Тема 2 Технические средства реализации информационных процессов Занятие

Тема№ 2. Технические средства реализации информационных процессов Занятие № 2. Основы построения персональных ЭВМ (ПЭВМ)

Цель занятия Изучить назначение и состав основных компонентов технических средств реализации информационных процессов. 2. Уяснить структуру и принципы работы типовой ЭВМ. 1.

Учебные вопросы Общие сведения о ПЭВМ и их классификация 2. Структура и особенности построения ПЭВМ 1.

Актуальность На принципы построения ЭВМ и их характеристики существенно влияет элементная база, и влияние это столь сильно, что в зависимости от применяемых элементов ЭВМ относятся к разным поколениям. От поколения к поколению изменяются технические характеристики ЭВМ: увеличиваются быстродействие, объем памяти и надежность, снижаются габариты и потребляемая мощность, изменяются носители информации оперативной и внешней памяти. Совершенствование технической базы и программного обеспечения позволило использовать ЭВМ не только для выполнения вычислительных работ, но и для решения

Вопрос № 1 Общие сведения о ПЭВМ и их классификация

История создания Аналитическая машина Бэббиджа. Механические начало XIX в. счетные Счеты устройства. Реализован принцип 5 -й век 1642 г. Паскаль разделения информации на команды и данные 1943 г. американец 1945 г. математик Говард Эйкен Джон фон Нейман с помощью работ сформулировал Бэббиджа общие принципы на построения и электромеханических функционирования реле ЭВМ «Марк-1» универсальных ЭВМ

Структура ЭВМ по Джону фон Нейману компьютер для того, чтобы он был универсальным и эффективным устройством для обработки информации, должен иметь следующие устройства: • арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции; • устройство управления, которое организует процесс выполнения программ; • запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;

Организация по фон Нейману ЭВМ первых поколений Предложенная фон Нейманом структурная организация компьютера (ЭВМ) и функциональные связи между основными его устройствами приведены на рис. . Одинарные линии показывают управляющие связи,

Алгоритм работы ЭВМ Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы, и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических или логических операций, чтение Таким образом, управляющее устройство выполняет из памяти данных для выполнения арифметических или инструкции программы логических операций, или запись их результатов в память, автоматически, т. е. без вмешательства человека. ввод данных из внешнего устройства в память или вывод Все результаты выполненной программы должны быть данных из памяти на внешнее устройство. Затем выполняется ею выведены на внешние устройства компьютера, оманда из ячейки памяти, которая находится непосредственно з после чего компьютер переходит к ожиданию каких-либо лько что выполненной командой. Однако этот порядок может бы сигналов внешних устройств. изменен с помощью команд передачи управления (перехода).

Современные ЭВМ с архитектурой фон Неймана Отличия: арифметико-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в единое устройство – центральный процессор. Кроме того, создается иерархическая структура памяти.

Принципы фон Неймановской организации

Принцип цифрового представления информации l Цифровая форма позволяет записать множество чисел с помощью ограниченного количества дискретных символов – цифр и дает вычисления с практически неограниченной степенью точности. Кроме того, цифры сравнительно просто представляются в технических устройствах дискретными состояниями различных механических и электронных элементов и их можно использовать в качестве универсальных знаков как для записи чисел, так и для обозначения букв и

Принцип адресности l Принцип адресности. Все данные, которыми оперирует ЭВМ, размещаются в ее памяти. Доступ к любому из хранящихся в памяти ЭВМ машинных слов производится по адресам, в качестве которых используются номера ячеек памяти запоминающего устройства. Иными словами, запоминающее устройство ЭВМ разбивается на конечное множество ячеек, каждая из которых является минимальной адресуемой частью памяти, предназначенной для хранения одного машинного слова. Ячейки нумеруются последовательными целыми числами:

Принцип программного управления Возможность представления конкретных машинных слов их адресами положена в основу принципа программного управления вычислительным процессом ЭВМ. Каждое из устройств ЭВМ способно выполнять только отдельные достаточно простые операции. Поэтому для решения на ЭВМ любой задачи человек должен предварительно составить точный план вычислений – указать, какие действия, в какой последовательности и над какими исходными данными должна выполнить машина для получения желаемого результата, или, другими словами, составить алгоритм вычислений. Этот алгоритм, представленный в виде последовательности

