, что они расширяются в том направлении, в котором должны вылетать капельки чернил. Этот способ печати обеспечивает более высокое качество печати по сравнению с матричными принтерами, он очень удобен для цветной печати.Разрешающая способность струйных принтеров - 300 точек на дюйм, т.е. на одном дюйме (1 дюйм = 2,54 см) помещается 300 хорошо различимых точек. Эта характеристика показывает величину точки. Чем больше разрешающая способность, тем меньше точка, и тем качественнее изображение.Лазерные принтеры Обеспечивают в настоящее время наилучшее (часто лучше типографского) качество печати. В этих принтерах для печати используются лазерный луч, управляемый компьютером. В лазерном принтере имеется валик, покрытый полупроводниковым веществом, которое электризуется от попадания лазерного света. Луч при помощи поворотного зеркала направляется в то место валика, где должно быть изображение. Это место электризуется и к нему "прилипают" мельчайшие частицы сухой краски, которая находится в контейнере под валиком. После этого валик прокатывается по листу бумаги и краска переходит на бумагу. Чтобы красящий порошок закрепился, специальный механизм проводит бумагу через

нагревательный элемент и краска спекается.Фотопринтеры

С появлением цифровых фотоаппаратов, возникла необходимость использовать их не только для создания цифровых фото изображений, но и для печати обычных бумажных фотографий. Для этой цели были разработаны сублимационные принтеры. Сублимационная технология печати ранее была применена в цветных копировальных аппаратах.В сублимационных принтерах красящий порошок наносится также как в фотодиодных принтерах, но затем при помощи нагревательных элементов каждая частичка порошка очень быстро плавится и спекается. Получается четкое, яркое изображение. Печать ведется на бумагу, по составу похожую на обычную фотобумагу, но без желатинового слоя. Бумага для фото принтеров бывает матовой и глянцевой.Файл с изображением подается в фотопринтер из компьютера или напрямую, из карты флеш-памяти. Для карт флеш-памяти в принтерах есть соответствующие порты, например на изображенном ниже фотопринтере HP Photosmart 7550 справа вверху можно видеть порты для флеш-карт и карту, вставленную в один из четырех портов.

Плоттер

! Плоттер (Plotter) или графопостроитель — устройство для вывода различных чертежей, географических карт, плакатов и других изображений на бумагу большого формата.

Плоттеры бывают монохромными и цветными. По технологии нанесения изображения плоттеры делятся на перьевые и струйные.

Офисные плоттеры

Большие промышленные плоттеры

Устройства командного управления

Мышь

! Мышь — устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой плоскую коробочку с двумя-тремя кнопками.

Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора.

Кроме обычной мыши существуют и другие типы манипуляторов, например: трекболы, пенмаусы, инфракрасные мыши.

Трекбол в отличие от мыши устанавливается стационарно, и его шарик приводится в движение ладонью руки. Преимущество трекбола состоит в том, что он не нуждается в гладкой рабочей поверхности, поэтому трекболы нашли широкое применение в портативных персональных компьютерах.

Пенмаус представляет собой аналог шариковой авторучки, на конце которой вместо пишущего узла установлен узел, регистрирующий величину перемещения.

Инфракрасная мышь отличается от обычной наличием устройства беспроводной связи с системным блоком.

Для компьютерных игр и в некоторых специализированных имитаторах применяют также манипуляторы рычажно-нажимного типа (джойстики) и аналогичные им джой-пады, геймпады и штурвально-педальные устройства. Устройства этого типа подключаются к специальному порту, имеющемуся на звуковой карте, или к порту USB.

Основные характеристики мышиФункциональностьПростейшие мыши имеют всего две кнопки, но могут встречаться

модели и с пятью кнопками или двумя колесиками прокрутки.Дополнительные кнопки требуют специальной поддержки со стороны

драйвера — по умолчанию Windows «понимает» только три кнопки, причем третья (средняя) используется не очень эффективно. На дополнительные кнопки обычно возлагают сервисные функции — минимизация окон, запуск любимых программ и т. п.

