Лекция Аппаратное обеспечение ИТ 1 Общие принципы работы

Лекция. Аппаратное обеспечение ИТ 1. Общие принципы работы и архитектура ЭВМ. 2. Классификация ЭВМ. 3. Состав, назначение и характеристики основных блоков и устройств ПК. 4. Периферийные устройства ПК.

Основные принципы работы ЭВМ (Дж. Фон-Нейман) • • Двоичная система счисления Программа и данные - в памяти ЭВМ Память иерархического типа Состав устройств: устройства ввода-вывода; память; арифметическое устройство; устройство управления

Исходная информация ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО АУ ЗУ Устройство Управления ВЫХОДНОЕ УСТРОЙСТВО Результатная информация Структурная схема ЭВМ (Дж. фон Неймана)

Единицы информации 1 бит 1 байт - группа двоичных разрядов из 8 бит 1 бит 1 бит 1 байт 1024 байта = 1 Килобайт 1000 К = 1 Мегабайт 1 бит

Структура машинной команды Код операции (КОП) Адреса операндов (А 1, А 2, А 3)

Представление текстовой информации 1 символ - 1 байт Пример: ASCII - American Standard Code for Information Interchange (Американский стандартный код для обмена информацией)

Представление графической информации 1. В растровой форме (изображение формируется из множества точек - пикселей). Рисунки, фотографии. 2. Векторным способом (изображение формируется из линий, задаваемых координатами их начала и конца). Чертежи, блок-схемы, диаграммы.

Графика в растровой форме Разрешение - количество пикселей по горизонтали и вертикали. Количество битов, описывающих каждый пиксель, зависит от необходимого числа передаваемых оттенков: 1 бит - черно-белое изображение; 1 байт - 256 цветов; 2 байта - 65 536 оттенков (high color) 3 байта - 16 777 215 оттенков(true color)

Требования к объему видеопамяти При режиме дисплея с разрешением 800 х 600 пикселей полноэкранное изображение требует объем видеопамяти: 800 х 600 х n, где n - число байт, описывающих 1 пиксел. При n=3 (true color) 800 х 600 х 3 = 1 440 000 байт При режиме дисплея с разрешением 1600 х 1200 пикселей 1600 х 1200 х 3 = 1 920 000 байт

Форматы хранения графической информации . pcx - многие графические редакторы (например, Paint. Brush в среде Windows) . gif - чересстрочная запись изображения, удобно использовать при передаче по каналам связи . tif - позволяет описывать сложные изображения, используется при совместной работе со сканером . jpg - хранение фотографий в оцифрованном виде (фирма Codak)

Векторный способ формирования изображения Позволяет формировать компактные графические файлы, но ограничены возможности передачи полутонов. Рисунок формируется из линий, прямоугольников, окружностей, эллипсов и др. Пример: редактор «Рисунок Microsoft Word»

Представление аудиоинформации Существует несколько способов формирования аудио информации: • Квантование; • Использование специальных команд.

Формирование аудио информации путем квантования звука по времени и по уровню F(t) d. F(t) t dt Исходный сигнал Квантованный сигнал

Для записи значений звукового сигнала может использоваться: 1) Квантование звука по времени и по уровню: • 1 байт (низкое качество воспроизведения звука не более 46 дб); • 2 байта (низкое качество воспроизведения звука 96 дб). Период квантования по времени определяет полосу пропускания частот (обычно 8 -44 Кгц): • 8 Кгц - обеспечивает разборчивость речи; • 44 Кгц - соответствует аппаратуре класса Hi-Fi. Расширение: . wav 10 -секундная запись высокого качества - более 1 Мб. 2)Использование специальных команд (MIDI) определяющих звучание отдельных нот: Расширение: . mid

Формирование аудио информации с использованием специальных команд (MIDI) Специальные команды (MIDI) определяют звучание отдельных нот: Преимущества: - небольшой объем; - легко редактировать (специальные программы музыкальные редакторы). Расширение: . mid

Представление видеоинформации Видеоизображение формируется как последовательность быстросменяемых кадров Частота смены кадров >= 25 Гц 640 х 480 х 25 = 15 360 000 байт Специальные методы сжатия файлов Форматы видео файлов: . avi (Microsoft). mov (Apple) Для просмотра видео файлов - спец. программы: media player

Стандарты MPEG • Стандарты для записи аудио и видео изображения, объединяемые под именем MPEG (Movie Player Engineering Group) (расширение -. mpg). Для просмотра - спец. программы Mpeg Player (оптический диск объемом 640 М - 45 мин. видео и >10 час. аудио информации). • Потоковые системы обработки аудио и видео информации (расширение. ra, . rm, . ram). Для использования - спец. программы Real Player

Представление трехмерных объектов Информация хранится в виде сложных математических объектов. Объекты описываются: - своими характерными параметрами (ребра, грани, поверхности); - их свойствами (размеры, тип, текстура). Высокопроизводительный компьютер (процессор) Расширение: . vrm или. vrml Для просмотра - спец. программы Vrml-viewer

