Информатика I часть Любой компьютер представляет собой

Информатика I часть

Любой компьютер представляет собой неразрывное единство аппаратного(Hard. Ware) и программного обеспечения (Soft. Ware)

Темы • Архитектура персонального компьютера (2) • Системное и прикладное программное обеспечение (3) • Файловая система (1) • Компьютерные сети (1) • Основы технологии работы с электронными текстами(1)

Глава 1. Архитектура персонального компьютера

• В настоящее время наибольшее распространение в ЭВМ получили 2 типа архитектуры: принстонская(фон Неймана) и гарвардская. • Обе они выделяют 2 основных узла ЭВМ: центральный процессор и память компьютера.

Принципы, сформулированные в 1945 г. Джоном фон Нейманом: • Принцип программного управления - программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности; • Принцип однородности памяти - программы и данные хранятся в одной и той же памяти, над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными; • Принцип адресности - основная память структурно состоит из нумерованных ячеек.

Компьютеры можно классифицировать по разным критериям: • • • по этапам развития (по поколениям); по архитектуре; по производительности; по условиям эксплуатации; по типу используемого и количеству процессоров; по потребительским свойствам; по назначению; по уровню специализации; по размерам.

Классификация по поколениям Идея делить машины на поколения вызвана тем, что за время истории своего развития компьютерная техника проделала эволюцию в следующих аспектах • элементная база (лампы, транзисторы, микросхемы и др. ); • появления новых возможностей; • расширения областей применения и характера использования.

1. В 1943 году была создана вычислительная машина ЭВМ первого поколения на базе электронных ламп. 2. Второе поколение (50 – 60 г. г. ) компьютеров построено на базе полупроводниковых элементов (транзисторах). 3. Основная элементная база компьютеров третьего поколения (60 – 70 г. г. ) - интегральные схемы малой и средней интеграции. 4. В компьютерах четвертого поколения (70 – по н/в) применены большие интегральные схемы БИС (микропроцессоры). 5. Применение микропроцессоров в ЭВМ позволило создать персональный компьютер (ПК), отличительной особенностью которого является небольшие размеры и низкая стоимость. 6. В настоящее время ведутся работы по созданию ЭВМ пятого поколения, которые разрабатываются на сверхбольших интегральных схемах.

Черты компьютера 5 поколения • • Разработка производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография). Развитие идет также по пути "интеллектуализации" компьютеров, устранения барьера между человеком и компьютером. В компьютерах пятого поколения произойдёт качественный переход от обработки данных к обработке знаний. Архитектура компьютеров будущего поколения будет содержать два основных блока. Один из них — это традиционный компьютер. Но теперь он лишён связи с пользователем. Эту связь осуществляет блок, называемый термином "интеллектуальный интерфейс". Его задача — понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера.

Классификация компьютеров • • Калькулятор Консольный компьютер Миникомпьютер Мейнфрейм Персональный компьютер Рабочая станция Сервер Суперкомпьютер

Микрокомпьютеры • • Настольный компьютер Ноутбук (Лэптоп) – Субноутбук • Нетбук • Смартбук • Планшетный компьютер – Планшетный персональный компьютер • Тонкий персональный компьютер (Slate PC) • Ультрамобильный ПК – Интернет-планшет – Электронная книга (устройство) • • • Игровая приставка (Игровая консоль) Карманный компьютер (КПК) Коммуникатор Смартфон Носимый компьютер

Планше тный персона льный компью тер планшетный ПК, tablet PC — полноразмерный ноутбук, относящийся к классу мобильных компьютеров оборудованных сенсорным экраном, позволяющий работать при помощи стилуса или пальцев, как с использованием, так и без использования клавиатурыи мыши.

Смартбук (англ. Smartbook) — небольшой ноутбук, построенный на аппаратной платформе того же класса, которая используется для смартфонов и интернет-планшетов.

Интернет-планшет • (англ. Internet tablet или Web tablet — Веб-планшет, или Pad tablet — Pad-планшет (Блокнотный планшет), или Web-pad — Веб-блокнот, или Surfpad — Веб-серфинг-блокнот) — мобильный компьютер относящийся к типу планшетных компьютеров как правило с диагональю экрана от 5 до 11 дюймов, построенный на аппаратной платформе того же класса, которая используется для смартфонов. • Для управления интернет-планшетом используется сенсорный экран, взаимодействие с которым осуществляется при помощи пальцев, без использования физической клавиатуры и мыши. Ввод текста на сенсорном экране в целом не уступает клавиатурному по скорости.