Еще один популярный элемент управления — колесо прокрутки (скроллинга). Оно обычно располагается между основными кнопками мышки. Если прокручивать это колесико, текущий документ в редакторе или web-браузере начнет перемещаться внутри окна в том же направлении. Это избавляет от необходимости то и дело «путешествовать» курсором к полосе прокрутки и обратно. Для тех, кто в основном работает с офисными документами и web-страницами, колесо прокрутки — хорошее подспорье в работе. Как правило, колесо можно не только прокручивать, но и нажимать, т. е. оно по совместительству является третьей кнопкой.

Иногда вместо колеса можно увидеть маленький рычажок, клавишу-качельку или же трекбол (навигационный шарик). Однако, большинство пользователей все же находит колесо более удобным.

Особняком стоят беспроводные мыши. Некоторые рабочие места не допускают связи системного блока и мышки проводом, даже двухметровый «хвост» (а чаще встречаются кабели длиной 150 см) оказывается недостаточно длинным. В этом случае вам придут на помощь манипуляторы, связанные с системным блоком по радиоканалу или с помощью инфракрасных лучей. Схема их работы всегда одинакова — к «мышиному» разъему системного блока подключается приемник, а внутри мышки имеется передатчик. Правда, беспроводной мыши нужно питание, поэтому в ее корпус обычно устанавливаются батарейки или аккумуляторы.

Встречаются манипуляторы с необычным набором функций, например со встроенным сканером отпечатков пальцев или с динамиком, играющим музыку, когда на компьютер пришел новый e-mail.

ДизайнКлассический дизайн — это симметричный светло-серый корпус с

сильно скругленными краями. Сегодня можно легко купить как классическую мышь, так и совершенно необыкновенную. В поисках наиболее эргономичных форм конструкторы порой создают манипуляторы, весьма далекие от какой-либо симметрии. Популярны и распространены синие, серебристые мышки, а немного поискав, нетрудно купить устройство любого цвета, полупрозрачное и даже раскрашенное под божью коровку

ЭргономикаМышь обязана быть удобной. Манипуляторы эргономичной формы

приспособлены для человеческой кисти лучше, чем симметричные, но они в основном предназначены для правшей. Удобно положить на нее левую руку просто не получится. Проконтролируйте — когда ваша ладонь лежит на корпусе, пальцы должны удобно располагаться на кнопках. Недопустимо, если вам приходится выгибать кисть или поджимать пальцы для того, чтобы нажать на клавишу или дотянуться до колеса прокрутки.

Кроме того, мышь должна надежно лежать в руке. Этому способствуют резиновые вставки на торцах, специальная форма (сужение в нижней части), использование ребристых поверхностей.

Оцените также нажатие клавиш. Оно должно быть не слишком жестким, чтобы пальцы не уставали. Обратите внимание на свои ощущения. Когда не понятно, произошел уже щелчок или нет — это неправильно. Оценивая колесо прокрутки, помните, что большая жесткость (сопротивление) быстро утомит руку, а малая будет приводить к слишком интенсивному скроллингу на экране. Первый вариант хуже, но и второй не слишком привлекателен.

ИнтерфейсМышь подключается к персональному компьютеру при помощи

интерфейсов RS-232 (COM), PS/2 и USB. Первый есть в каждом компьютере, второй — в любом, произведенном за последние 4–5 лет, третий — почти в любом, выпущенном в 1999 г. и позже. Наиболее популярен сегодня интерфейс PS/2 — специальный драйвер для мыши обычно не требуется, манипулятор стабильно работает в большинстве программ и операционных систем. Подключать мышь по USB тоже можно, но у этого способа подключения есть ряд недостатков. Во-первых, могут возникать проблемы совместимости, USB-мышь не всегда ведет себя идеально; под Windows NT такой манипулятор не будет работать вообще. Во-вторых, периферии для шины USB выпускают очень много, но подавляющее большинство ПК имеют всего 2 USB-порта. Если занять один порт мышкой, то у вас возникнут проблемы с одновременным подключением, например, сканера и цифрового плеера. Поэтому для большинства пользователей наиболее удобен все же PS/2. Понимая это, большинство производителей USB-мышей

комплектуют специальным переходником, позволяющим подключать их изделия как к USB-порту, так и к порту PS/2.

