Структура современных ЭВМ
В результате бурного развития технологии производства средств вычислительной техники классическая структура ЭВМ не могла не претерпеть определенных прогрессивных изменений. Начало этих изменений относится к третьему поколению ЭВМ.
Появление третьего поколения ЭВМ было обусловлено переходом от транзисторов к интегральным микросхемам. Значительные успехи в миниатюризации электронных схем не просто способствовали уменьшению размеров базовых функциональных узлов ЭВМ, но и создали предпосылки для заметного роста быстродействия процессора. Возникло противоречие между высокой скоростью обработки информации внутри машины и медленной работой устройств ввода-вывода, в большинстве своем содержащих механически движущиеся части. Если бы процессор руководил работой внешних устройств по классической схеме, то значительную часть времени он был бы вынужден простаивать в ожидании информации из «внешнего мира», что существенно снижало бы эффективность работы всей ЭВМ в целом.
Для решения этой проблемы возникла тенденция к освобождению центрального процессора от функций обмена информацией и к передаче их специальным электронным схемам управления работой внешних устройств. Такие схемы получили название контроллер внешнего устройства. Наличие интеллектуальных контроллеров внешних устройств стало важной отличительной чертой машин третьего и четвертого поколений.
Контроллер можно рассматривать как специализированный процессор, управляющий работой вверенного ему внешнего устройства по специальным встроенным программам обмена. Такой процессор имеет собственную систему команд. Например, контроллер накопителя на гибких магнитных дисках (дисковода) умеет позиционировать головку на нужную дорожку диска, читать или записывать сектор, форматировать дорожку и т.п. сведения об успешности выполнения каждой такой операции заносятся во внутренние регистры контроллера, которые могут быть в дальнейшем прочитаны центральным процессором. Аналогичные контроллеры сейчас имеет любое внешнее устройство.
Высокий «интеллектуальный уровень» внешних устройств существенно изменяет идеологию обмена. Центральный процессор при необходимости произвести обмен выдает задание на его осуществлению контроллеру, который создает канал между ОЗУ и внешним устройством. Дальнейшая передача информации протекает под руководством контроллера без использования аппаратно-программных средств центрального процессора. Последний получает возможность заниматься «своим делом», т.е. выполнять программу дальше (если по данной задаче до завершения обмена ничего делать нельзя, то можно в это время решать другую задачу). На рисунке 2.2. представлена внутренняя структура ЭВМ четвертого поколения.
Из рисунка видно, что для связи между отдельными функциональными узлами ЭВМ появилось принципиально новое устройство – общая шина (или магистраль). Шина состоит из трех частей:
А) шина данных, по которой передается информация;
Б) шина адреса, определяющая, куда именно передаются данные;
В) шина управления, регулирующая процесс обмена информацией.
Описанную схему легко пополнять новыми устройствами – это свойство называют «открытостью архитектуры». Для пользователя открытая архитектура означает возможность свободно выбирать состав внешних устройств для своего компьютера, т.е. конфигурировать его в зависимости от круга решаемых задач.
Рис. 2.2. Шинная архитектура ЭВМ
На рисунке имеется еще один вид памяти, отсутствовавший в предыдущих поколениях ЭВМ, — ВидеоОЗУ. Его появление связано с разработкой особого устройства – дисплея (монитора). Для получения на экране монитора стабильной картинки ее надо где-то хранить. Для этого и существует видеопамять. Сначала содержимое видеопамяти формируется компьютером, а затем контроллер дисплея выводит изображение на экран. Требуемый объем видеопамяти существенно зависит от характера информации (текст или графика) и от количества цветов изображения. Количество мегабайт видеопамяти в современном компьютере является одной из важнейших характеристик, влияющих на качество цветного изображения и скорость работы графической части.
Конструктивно видеоОЗУ может быть выполнено как часть обычного ОЗУ или содержаться непосредственно в контроллере (поэтому на рисунке она показана пунктиром).
Собственную память могут иметь и другие узлы ЭВМ. Например, сетевая плата накапливает принимаемую по сети информацию в небольшом ОЗУ, а любой принтер также имеет собственную память, где принятая информация хранится в ожидании печати.
Описывая магистральную структуру, мы упрощенно предполагали, что все устройства взаимодействуют через общую шину. На практике такая структура применяется только для ЭВМ с небольшим количеством внешних устройств. При увеличении потоков информации между устройствами ЭВМ единственная магистраль перегружается, что существенно тормозит работу компьютера. Поэтому в состав современного компьютера может вводиться несколько дополнительных шин. Например, одна шина может использоваться для обмена с памятью, вторая – для связи с «быстрыми», а третья – с «медленными» внешними устройствами.
Дата добавления: 2016-04-02 ; просмотров: 1439 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Вычислительная техника
Структура вычислительной техники. Современная вычислительная техника определяет состояние и пути развития экранной культуры, поэтому необходимо рассмотрение некоторых вопросов ее структуры в целом, структуры и функций ее массовых составляющих — компьютеров и компьютерных сетей, программного обеспечения, аудиовизуальных инструментов и интерфейсов «пользователь — ЭВМ».
Структурно парк вычислительной техники составляют цифровые ЭВМ (ЦВМ), аналоговые ВМ (АВМ) и гибридные ВМ (ГВМ), в которых интегрированы цифровые и аналоговые устройства (с целью наилучшего использования их различных свойств). АВМ приспособлены для решения задач моделирования (а не счета, как ЦВМ) объектов, описываемых, в основном, алгебраическими и дифференциальными уравнениями. АВМ чаще всего конструируются на электрической элементной базе, но имеются модели на механических и пневматически элементах.
