ТЕМА 3 СОСТАВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ Термины и

ТЕМА 3. СОСТАВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Термины и определения Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники принято рассматривать отдельно. Соответственно, отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию вычислительных систем и их программную конфигурацию. Такой принцип разделения имеет для информатики особое значение, поскольку очень часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. 2

Термины и определения Критериями выбора аппаратного или программного решения являются производительность и эффективность. Обычно принято считать, что аппаратные решения в среднем оказываются дороже, зато реализация программных решений требует более высокой квалификации персонала. 3

Аппаратное обеспечение К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочномодульную конструкцию — аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков. 4

Аппаратное обеспечение По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ — Central Processing Unit, CPU) различают внутренние и внешние устройства. Внешними, как правило, являются большинство устройств ввода-вывода данных (их также называют периферийными устройствами) и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных. 5

Аппаратное обеспечение Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют с помощью переходных аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы в вычислительной технике называют протоколами. Протокол — это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств для успешного согласования их работы с другими устройствами. 6

Аппаратное обеспечение Примеры аппаратных интерфейсов: Разъем для подключения устройств SATA Разъем питания устройств SATA Интерфейсный кабель SATA 7

Аппаратное обеспечение Примеры аппаратных интерфейсов: Разъем для подключения устройств IDE (ATA) Интерфейсный кабель (шлейф) IDE (ATA) 8

Аппаратное обеспечение Примеры аппаратных интерфейсов внешних устройств: 9

Аппаратное обеспечение Примеры аппаратных интерфейсов внешних устройств: 10

Аппаратное обеспечение Примеры аппаратных интерфейсов: Интерфейс USB Адаптер USB – PS/2 11

Аппаратное обеспечение Примеры аппаратных интерфейсов: Интерфейсы Fire. Wire (IEEE 1394) 12

Аппаратное обеспечение Примеры аппаратных интерфейсов: Интерфейсы D-SUB ( VGA) 13

Аппаратное обеспечение Примеры аппаратных интерфейсов: Интерфейс HDMI 14

Аппаратное обеспечение Примеры аппаратных интерфейсов: Интерфейс S/PDIF Кабель TOSLINK Кабель Coaxial 15

Аппаратное обеспечение Определите название и назначение представленных аппаратных интерфейсов: 16

Аппаратное обеспечение Многочисленные интерфейсы, присутствующие в архитектуре любой вычислительной системы, можно условно разделить на две большие группы: последовательные и параллельные. Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом, а через параллельный — одновременно группами битов. Количество битов, участвующих в одной посылке, определяется разрядностью интерфейса, например восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают один байт (8 бит) за один цикл. 17

Аппаратное обеспечение Параллельные и последовательные интерфейсы 18

Аппаратное обеспечение Последовательный интерфейс RS 232 (COM-порт) 19

Аппаратное обеспечение Последовательный интерфейс USB (Universal Serial Bus) 20

Аппаратное обеспечение Параллельные интерфейсы обычно имеют более сложное устройство, чем последовательные, но обеспечивают более высокую производительность. Их применяют там, где важна скорость передачи данных: для подключения печатающих устройств, устройств ввода графической информации, устройств записи данных на внешний носитель и т. п. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с; Кбайт/с; Мбайт/с). Примеры: LPT-порт, ISA, PCI, ATA, SCSI 21

Аппаратное обеспечение Параллельные интерфейсы 22

Аппаратное обеспечение Устройство последовательных интерфейсов проще; как правило, для них не надо синхронизировать работу передающего и принимающего устройства (поэтому их часто называют асинхронными интерфейсами), но пропускная способность их меньше и коэффициент полезного действия ниже, так как из-за отсутствия синхронизации посылок полезные данные предваряют и завершают посылками служебных данных, то есть на один байт полезных данных могут приходиться 1 -3 служебных бита (состав и структуру посылки определяет конкретный протокол). Примеры: USB, PCI-Express, Hyper. Transport, IEEE 1394, SATA 23

Аппаратное обеспечение Поскольку обмен данными через последовательные устройства производится не байтами, а битами, их производительность измеряют битами в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с). Несмотря на кажущуюся простоту перевода единиц измерения скорости последовательной передачи в единицы измерения скорости параллельной передачи данных путем механического деления на 8, такой пересчет не выполняют, поскольку он не корректен из-за наличия служебных данных. 24

Аппаратное обеспечение Последовательные интерфейсы ранее применяли для подключения достаточно «медленных» устройств (простейших устройств печати низкого качества, устройств ввода и вывода знаковой и сигнальной информации, контрольных датчиков, малопроизводительных устройств связи и т. п. ), а также в тех случаях, когда нет существенных ограничений по продолжительности обмена данными (большинство цифровых фотокамер). В настоящее время последовательные интерфейсы широко распространены и обладают достаточно высокой производительностью. 25

Программное обеспечение Программы — это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы — управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера. 26

Программное обеспечение Уровни программного обеспечения 27

Программное обеспечение Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии. Несмотря на то, что мы рассматриваем эти две категории отдельно, нельзя забывать, что между ними существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является по меньшей мере условным. 28

Архитектура компьютера Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т. д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, ОЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя. 29

Архитектура компьютера В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом. 30

Архитектура компьютера 1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. 2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. 3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из нумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. 31

Архитектура компьютера Схема построения компьютера на архитектуре Джона фон Неймана 32

Архитектура компьютера Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т. е. они могут работать без «счетчика команд» , указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фоннеймановскими. 33

Структура и принцип работы компьютера Структура компьютера - это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства - от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации. 34

Структура и принцип работы компьютера Разнообразие современных компьютеров очень велико. Но их структуры основаны на общих логических принципах, позволяющих выделить в любом компьютере следующие главные устройства: память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из нумерованных ячеек; процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ); устройство ввода; устройство вывода. Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация. 35

Структура и принцип работы компьютера Основные устройства компьютера и связи между ними представлены на схеме. Жирными стрелками показаны пути и направления движения информации, а простыми стрелками — пути и направления передачи управляющих сигналов. 36

Структура и принцип работы компьютера Функции памяти: приём информации из других устройств; запоминание информации; выдача информации по запросу в другие устройства компьютера. Функции процессора: обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций; программное управление работой устройств компьютера. 37

Структура и принцип работы компьютера Схема взаимодействия элементов современного компьютера 38

Структура и принцип работы компьютера Отдельные модули и блоки компьютера должны какимто образом обмениваться между собой информацией. Для этой цели служат специальные информационные линии, которые принято называть шинами. Шина данных - информационная линия (канал), по которой идет передача электрических сигналов в обоих направлениях. Адресная шина - информационный канал, который передает адрес ячейки памяти, в которую (из которой) будет производиться запись (чтение) информации. Каждая ячейка памяти имеет свой уникальный адрес, по которому идет обращение к памяти. Шина управления указывает, какое именно действие будет производиться: чтение или запись. 39

Структура и принцип работы компьютера Структурная схема персонального компьютера 40

Структура и принцип работы компьютера 41

Структура и принцип работы компьютера 42

Структура и принцип работы компьютера 43

Благодарю за внимание! 44