Устройства хранения и обмена даннымиZIP-накопители

ZIP-накопители выпускаются компанией Iomega, специализирующейся на создании внешних устройств для хранения данных. Устройство работает с дисковыми носителями, по размеру незначительно превышающими стандартные гибкие диски и имеющими емкость 100/250 Мбайт. ZIP-накопители выпускаются во внутреннем и внешнем исполнении. В первом случае их подключают к контроллеру жестких дисков материнской платы, а во втором — к стандартному параллельному порту, что негативно сказывается на скорости обмена данными.

Модем

Модем - устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи, принято называть модемом (МОдулятор + ДЕМодулятор). При этом под каналом связи понимают физические линии (проводные, оптоволоконные, кабельные, радиочастотные), способ их использования (коммутируемые и выделенные) и способ передачи данных (цифровые или аналоговые сигналы). В зависимости от типа канала связи устройства приема-передачи подразделяют на радиомодемы, кабельные модемы и прочие. Наиболее широкое применение нашли модемы, ориентированные на подключение к коммутируемым телефонным каналам связи.

Внутренний модем Внешний модем

Стримеры

! Стриммер (stream — длинная лента) — устройство для записи информации на магнитную ленту.

Стриммер используется для архивирования информации с жесткого диска.

Стриммер — это магнитофон, который записывает информацию с очень большой скоростью - от единиц до десятков Мб в секунду. Например, стриммеры произведенные компанией IBM в 2003 году имеют скорость 30 Мб/сек.

Носителями информации для стриммеров являются кассеты и ленточные картриджи. Кассеты имеют объем до 60 Гб, картриджы до 160 Гб. Эти объемы позволяют сохранить на кассету или картридж информацию со всего жесткого диска.

Как и многие другие устройства стриммеры бывают внутренними и внешними. Внутренние стриммеры вставляется в те же пазы системного блока, что и CD-ROM, внешние выполнены в отдельном корпусе и соединяются с компьютером через внешний порт.

Внутренние стриммеры с кассетой Внешние стриммеры с картриджами

Внешний переносной стриммер Внешний стриммер с кассетойПрактически это можно использовать так:

Пример из «жизни» мониторов

Компания Kodak, а точнее группа ученых ее нового подразделения Ventures Group, представила интересную новинку - 3D-монитор, позволяющий рассматривать трехмерное изображение без каких бы то ни было специальных приспособлений, вроде очков или шлемов. Дисплей будет представлен на Конференции разработчиков игр в Калифорнии, которая пройдет 24-26 марта этого года.

Технология получила название Stereoscopic Imaging Display (SID). SID базируется на методе использования шаровых линз, создающих реальность присутствия.

"Трехмерный" дисплей имеет зону обзора 45x36 градусов и поддерживает разрешение 1280 х 1024 пикселей. "В отличие от других 3D-систем, основанных на разделении экрана обычного монитора специальным барьером, дисплей Kodak представляет собой принципиально новую концепцию", — сообщил вице-президент Kodak Ventures Group Лоуренс Хендерсон.

В Kodak считают, что новый 3D-монитор может применяться в самых различных областях: начиная от игр и заканчивая сложным химическим моделированием.

Тема 16. Вычислительные системы

Понятие вычислительной системы

В связи с кризисом классической структуры ЭВМ дальнейшее поступательное развитие вычислительной техники напрямую связано с переходом к параллельным вычислениям, с идеями построения многопроцессорных систем и сетей, объединяющих большое количество отдельных процессоров и (или) ЭВМ. Здесь появляются огромные возможности совершенствования средств вычислительной техники. Но следует отметить, что при несомненных практических достижениях в области параллельных вычислений, до настоящего времени отсутствует их единая теоретическая база.