Производители супер. ЭВМ «Суперкомпьютер - это очень мощная ЭВМ с производительностью свыше 10 MFLOPS» Оксфордский толковый словарь по ВТ, 1986 г. Мировые лидеры в создании супер. ЭВМ: США и Япония (нижняя граница производительности 5 GFLOPS). 10 самых мощных супер. ЭВМ: IBM -5, - компанией Hewlett. Packard -3, NEC – 1, Intel. -1 Производительность - 2 -4 TFLOPS В 2003 году в США планируется ввод систем производительностью 30 TFLOPS, в России - 5 TFLOPS Супер. ЭВМ типа МВС-1000 М (Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН, Россия) Производительность - свыше 1 TFLOPS Объем диска - 7680 Гбайт Цена – в 5 -6 раз ниже зарубежных

Суперкомпьютер Deepcomp 1800 (24 Место В Мире В Списке Мощнейших супер. ЭВМ) Компания Legend Group (Китай) Производительность - 1000 гигафлопс (FLOPS - Floating Operations Per Second, количество операций с плавающей запятой в секунду). Объем ОП - 272 Гбайт. Кол-во процессоров Intel Xeon – 526 Емкость жесткого диска - 6 Тбайт. Стоимость - $350 млн. Площадь для размещения – 24 раб. кабинета, общая длина всех блоков - около 13 метров. Сфера применения - метеорологические исследования, имитация и анализ ядерных реакций, а также разработка лекарственных средств.

Начальные этапы создания ПК 1. Фирма INTegraded ELectronics –Intel 4004 (1971 г. ). 2. Фирма MITS – компьютер «Альтаир» (1975 г. ). 3. Фирма Apple – компьютер Apple-II (1977 г. ). 4. Фирма International Busines Machines – компьютер IBM PC на базе Intel 8086 (1981 г. ).

Структурная схема ПК Процессор ОП ПП КМОП память СИСТЕМНАЯ ШИНА К 1 Кi Кn ВЗУ 1 ВЗУi ПУn

Процессор ПК – это устройство, непосредственно осуществляющее процесс обработки данных, и программное управление этим процессом. В состав процессора входят: 1. Устройство управления. 2. Арифметико Логическое Устройство. 3. Регистровая память. 4. Интерфейсная система. 5. Кэш – память.

Основные характеристики процессора ПК 1. Тип (Intel, AMD, VIA). 2. Технология изготовления (0, 18 мкм; 0, 13 мкм). 3. Тактовая частота (МГц или ГГц). 4. Производительность (количество операций в секунду: MIPS и MFLOPS). 5. Разрядность (32 или 64). 6. Объем кэш – памяти (L 1 - до 64 Кбайт, L 2 – до 512 Кбайт).

Виды памяти ПК 1. Оперативная (Random Access Memory): Синхронная SD RAM (PC 100, PC 133) DDR SD RAM (до 333 МГц) RD RAM (до 1200 МГц) 2. Постоянная (Read Only Memory). 3. КМОП – память (CMOS). 4. Внешняя память.

Оперативная память (RAM–Random Access Memory) предназначена для хранения в процессе выполнения программ, исходных данных и результатов.

Материнская плата

Шины, слоты и порты системной платы 1. Шина PCI (32 бит; 33 МГц). 2. Шина ISA (16 бит; 8 МГц). 3. Слот AGP (66 МГц). 4. Порты USB (12 Мбит/с). 5. Порты ATA. 6. Порт IEEE 1394 (до 1 Гбит/с). 7. Шина 3 GIO (Third Generation Input/Output) - (2, 5 – 10 Гбит/с). 8. Стандартные порты СОМ и LPT.

Устройства вывода информации 1. Мониторы (ЭЛТ и ЖК-панели). 2. Устройства печати: принтеры (матричные, струйные, лазерные) и плоттеры. 3. Звуковые платы и акустические системы. 4. Шлемы и очки виртуальной реальности.

Видеокарта (видеоадаптер) Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему персонального компьютера.

Звуковая карта подключается к одному из слотов материнской платы в виде дочерней карты и выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Основным параметром звуковой карты является разрядность.

Устройства ввода информации 1. Ручные устройства ввода и позиционирования (клавиатура, «мышь» , джойстик, трекбол, дигитайзер). 2. Автоматизированные системы (сканеры, цифровые фотоаппараты, «голосовая мышь). 3. Устройства связи (модем, факсмодем).

Накопители информации 1. Накопители ГМД (флоппи) – 1, 44 Мбайт. 2. Накопители ЖМД (винчестеры) - до 150 Гб. 3. Накопители на сменных компакт-дисках (CD ROM, DVD, CD-RW, DVD-RAM, flex. CD) – (скорость 150 Кб/с*60). 4. Накопители на сменных дисках большой емкости (Zip, Jaz и т. п. ) – до 2, 2 Гбайт. 5. Накопители на магнитооптических дисках – (емкость до 14*650 Мбайт ). 6. Стриммеры. 7. Устройства флэш – памяти.

Жесткий диск (НЖМД, винчестер) Жесткий диск — основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ.

НГМД Для оперативного переноса небольших объемов информации используют гибкие магнитные диски (дискеты) и специальный накопитель — дисковод. Основными параметрами гибких дисков являются: технологический размер (измеряется в дюймах), плотность записи (измеряется в кратных единицах) и полная емкость.

Дисковод компакт-дисков CD-ROM СD-RОМ(Compact Disk Read-Only Memory) постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска. Основной параметр скорость чтения данных. (за единицу измерения принята скорость чтения в первых серийных образцах, составлявшая 150 Кбайт/с).