Техническое обеспечение информационных технологий 1 Организация ЭВМ по

Техническое обеспечение информационных технологий 1. Организация ЭВМ по Джону фон Нейману. 2. Классификация технических средств. 3. Вычислительная система. 4. Электронная оргтехника. 5. Современные средства связи. 1

1. Организация ЭВМ по Нейману Сформулированы в 1945 г. Устройство компьютера по Джону фон Нейману 1. Арифметико-логическое устройство (АЛУ). 2. Устройство управления (УУ). 3. Запоминающее устройство – память (П). 4. Внешние устройства (ВУ) – устройства ввода/вывода. ВУ П УУ АЛУ Идеи Неймана воплощены в 1949 г. англичанином 2 Морисом Уилксом

Принципы функционирования компьютера по Джону фон Нейману 1. Принцип двоичного кодирования. 2. Принцип программного управления. 3. Принцип однородности памяти. 4. Принцип адресности. 3

2. Классификация технических средств. 2. 1. Классификация ЭВМ а) По принципу действия: б) По назначению: –Аналоговые (АВМ); –Универсальные; = –Цифровые (ЦВМ); ЭВМ –Проблемно–Гибридные (ГВМ). ориентированные; в) По размерам: –Специализированные –Супер ЭВМ; –Большие ЭВМ (Main Fram); –Малые ЭВМ; • Универсальные § ПК, –Микро ЭВМ: § Многотерминальные, • Специализированные § Рабочие станции; § Серверы. 4

г) По этапам создания – 1 поколение – 50 гг. – на электронных вакуумных лампах; – 2 поколение – 60 гг. – на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах); – 3 поколение – 70 гг. – на полупроводниковых ИС (сотни - тысячи тр-в); – 4 поколение – 80 гг. – на больших и сверхбольших ИС – микропроцессорах (десятки тыс. – млн. тр-в); – 5 поколение – 90 гг. – с десятками микропроцессоров; – 6 поколение – суперкомпьютеры высокой 5 производительности (десятки тыс. МП).

3. Классификация ПК а) По назначению: – Бытовые; – Профессиональные. б) По типу микропроцессора: – Intel: 8008, 80486, Pentium, Celeron, Atom, Core, – – Xeon, Itanium; AMD: K 6, K 7, Duron, Athlon, Geode, Shanghai, Sempron, Phenom, Opteron; Motorola; IBM: Cell; VIA: Nano, C 7… 6

в) По конструктивному исполнению: • настольные (стационарные): – классические, – медиакомпьютеры (Barebone); • переносные (мобильные): – Lap Top – наколенник – Note Book, – Net Book, – Tablet PC – планшетник , – Net Top, – Smart Book, – Palm Top – наладонник. 7

г) Фирмы-производители ПК • США: • Франция: Micral; –IBM • Италия: Olivetty; –Compaq Computer –Apple (Macintosh) • Япония: – Toshiba –Hewlett Packard – Panasonic (HP) –Dell – Partner; –DEC (Digital – Fujitsu Simens Equipment Corp. ); • ПК России (СССР, • Великобритания: СНГ): –Spectrum – ДВК, ЕС, Искра –Amstrad; – Нейрон – БУГ, Белана, Bel. ABM 8

4. Вычислительная система 4. 1. Архитектура вычислительной системы • Однопроцессорная вычислительная система – архитектура фон Неймана. • Многопроцессорная вычислительная система – симметричная архитектура. • Многомашинная вычислительная система – массивно-параллельная архитектура. • Гибридная архитектура. 9

4. 2. Состав вычислительной системы Аппаратное обеспечение Внутренние устройства • Процессор; • Внутренняя память; • Жесткий диск; • Дисководы; • Видеокарта; • Звуковая карта… Программное обеспечение Внешние устройства • Устройства ввода/вывода данных; • Устройства хранения данных; • Устройства обмена данными. 10

Состав вычислительной системы Аппаратное обеспечение Базовая конфигурация • Системный блок; • Монитор; • Клавиатура; • Мышь. Программное обеспечение Периферийные устройства • Принтер; • Сканер; • Манипуляторы; • Модем… 11

Структурная схема ПК Монитор Стример НЖМД МИКРОПРОЦЕССОР Арифметико -логическое устройство Регистры общего назначения КЭШпамять Контроллер НЖМД Контроллер НОД НГМД Системный блок ВНУТРЕННЯЯ ПАМЯТЬ ПЗУ (ROM) ОЗУ (RAM) Видеоадаптер Схемы управле ния шиной Устройство управления НОД Компьютерная сеть Контроллер НГМД Сетевой адаптер Дополнительные слоты расширения СИСТЕМНАЯ ШИНА: управляющая, адресная , данных, питания Специальные порты ввода- вывода Последовательные порты Параллельные порты Игровой порт ГТИ Микрофон Динамики Клавиатура Мышь ФЛЭШпамять Модем Плоттер Принтер Сканер Джойстик 12

5. Процессор Основные компоненты процессоров: 1. Арифметико-логическое устройство (АЛУ). 2. Устройство управления (УУ). 3. Генератор тактовых импульсов (ГТИ). 4. Регистры – • регистры общего назначения (РОН); • управляющие регистры. 5. Кэш-память. 6. Схема управления шиной. 13