Термин вычислительная система появился в начале - середине 60-х гг. при появлении ЭВМ III поколения. Это время знаменовалось переходом на новую элементную базу - интегральные схемы. Следствием этого явилось появление новых технических решений: разделение процессов обработки информации и ее ввода-вывода, множественный доступ и коллективное использование вычислительных ресурсов в пространстве и во времени. Появились сложные режимы работы ЭВМ - многопользовательская и многопрограммная обработка.

!Под вычислительной системой (ВС) понимают совокупность

взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для сбора, хранения, обработки и распределения информации.

Отличительной особенностью ВС по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку. Создание ВС преследует следующие основные цели: повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных, повышение надежности и достоверности вычислений, предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.

Параллелизм в вычислениях в значительной степени усложняет управление вычислительным процессом, использование технических и программных ресурсов. Эти функции выполняет операционная система ВС.

Анализ характеристик ЭВМ различных поколений показал, что в пределах интервала времени, характеризующегося относительной стабильностью элементной базы, связь стоимости и производительности ЭВМ выражается квадратичной зависимостью-“законом Гроша”.

Сэвм К П эвм 12

Построение же вычислительных систем позволяет существенно сократить затраты, так как для них существует линейная формула

Свс К П ii

n

2

1 ,где Сэвм, Свс-соответственно стоимость ЭВМ и ВС, К1 и К2-

коэффициенты пропорциональности, зависящие от технического уровня развития вычислительной техники, Пэвм, Пi-производительность ЭВМ и i-го из n комплектующих вычислителей (ЭВМ или процессоров).

На рисунке, приведенном ниже, представлены графики изменения стоимости вычислений для ЭВМ и ВС. Для каждого поколения ЭВМ и ВС существует критический порог сложности решаемых задач Пкр, после которого применение автономных ЭВМ становится экономически невыгодным, неэффективным. Критический порог определяется точкой пересечения двух приведенных зависимостей.

Зависимость стоимости Свс и Сэвм от производительности

В настоящее время накоплен большой практический опыт в разработке и использовании ВС самого разнообразного применения. Эти системы очень сильно отличаются друг от друга своими возможностями и характеристиками.

Классификация вычислительных систем

Существует большое количество признаков, по которым классифицируют вычислительные системы.

По назначению вычислительные системы делят на:- универсальные- специализированные. Специализированные системы ориентированы на решение узкого

класса задач, в отличие от универсальных, предназначенных для широкого спектра задач.

По типу построения вычислительные системы разделяются на:- многомашинные- многопроцессорныеЭто значит, что вычислительные системы могут строиться на базе

нескольких компьютеров или на базе нескольких процессоров. В первом случая ВС будет многомашинной, во втором — многопроцессорной.

Многомашинные вычислительные системы (ММС) появились раньше, чем многопроцессорные. Основные отличия ММС заключаются в организации связей и обмена информацией между ЭВМ комплекса. Многомашинная ВС содержит некоторое число компьютеров, информационно взаимодействующих между собой. Машины могут находиться рядом друг с другом, а могут быть удалены друг от друга на

С ВС С

С ЭВМ

С ВС

Пкр. П

некоторое, иногда значительное расстояние (вычислительные сети). В многомашинных ВС каждый компьютер работает под управлением своей операционной системы (ОС). А поскольку обмен информацией между машинами выполняется под управлением ОС, взаимодействующих друг с другом, динамические характеристики процедур обмена несколько ухудшаются (требуется время на согласование работы самих ОС). Информационное взаимодействие компьютеров в многомашинной ВС может быть организовано на уровне:

процессоров; оперативной памяти; каналов связи.При непосредственном взаимодействии процессоров друг с другом

информационная связь реализуется через регистры процессорной памяти и требует наличия в ОС весьма сложных специальных программ.