Носимый компьютер • • Можно носить с собой на теле (что-то среднее между наручными часами и ноутбуком). На данный момент нет чёткой спецификации и стандартов для данного устройства. Наиболее предполагаемая научная область применения — медицинские работники и военные (например тестируемый в армии США Land Warrior). Один из вариантов носимого компьютера — т. н. «интерактивные очки» (определенного названия нет), действующий образец которых создал американский изобретатель Стив Мэнн. Устройство представляет собой миникомпьютер с веб-камерой, сканером и доступом в интернет. Изображение в этом случае проецируется на внутреннюю часть очков. Развлекательные возможности дополненной реальности такого устройства достаточно широки: опознавания лиц окружающих людей и сравнение их с фотографиями друзей аккаунта в социальной сети; отображение кратчайшего пути для автомобилистов и тд.

Сравнение ноутбуков и настольных компьютеров Преимущества ноутбуков Мобильность • • Малый вес и габариты. Для работы не обязательно подключать внешние устройства. Возможность автономной работы. Возможность подключения к беспроводным сетям. Недостатки: • • Более высокая цена. Низкая максимальная производительность. Ограниченность модернизации. Проблемы совместимости с различными операционными системами. Качество встроенных компонентов. • Повышенная вероятность поломки. • Сложность ремонта.

Характеристики многоцелевого массовопараллельного суперкомпьютера среднего класса Intel Pentium Pro 200. Этот компьютер содержит 9200 процессоров Pentium Pro на 200 Мгц, в сумме (теоретически) обеспечивающих производительность 1, 34 Терафлоп (1 Терафлоп равен 1012 операций с плавающей точкой в секунду), имеет 537 Гбайт памяти и диски ёмкостью 2, 25 Терабайт. Система весит 44 тонны (кондиционеры для неё — целых 300 тонн) и потребляет мощность 850 к. Вт.

• 2006 году был образован Межрегиональный супервычислительный центр для организации и обеспечения работы построенного в ТГУ суперкомпьютера – вычислительного кластера СКИФ Cyberia. • По своим параметрам этот суперкомпьютер входит в первую сотню самых быстродействующих вычислительных систем планеты и более года был лидером суперкомпьютерного парка России, СНГ и стран Восточной Европы.

Lap. Top Notebook Palmtop Tablet PC

1. 1. Структурная схема персонального компьютера

1. 2. Компоненты ПК Компьютер – это единая система, представляющая собой набор сменных компонентов, связанных между собой стандартными интерфейсами. Архитектура компьютера – совокупность реализованных в нем интерфейсов.

Компонентом здесь выступает отдельный узел (устройство), выполняющий определенную функцию в составе системы. Интерфейсом называют стандарт присоединения компонентов к системе. В качестве такового служат разъемы, наборы микросхем, генерирующих стандартные сигналы, стандартный программный код.

Компоненты, выполняющие одинаковые функции, могут сильно отличаться друг от друга по характеристикам. Компоненты производятся десятками конкурирующих фирм. РАЗНООБРАЗИЕ

Архитектура ПК • Определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера

• Электронные элементы ПК (процессор, память, контроллеры) электрически взаимосвязаны посредством шин. Все взаимодействия между устройствами осуществляются при помощи нескольких групп шин различных типов и назначения. • Шины — линии связи между различными элементами компьютера существенным образом определяют показатели быстродействия ПК. • Группы шин ПК объединены в системную шину определенной стандартной архитектуры (например, шины ISA или PCI), а также периферийные шины, например AGP.

1. 2. 1. Системная плата Служит для размещения остальных компонентов и организации взаимодействия между ними. Встроенные (интегрированные) компоненты. Системная (материнская) плата (карта) Магистраль передачи информации

• Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора, размещаются на основной плате компьютера, которая называется системной или материнской Mother. Board. • Контроллеры и адаптеры дополнительных устройств, либо сами эти устройства, выполняются в виде плат расширения (Dаughter. Board — дочерняя плата) и подключаются к шине с помощью разъёмов расширения, называемых также слотами расширения (англ. slot — щель, паз).

Материнская плата NVIDIA n. Force 680 i SLI – Elite. Group PN 2 SLI 2+.

Материнская плата Epox EP-5 EDAI

Материнская плата M/B ASUSTe. K M 3 A 78 -EH производитель модель

Материнская плата M/B Super. Micro X 7 DB 8+

Основой любой материнской платы является набор ключевых микросхем, также называемый набором логики или чипсетом (англ. chipset). Разработкой таких наборов занимаются несколько крупнейших мировых компаний: • • • Intel NVIDIA AMD VIA SIS То, какой чипсет положен в основу материнской платы, определяет, какой процессор, какую оперативную память и в каком объёме можно установить, сколько устройств можно подключить и как быстро всё это будет работать.

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.

Важным элементом платы является BIOS- базовая система ввода/вывода. Это программное обеспечение, позволяющее выполнять стандартное управление стандартными компонентами системы. BIOS - (Basic Input-Output System), - энергонезависимое постоянное запоминающее устройство, в которое записаны программы, реализующие функции ввода-вывода, тестирования компьютера в момент включения и др.