Основные характеристики процессоров: Конструкция: БИС. 1. Тактовая частота, Гц: • … 120, 133, …, 1600… МГц… 3, 2 ГГц … (4, 5, 6, 3 ГГц). 2. Разрядность, бит: • 8, 16, 32, 64, 128… разрядные. 3. Размер кэш-памяти, Кб: • 32, 64, 128, 256, 512…Кб … (2048 Кб… 6, 8… 16 Мб). 14

Архитектура процессоров СISC (Complex Instruction Set Computing) – архитектура, основанная на усложнённом наборе команд. • многобайтовые сложные команды; • малое количество регистров; • наличие команд в формате «регистр-память» ; • 1 или менее команд за 1 такт; • одно исполнительное устройство; • возможность возникновения ошибок. Реализация: для ПК • МП Intel: 80386. • МП AMD: 486 DX – 40 (…-120). • МП Cyrix: M 6, M 7, DX 2 -50 (…-66). • МП Motorola: MC 68020 (… 30, … 40). 15

RISC (Reduced Instruction Set Computing) архитектура, основанная на сокращённом наборе команд, пост-СISC архитектура: • в системе команд – минимальное число наиболее употребимых простейших инструкций одинаковой длины; • более сложные команда в МП автоматическая собираются; • однобайтовые простые команды; • большое количество регистров; • обработка данных только в формате «регистр – регистр» ; • несколько команд за 1 такт; • несколько исполнительных устройств; • быстродействие в 2 -4 раза больше СISC при той же тактовой частоте. Реализация: для ПК пост CISC-архитектуры, серверов 16 и рабочих станций.

VLIW (Very Long Instruction Word) архитектура, со сверхбольшим командным словом – пост-RISC архитектура для процессоров с несколькими модулями. • команда состоит из нескольких RISC-команд; • операции команды выполняются параллельно; • команда управляет каждым модулем процессора; • длина команды может быть равна 64, 128, 256 разрядов. Реализация: на большинстве мультимедийных процессоров с производительностью > 1 млрд. операций/с. 17

Модели выполнения команд процессором 1. Последовательная (скалярная). 2. Конвейерная (параллелизм на уровне подопераций). – сложная операция делится на простые независимые части (подоперации) примерно равной трудоемкости: • выборка команды, • дешифровка, • выборка операндов, • выполнение команды, • запись результата в память. – разные подоперации выполняются одновременно с независимыми данными; раз, – процесс обработки ускоряется в где n – число операндов(+, -…), d – число подопераций; – «простои» вызваны зависимостью между командами 18 и ветвлениями алгоритма.

3. Суперскалярная (параллелизм на уровне команд) – распознавание зависимых и независимых команд; – зависимые команды выполняются по последовательной модели; – независимые команды выполняются по конвейерной модели. 19

6. Память ПК В ПК хранится И: только в числовой форме! В ПК отображается информация: • Числовая; • Текстовая; • Графическая; • Звуковая; • Видеоинформация. Единицы хранения информации: • 1 бит: 0 или 1 0/ 1 • 1 байт = 8 бит 0/1 0/1 • 1 Кбайт = 210 байт = 1024 байт • 1 Мбайт = 1024 Кбайт • 1 Гбайт = 1024 Мбайт • 1 Тбайт = 1024 Гбайт • 1 Пбайт = 1024 Тбайт 20

Внутренняя память ПК 1. Оперативная память – ОЗУ, RAM. 2. Кэш-память – Cache 3. Постоянная память – ПЗУ, ROM (Read-Only Memory). 4. Полупостоянная память – ППЗУ, CMOS. 5. Видеопамять. 21

Внешняя память ПК 1. Жесткий магнитный диск – винчестер, НЖМД, HDD: 2. Оптический диск – НОД: • CD-ROM, CD-RW: • DVD; • BD (Blu-ray) диск. 3. Флэш-память. 4. SSD ─ твердотельный накопитель (Solid State Disk). 5. Дискета ─ гибкий магнитный диск – НГМД, FDD. 22 6. Магнитные ленты – стример, НМЛ: емкость.

7. Логическая структура диска 1. Загрузочный сектор: • программа начальной загрузки ОС; • длина и адреса остальных лог. частей диска. 2. Таблица распределения файлов: • FAT-таблица; • 1 -2 копии FAT-таблицы. 3. Структура каталогов. 4. Архивное пространство. 23

8. Физическая организация данных на магнитных носителях • Диск – набор поверхностей. • Диск делится на магнитные дорожки. • Дорожки делятся на сектора. • Несколько секторов объединяются кластером. • Адрес файла – номера кластеров, в которых расположен файл. • Размер кластера: на дискете 1 кластер = 1 сектору = 512 байт; на винч. (FAT 32) 1 кластер = 16 сект. = 512 х16 = 8 192 байт (NTFS) 1 кластер= 8 секторов= 512 х8 = 4 096 байт 24

9. Электронная оргтехника 9. 1. Устройства базовой конфигурации Дисплей Клавиатура Мышь 25

9. 2. Периферийные устройства Принтеры • Матричные (игольчатые). • • Струйные: Фотопринтеры: Сублимационные фотопринтеры: Лазерные. Многофункциональные устройства Сканеры Графический планшет 26

Web-камеры Игровые устройства Модем ТV-тюнер 27

10. Современные средства связи • Сотовая связь • Компьютерная связь 28

11. Взаимодействие средств связи и периферийных устройств с компьютером • • USB-интерфейс: беспроводной инфракрасный интерфейс; беспроводной Bluetooth-интерфейс: беспроводной Wi-Fi-интерфейс: 29