Взаимодействие на уровне оперативной памяти (ОП) сводится к программной реализации общего поля оперативной памяти, что несколько проще, но также требует существенной модификации ОС. Под общим полем имеется в виду равнодоступность модулей памяти: все модули памяти доступны всем процессорам и каналам связи.

На уровне каналов связи взаимодействие организуется наиболее просто и может быть достигнуто внешними по отношению к ОС программами-драйверами, обеспечивающими доступ от каналов связи одной машины к внешним устройствам других (формируется общее поле внешней памяти и общий доступ к устройствам ввода-вывода).

Все вышесказанное иллюстрируется схемой взаимодействия компьютеров в двухмашинной ВС, представленной на рис. 1.

Рис. 1. Схема взаимодействия компьютеров в двухмашинной ВС

Ввиду сложности организации информационного взаимодействия на 1-м и 2-м уровнях в большинстве многомашинных ВС используется 3-й уровень, хотя и динамические характеристики (в первую очередь быстродействие), и показатели надежности таких систем существенно ниже.

Многопроцессорные системы (МПС) содержат несколько процессоров, информационно взаимодействующих между собой либо на уровне регистров процессорной памяти, либо на уровне ОП. Этот тип взаимодействия используется в большинстве случаев, ибо организуется значительно проще и сводится к созданию общего поля оперативной памяти для всех процессоров. Общий доступ к внешней памяти и устройствам ввода-вывода обеспечивается обычно через каналы ОП. Важным является и то, что многопроцессорная вычислительная система работает под управлением единой ОС, общей для всех процессоров. Это существенно улучшает динамические характеристики ВС, но требует наличия специальной, весьма сложной ОС.

Однако МПС имеют и существенные недостатки. Они, в первую очередь, связаны с использованием ресурсов общей оперативной памяти. При большом количестве объединяемых процессоров возможно возникновение конфликтных ситуаций, в которых несколько процессоров обращаются с операциями типа ”чтение” и ”запись” к одним и тем же ячейкам памяти. Помимо процессоров к ОП подключаются все процессоры ввода-вывода, средства измерения времени и т.д. Поэтому вторым серьезным недостатком МПС является проблема коммутации и доступа абонентов к ОП. Процедуры взаимодействия очень сильно усложняют структуру ОС МПС. Опыт построения подобных систем показал, что они эффективны при небольшом числе объединяемых процессоров (от 2 до 10). Схема взаимодействия процессоров в ВС показана на схеме рис. 2. Типичным примером массовых многомашинных ВС могут служить компьютерные сети, примером многопроцессорных ВС — суперкомпьютеры.

Рис. 2. Схема взаимодействия процессоров в ВС

По типу ЭВМ или процессоров, используемых для построения ВС, различают:

- однородные системы- неоднородные системы. Однородная ВС строится на базе однотипных компьютеров или

процессоров. Однородные системы позволяют использовать стандартные наборы технических, программных средств, стандартные протоколы (процедуры) сопряжения устройств. Поэтому их организация значительно проще, облегчается обслуживание систем и их модернизация.

Неоднородная ВС включает в свой состав различные типы компьютеров или процессоров. При построении системы приходится учитывать их различные технические и функциональные характеристики, что существенно усложняет создание и обслуживание неоднородных систем.

По методам управления элементами ВС различают:- централизованные- децентрализованные- со смешанным управлением. В централизованных ВС за управление отвечает главная или

диспетчерская ЭВМ (процессор). Ее задачей является распределение нагрузки между элементами, выделение ресурсов, контроль состояния ресурсов, координация взаимодействия. Централизованный орган управления в системе может быть жестко фиксирован или эти функции могут передаваться другой ЭВМ (процессору), что способствует повышению надежности системы. Централизованные системы имеют более простые ОС.