Формат команды l машинное слово, представляющее команду, состоит как бы из двух основных частей: адресной (адресные поля А 1, А 2, А 3) и операционной (поле кода операции

Классификация ЭВМ по производительности

Классификация ЭВМ Микро. ЭВМ. Они охватывают большинство встроенных в какие-либо устройства вычислительных машин (например, образцов вооружения и военной техники), и небольших свободно-программируемых служебных и персональных компьютеров Мини. ЭВМ. Они отличаются от микро. ЭВМ прежде всего большим объемом памяти и более высоким быстродействием и находят применение на в небольших вычислительных системах с несколькими рабочими местами. Большие ЭВМ. Устанавливаются обычно в больших вычислительных центрах, могут работать с большим числом рабочих мест, а также могут иметь несколько процессоров

Выводы по вопросу В основе построения современных ПЭВМ заложена архитектура фон Неймана, основанная на цифровом представлении данных, адресности и программного управления вычислительным процессом l Для решения задач военно-профессиональной деятельности войсковой ПВО применяются микро ЭВМ. l

Вопрос № 2 Структура и особенности построения ПЭВМ

Первая ПЭВМ l Появление в 1975 г. первой серийной ПЭВМ (создатели Стив Джобс и Стефан Возняк) вызвало революционный переворот во всех областях человеческой деятельности.

Структура ПЭВМ Главная особенность построения ПЭВМ магистральность и модульность структуры

Виды шин ПК Тип ISA EISA MCA VLB шины USB Разрядность (бит) - Universal Serial Bus, 32 16 32 32 PCI 32 / 64 Локальная шина стандартная шины. IBM разработана фирмой Это слот Скорость этой универсальная 16 -типередачи Частота последовательная шина, Мбайт/с. расширение 33 шины разрядная г. 10 предназначена полностьюисовместим со 33 в 1987 данных 132 шина (данные ISA 8 8, 3 (max) Разрядность 127 и адреса разделены), на для установки шины ISA. позволяющаяслотом для обмена подключать до данных - 64 видеоданными бит (данные Скорость компьютере классамежду расширения устройств, слот. Разрядность и. PS/2. обеспечивает обмен адреса 32 132 Max (Мбайт / 16 передаваемых данных - 132 графическим которой 40 объединены). Позволяет. Мбит/с. информацией доимеет два 60 производить с) Конфигурация 32 бит. Конфигурация разъемаускорителем, конфигурацию карт с 62 и 36 Позволяет подключать карт PCI периферийные устройства при на 10 карт расширения 12 расположенным 12 производится 3 Число слотов 12 контактами. Тактовая специальнойпутем и автоматически карте, включенном питании. м. Гц. . с частотапроизводится программным шины - 8, 33 помощью ROM BIOS. центральным программно

Сущность принципа модульности структуры Отдельные устройства выполняются в виде конструктивно законченных модулей (агрегатов), которые могут сравнительно просто, в нужных количествах и номенклатуре объединяться. ü

Материнская плата современной ПЭВМ На системной или материнской плате размещены только те блоки, которые обрабатывают информацию (выполняют вычисления). Схемы, управляющие всеми остальными устройствами компьютера – монитором, дисками, принтером и т. д. , реализованы на отдельных платах (контроллерах), которые вставляются в стандартные разъемы на системной плате – слоты.

Классификация устройств ПЭВМ клавиатура монитор дискета модем микрофон микропромышь принтер стример факс звуковые цессор СD-ROM плоттер Дляданных большого линии колонки Вывод CD хранения Проведение Для задания машине винчестер Для использования сканер звуковые количества данных и данных передач звуковая из машины для передачи Для вычислений и данных, команд и в компьютере использования их между компьютерами микрофонпрограмм колонки целенаправленного звука и видеоуправление карта графики, человеком доступа к ним работой датчики видеокамера ПК

Процессор Большинство характеристик ЭВМ определяется ее процессором. Они различаются по: l Типу l Разрядности l Тактовой частоте l Теплоотдаче l Системе команд

Устройства и каналы вводавывода Стремление упростить процесс взаимодействия человека с ЭВМ, представить данные в виде, наиболее удобном для восприятия человеком, привели к появлению большого количества различных устройств ввода-вывода информации (УВВ). Для освобождения процессора от рутинного труда по выполнению операций обмена информацией между оперативной памятью и внешними (или периферийными) устройствами создаются и применяются контроллеры, и каналы ввода-вывода.