Кэш 1. 2. 2. Центральный процессор Выполнение команд программы (чтение команды из памяти, запись результата в память) Набор команд Быстродействие Тактовая частота ГГц 3. 2 ГГц Кремниевая пластина Технологическая норма Ядро 10 -ки млн транзисторов 45 нм Intel Celeron Pentium Core 2 Duo Xeon AMD ATHLON SEMPRON Opteron 109 Гц гигагерц ГГц GHz ЦП

Технологическая норма Определяет минимальное расстояние между двумя соседними элементами в одном слое микросхемы, то есть своеобразный шаг сетки, к которой осуществляется привязка элементов микросхемы. Чем меньше этот размер, тем больше транзисторов можно разместить на одной и той же площади микросхемы.

Кэш микропроцессора — кэш (сверхоперативная память), используемый микропроцессором компьютера для уменьшения среднего времени доступа к компьютерной памяти.

Основные характеристики процессора • Быстродействие – число выполняемых операций в единицу времени. Каждый процессор работает с определенной тактовой частотой (МГц или ГГц), причем на выполнение команды может потребоваться до несколько десятков тактов. Например, тактовая частота одного из первых процессоров Intel 8088 составляла 4, 77 МГц, а тактовая частота современного процессора Pentium 3, 2 - 4 —ГГц.

• Разрядность — максимальное количество разрядов двоичного числа, над которыми одновременно может выполняться машинная операция.

• Первый процессор был 4 -разрядным, то есть работал с числами, представляемыми 4 двоичными разрядами - 24= 16 чисел, 16 адресов. • 16 -разрядный процессор одновременно может работать с 216=б 5536 числами и адресами. • 32 -разрядный - 232=4 294 967 296. чисел.

Кэш микропроцессора — кэш (сверхоперативная память), используемый микропроцессором компьютера для уменьшения среднего времени доступа к компьютерной памяти.

Процессор CPU AMD Opteron 2. 8 ГГц

Микропроцессор Atlon XP Сейчас сменилась архитектура процессоров – они становятся многоядерными - двух и более. Эта тенденция позволит разработать в скорое время настольный компьютер по мощности равный суперкомпьютерам. Intel Core 2 Duo, Athlon 64 X 2 - двухядерные процессоры AMD Quad-Core Opteron, AMD Quad-Core Phenom - четырехядерные процессоры

Основными блоками процессора являются: • Арифметико-логическое устройство(АЛУ)(выполняет числовые и логические операции с данными в соответствии с кодом команды, хранящимся в регистре команд(сложение, сравнение и т. п. ) ) • Устройство управления(УУ) (с помощью набора управляющих сигналов организует согласованную работу всех блоков процессора и управляет как передачей адресов, команд и данных в процессоре по внутренней шине) • Несколько ячеек внутренней памяти – регистров. В регистрах хранятся команды, данные и адреса.

1. 2. 3. Системная память Оперативная + Кэш ОП Программы, исполняемые в настоящий момент Данные Двоичная бит, байт = 8 бит Адресуемая – номер байта Емкость: 1 Кб = 210 б = 1024 б, Мб, Гб 4 Гб ФОРМАТ внутреннего представления информации Модуль памяти 512 Мб, 1 Гб, 2 Гб Тип памяти DIMM, DDR 2 Кэш

Представление информации в компьютере Вся информация, поступающая в оперативную память компьютера с устройств ввода/вывода, кодируется и представляется в двоичном виде (0/1) 0 1 1 0 0 1 28=256 Минимальная единица измерения информации - 1 бит Бит может принимать значения 0 или 1 Объем хранящейся в компьютере информации измеряется в байтах (byte) В 1 байте записывается 256 комбинаций из 0 и 1 для представления различной информации 1 байт = 8 бит, 1 Кб = 210 байт = 1024 б, 1 Мб = 1024 Кб, . . .

Пример: формат данных • • 11000111 буква «З» или символ «╟» код команды пересылки данного в память точка светло-серого цвета адрес 199

• Оперативная память RAM (Random Access Memory) — оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) хранятся ПРОГРАММЫ, которые выполняются на компьютере в данный момент, и данные • ROM (Read Only Memory) — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и кэш.

При работе на компьютере важны две характеристики памяти – емкость и скорость чтения/записи информации. В современных условиях минимальной считается емкость 32 Мб, а для работы с 3 -мерной графикой, видео и т. п. требуется 1000 Мб и выше. ОЗУ монтируется из отдельных модулей стандартной емкости 64 Мб, 128 Мб, 256 Мб. Чем больше у вас оперативной памяти – тем быстрее и легче работать программам.

Скорость чтения/записи данных • от 1 Гбайт/с для DRAM • до 2, 4 Гбайт/с для DDR SDRAM DIMM, DRAM, DDR SDRAM – различные модели работы памяти

Модуль памяти Patriot DDR-II DIMM 2 Gb производитель

ЦП и ОП – внутренний мир компьютера. Остальные компоненты – для долговременного хранения информации и общения с внешним миром. Подключение к системе производится через АДАПТЕР (КОНТРОЛЛЕР).