В децентрализованных системах функции управления распределены между ее элементами. Каждая ЭВМ (процессор) системы сохраняет известную автономию, а необходимое взаимодействие между элементами устанавливается по специальным наборам сигналов. С развитием ВС и, в частности, сетей ЭВМ, интерес к децентрализованным системам постоянно растет.

В системах со смешанным управлением совмещаются процедуры централизованного и децентрализованного управления. Перераспределение функций осуществляется в ходе вычислительного процесса, исходя из сложившейся ситуации.

По принципу закрепления вычислительных функций за отдельными ЭВМ (процессорами) различают системы с жестким и плавающим закреплением функций. В зависимости от типа ВС следует решать задачи статического или динамического размещения программных модулей и массивов данных, обеспечивая необходимую гибкость системы и надежность ее функционирования.

По степени территориальной разобщенности вычислительных модулей ВС делятся на системы:

территориально-сосредоточенные – это когда все компоненты располагаются в непосредственной близости друг от друга;

распределенные – это когда компоненты могут располагаться на значительном расстоянии, например, вычислительные сети;

структурно-одноуровневые – это когда имеется лишь один общий уровень обработки данных;

многоуровневые (иерархические) структуры – это когда в иерархических ВС машины или процессоры распределены по разным уровням обработки информации, некоторые машины (процессоры) могут специализироваться на выполнении определенных функций.

По режиму работы ВС различают системы, работающие в оперативном и неоперативном временных режимах. Первые, как правило, используют режим реального масштаба времени. Этот режим характеризуется жесткими ограничениями на время решения задач в системе и предполагает высокую степень автоматизации процедур ввода-вывода и обработки данных.

На рис. 3 представлена принципиальная схема классификации вычислительных систем.

Вычислительные системы

По назначению

универсальные

специализированные

По типу построения

многомашинные

многопроцессорные

По типу используемых ЭВМ или процессоров

однородные

неоднородные

По методам управления элементами ВС

централизованные

со смешанным управлением

децентрализованные

По принципу закрепления вычислительныхфункций за отдельными ЭВМ (процессорами)

с жестким закреплением функций

с плпвающим закреплением функций

По степени территориальной разобщенностивычислительных модулей ВС

территориально-сосредоточенные

распределенные

структурно-одноуровневые

многоуровневые (иерархические) структуры

Рис. 3. Принципиальная схема классификации вычислительных систем.

Суперкомпьютеры и особенности их архитектуры

К суперкомпьютерам относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов — десятки миллиардов операций в секунду. Создать такие высокопроизводительные компьютеры на одном микропроцессоре (МП) не представляется возможным ввиду ограничения, обусловленного конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/с), т.к. время распространения сигнала на расстояние несколько миллиметров (линейный размер стороны МП) при быстродействии 100 млрд операций/с становится соизмеримым со временем выполнения одной операции. Поэтому суперкомпьютеры создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС).

Высокопараллельные МПВС имеют несколько разновидностей.1. Магистральные (конвейерные) МПВС, у которых процессор

одновременно выполняет разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных. По принятой классификации такие МПВС относятся к системам с многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД или MISD — Multiple Instruction Single Data).

1. Векторные МПВС, у которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными — однократный поток команд с многократным потоком данных (ОКМД или SIMD — Single Instruction Multiple Data).

3. Матричные МПВС, у которых микропроцессор одновременно выполняет разные операции над последовательными потоками обрабатываемых данных —многократный поток команд с многократным потоком данных (МКМД или MIMD — Multiple Instruction Multiple Data).

В суперкомпьютере используются все три варианта архитектуры МПВС: структура MIMD в классическом ее варианте; параллельно-конвейерная модификация, иначе MMISD, то есть

многопроцессорная (Multiple) MISD-архитектура; параллельно-векторная модификация, иначе MSIMD, то есть

многопроцессорная SIMD-архитектура.Первый суперкомпьютер был задуман в 1960 и создан в 1972 году (машина

ILLIAC IV с производительностью 20 MFloPS), а начиная с 1974 года лидерство в разработке суперкомпьютеров захватила фирма Cray Research, выпустившая Cray 1 производительностью 160 MFloPS и объемом оперативной памяти 64 Мбайт.