Виды памяти размещаемой на В зависимости от длительности материнской плате хранения информации различают: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ-RAM) – т. е. устройство, предназначенное для записи, хранения и выдачи программ, исходных данных, промежуточных и окончательных результатов; постоянное запоминающее устройство (ПЗУ-ROM) – устройство, предназначенное только для хранения и выдачи информации. Как правило, запись информации в такую память осуществляется при ее изготовлении

Виды памяти на внешних устройствах В зависимости от длительности хранения информации различают: для хранения больших массивов информации в течение длительного времени и обмена ею с ОЗУ создаются внешние запоминающие устройства (ВЗУ), в основе построения которых находятся накопители на магнитных лентах, магнитных дисках и барабанах (НМЛ, НМД, НМБ), накопители на оптических дисках (НОД) и другие.

Свойства запоминающих устройств Тип памяти Быстрота доступа Емкость Регистровая Очень быстрая Незначительная Буферная Быстрая Малая Оперативная Средняя От средней большой Постоянная Медленная Большая Внешняя память Очень медленная Очень большая Архивная память Непосредственно недоступная Очень большая до

Устройства ввода служат для задания машине данных, команд и программ. Существуют следующих типов: • терминалы (с клавиатурой ввода, световым пером, манипулятором типа "мышь" и т. д. ); • устройства ввода с перфокарт и перфолент (считаются устаревшими); • устройства ввода графических изображений – сканеры (англ. scaner); • оптические и магнитные устройства ввода (дисководы); • микрофоны для ввода речи с аналого-цифровым преобразователем (акустические); • измерительные приборы с аналого-цифровыми преобразователями и сенсорами. При вводе возникают достаточно дорогостоящие в

Устройства вывода Служат для вывода данных из машины для использования их человеком, хранения на внешних носителях или для непосредственного управления процессами с помощью управляющих сигналов. Различают: • экраны (дисплей или монитор); • акустические устройства (акустические колонки); • принтеры (печатающие устройства), • устройства вывода на внешние носители (ленты магнитные и перфорационные, перфокарты, диски магнитные и оптические и др. ); • аналого-цифровые преобразователи и управляющие устройства.

Устройства передачи данных Особой формой ввода-вывода является прямая передача определенных данных от одного компьютера к другому. Для этого необходимо соответствующее оборудование в виде технических устройств, таких, например, как: модемы (т. е. модуляторы и демодуляторы, предназначенные для преобразования цифровых сигналов в непрерывные, и наоборот); концентраторы (объединение данных, подлежащих передаче от нескольких источников, для линий связи, в смысле мультиплексирования); сети компьютеров; провода (линии связи); устройства передачи-приема.

Современная ПЭВМ

Основные характеристики ПЭВМ • Модель процессора • Тактовая частота • Наличие, число и характеристики ВЗУ • Объем ОЗУ • Характеристики системной шины • Наличие кеш-памяти • Характеристики монитора • Характеристики графического контроллера • Характеристики звукового контроллера • Потребляемая мощность • Массо-габаритные показатели

Выводы по вопросу Особенностью построения современных ПЭВМ является магистрально-модульная структура l Для повышения эффективности войсковой ПВО необходимо комплектацию ПЭВМ выбирать в соответствии со сложностью решаемых задач военно-профессиональной деятельности. l

Выводы по занятию Основным функциональным устройством ЭВМ является микропроцессор (процессор). l Необходимость повышения эффективности технологических процессов обработки информации невозможна без современных вычислительных средств. l Знание принципов построения ПЭВМ позволит оптимально подбирать комплектацию компьютера и быстро восстанавливать его работоспособность в случае выхода из строя. l