Рис. 3. Условные структуры однопроцессорной (SISD) и названных многопроцессорных ВС

Кластерные суперкомпьютеры и особенности их архитектурыСуществует технология построения больших компьютеров и

суперкомпьютеров на базе кластерных решений. По мнению многих специалистов, на смену отдельным, независимым суперкомпьютерам должны прийти группы высокопроизводительных серверов, объединяемых в кластер.

! Кластер - это связанный набор полноценных компьютеров, используемый в качестве единого вычислительного ресурса.

Удобство построения кластерных ВС заключается в том, что можно гибко регулировать необходимую производительность системы, подключая к кластеру с помощью специальных аппаратных и программных интерфейсов обычные серийные серверы до тех пор, пока не будет получен суперкомпьютер требуемой

мощности. Кластеризация позволяет манипулировать группой серверов как одной системой, упрощая управление и повышая надежность.

Важной особенностью кластеров является обеспечение доступа любого сервера к любому блоку как оперативной, так и дисковой памяти. Эта проблема успешно решается, например, объединением систем SMP-архитектуры на базе автономных серверов для организации общего поля оперативной памяти и использованием дисковых систем RAID для памяти внешней (SMP — Shared Memory multiprocessing, технология мультипроцессирования с разделением памяти).

Для создания кластеров обычно используются либо простые однопроцессорные персональные компьютеры, либо двух- или четырех- процессорные SMP-серверы. При этом не накладывается никаких ограничений на состав и архитектуру узлов. Каждый из узлов может функционировать под управлением своей собственной операционной системы. Чаще всего используются стандартные ОС: Linux, FreeBSD, Solaris, Unix, Windows NT. В тех случаях, когда узлы кластера неоднородны, то говорят о гетерогенных кластерах.

При создании кластеров можно выделить два подхода. Первый подход применяется при создании небольших кластерных систем. В кластер объединяются полнофункциональные компьютеры, которые продолжают работать и как самостоятельные единицы, например, компьютеры учебного класса или рабочие станции лаборатории. Второй подход применяется в тех случаях, когда целенаправленно создается мощный вычислительный ресурс. Тогда системные блоки компьютеров компактно размещаются в специальных стойках, а для управления системой и для запуска задач выделяется один или несколько полнофункциональных компьютеров, называемых хост-компьютерами. В этом случае нет необходимости снабжать компьютеры вычислительных узлов графическими картами, мониторами, дисковыми накопителями и другим периферийным оборудованием, что значительно удешевляет стоимость системы.

Основные достоинства кластерных суперкомпьютерных систем: высокая суммарная производительность; высокая надежность работы системы; наилучшее соотношение производительность/стоимость; возможность динамического перераспределения нагрузок между

серверами; легкая масштабируемость, то есть наращивание вычислительной

мощности путем подключения дополнительных серверов; удобство управления и контроля работы системы.

Наряду с достоинствами, как и у любой технологии, у кластеризации имеются свои недостатки:

задержки разработки и принятия общих стандартов; большая доля нестандартных и закрытых разработок различных фирм,

затрудняющих их совместное использование; трудности управления одновременным доступом к файлам; сложности с управлением конфигурацией, настройкой, развертыванием,

оповещениями серверов о сбоях и т.п.


1 пример из «жизни» систем

Компания ASUSTeK распространила информацию о двух новых Barebone системах T2-P и T2-R. Обе системы имеют одинаковые размеры 190x310x300мм, а также процессор - Intel Socket 478 Northwood/Prescott до P4 3.4+ GHz. Другие характеристики несколько отличаются, приведем их последовательно для каждой системы:

память: T2-P: PC1600/PC2100/PC2700/PC3200, до 2Гб, 2 DIMM слота память: T2-R: PC1600/PC2100/PC2700, до 2Гб, 2 DIMM слота; материнская плата: P4P8T, Intel 865G / ICH 5, 800/533/400МГц FSB материнская плата: P4R8T, ATI RS300/IXP200, 800/533/400MГц FSB; видео: интегрированная 64Mб ATI Radeon 9100, DVI, 64Mб; слоты: одинаковы для обеих систем: PCI, AGP 8x; сеть: 10/100Mбит/с, Wireless 802.11b WiFi сеть: 10/100Мбит/с; аудио: 6-канальный AC97 S/PDIF выход кнопки Audio DJ, Audio CD,

FM radio studio аудио: 6-канальный AC97 S/PDIF выход; карты памяти: Compact Flash Type I/II, Microdrive, Memory Stick,

Memory Stick Pro, Secure Digital, MultiMedia Card, Smart Media Card карты памяти: нет; отсеки для приводов: 3.5 FDD, 3.5 HDD, 5.25 ODD отсеки для приводов: 3.5 FDD, 3.5 HDD, 5.25 ODD; выходы на задней панели: 4xUSB 2.0, PS/2 клавиатура, PS/2 мышь,

VGA (D-SUB), Game / MIDI, RJ-45 LAN (10/100 Мбит/с), Line-in/out, выход динамиков, FM антенна, антенна адаптера 802.11b, GIGA LAN, ТВ-тюнер

выходы на задней панели: 2xUSB 2.0, PS/2 клавиатура, PS/2 мышь, VGA (D-SUB), Game / MIDI, RJ-45 LAN(10/100 Мбит/с), Line-in/out, выход наушников, FM антенна


Корпорация IBM представила прототип суперкомпьютера Blue Gene. Окончание же всех работ над ним и его официальный выпуск запланированы на середину 2005 года.

Blue Gene будет установлен в Ливерморскую национальную лабораторию им. Лоуренса. Основные его задачи - моделирование погодных условий и изучение космического пространства.

Blue Gene будет состоять из 130 тысяч процессоров, и его производительность будет составлять 360 терафлопс.


Список Top500 (http://www.top500.org/) - это список из 500 самых мощных суперкомпьютеров, составляемый учеными университета Мангейма, университета штата Теннесси и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли. Он публикуется дважды в год накануне конференции по суперкомпьютерам и позволяет следить за ростом вычислительной мощности мировой компьютерной элиты.

Так вот, в опубликованный в это воскресенье список вошли две новых машины: IBM PowerPC 970 и Opteron от AMD.

Чипы IBM используются в системе, неформально называемой Big Mac. PowerPC 970 состоит из 1100 двухпроцессорных компьютеров Apple G5, занимая в общем списке третью строчку, с производительностью в 10,3 триллионов операций в секунду.

Процессоры Opteron используются в 2816-процессорном кластере, и его производительность составляет 8 триллионов операций в секунду.

Интересен факт, что общая производительность 500 лучших систем растет экспоненциально, увеличиваясь в десять раз примерно каждые четыре года. Порог в 1000 терафлопов (триллионов операций в секунду) планируется достигнуть к 2005 году.

Самые прочные позиции в списке у HP или IBM: соотношение числа систем - 165 против 159 в пользу HP.

4 пример из «жизни» вычислительных систем

Компании Price Waterhouse (http :// www . pw . com / ), Oracle (http :// www . oracle . com ) и Sun (http :// www . sun . com ) разработали полностью интегрированную вычислительную систему для телекоммуникационного бизнеса. Система, получившая название Compas, включает системное программное обеспечение Oracle, аппаратную платформу Sun и прикладное программное обеспечение Price Waterhouse для учета и генерирования счетов

http://www.sun.com/

http://www.oracle.com/

http://www.pw.com/

hizh72.narod.ruhizh72.narod.ru/olderfiles/1/Informatik_BK.doc · Web viewXMS (eXtended Memory Specification) – дополнительная память; EMS (Expanded Memory Specification)

Documents