В ГВМ элементы ЦВМ используются для выполнения различных функций (в зависимости от назначения конкретных ГВМ): для расчета масштабных коэффициентов, управления последовательностью решения задач и т. п., что образует некоторый ряд типов ГВМ.
Аналоговые ВМ практически не применяются в сфере производства и потребления аудиовизуальной продукции, хотя возможности их использования для моделирования явлений культуры не исключаются. Основой новых аудиовизуальных технологий стали ЦВМ — цифровые ВМ.
Поколения ЭВМ. Началом развития вычислительной техники считаются 40-е гг. XX в., когда были созданы первые сначала электромеханические и релейные, а затем -электронно-ламповые вычислительные машины. Создаваемые в дальнейшем модели ЭВМ принято относить к поколениям вычислительной техники. Разделение ЭВМ по поколениям определяется совершенствованием элементной базы, развитием архитектуры ЦВМ и программных систем и рядом других признаков.
В ЭВМ первого поколения, разработанных в 1950-е гг., в качестве элементной базы использовались электровакуумные приборы. Второе поколение — 1960-е гг. — основывалось на полупроводниковых приборах (транзисторах). Машины 1970-х гг., работавшие на интегральных схемах, относятся к третьему поколению. Четвертое поколение с 1980-х гг. использует большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС).
Микропроцессоры. Микропроцессором (МП), который составляет основу современных ЭВМ, называют специализированную ЭВМ, выполненную на одном кремниевом кристалле и имеющую набор команд, ориентированный на решение какого-либо узкого класса задач. К таким задачам относятся управление кинокамерой, фотоаппаратом, магнитофоном, ракетным или автомобильным двигателем, автоматизированной игрушкой и т.д., в которых они применялись еще до создания ПК.
В начале 1970-х был создан первый универсальный МП Intel-4004 и на его основе — первая микроЭВМ, по мощности равная большим ЭВМ первого поколения (1950-е гг.). Для минимальной комплектации ЭВМ к МП, как центральному процессору (ЦП), необходимо добавить четыре микросхемы, выполняющих функции устройства памяти, устройства управления, интерфейса ввода и интерфейса вывода (данных).
За период существования четырех поколений ЭВМ оперативная память увеличилась от нескольких десятков килобайт у машин первого поколения до нескольких гигабайтов (гигабайт равен миллиарду байтов) у четвертого, а быстродействие возросло от 100 тысяч до миллиардов операций в секунду.
Начало работам по созданию ЭВМ пятого поколения было положено «Отчетом японского Комитета по научным исследованиям в области ЭВМ пятого поколения», опубликованным в 1981 г.
Несмотря на ориентацию на актуальные проблемы японского общества, проект, изложенный в отчете, имеет огромное значение для развития информатики и вычислительной техники во всем мире. Он поставил цели и наметил задачи создания систем аудиовизуального ввода и вывода информации (голосом и изображением), использования естественных языков для общения с ЭВМ и программирования, достижения высокого уровня интеллектуализации ЭВМ.
Решение других задачи, поставленных проектом, должны привести к существенному упрощению программирования путем синтеза программ по описаниям (спецификациям) на естественном языке, к усовершенствованию интерфейса программистов с вычислительными средствами. Поставлены также цели улучшения соотношения «затраты -результат», увеличения быстродействия ЭВМ, достижения легкости и компактности их моделей и высокой эксплуатационной надежности и адаптируемости к приложениям.
Результатами реализации проекта ЭВМ пятого поколения является внедрение проектов глобальных информационных систем, оказывающих существенное влияние на все стороны современной жизни.
Виды ЭВМ. Парк ЭВМ четвертого поколения составляют специальные ЭВМ, микроЭВМ, персональные ЭВМ, миниЭВМ, машины общего назначения, суперЭВМ и машины нетрадиционной архитектуры[18].
Последние применяются в научных исследованиях, в частности, в исследованиях сверхсложных природных систем в метеорологии, геологии и др., а также в обеспечении функционирования систем управления сверхсложными объектами — железными дорогами, крупными нефтепромыслами и т. п. Можно предположить, что в будущем возможно применение таких машин в исследованиях культуры, как сверхсложной системы.
Среди классов ЭВМ, помимо вышеназванных, в настоящее время наиболее распространенными являются рабочие станции, персональные ЭВМ и карманные компьютеры.
Рабочие станции — это миниЭВМ, мощность которых выше мощности самых высокопроизводительных ПК. Они применяются в качестве серверов в компьютерных сетях, в системах автоматизированного проектирования, в качестве рабочих мест локальных вычислительных сетей анимационных студий, рекламных агентств, в других организациях, выпускающих АВИП.
С ростом производительности микропроцессоров ПК, связывающиеся в ЛВС, вытеснили из многих сфер деятельности большие вычислительные комплексы, отличавшихся от суперЭВМ более высокой мощностью каналов ввода и вывода информации.
Вместе с развитием вычислительных устройств совершенствуются внешние устройства ЭВМ — дисплеи и принтеры, устройства внешней памяти на магнитных и лазерных дисках, цифроаналоговые преобразователи, устройства межмашинной передачи данных и др., обеспечивающие взаимодействие ЭВМ с внешней средой (приемниками и источниками информации).
В соответствии с возможностями элементной базы от поколения к поколению совершенствуются периферийные устройства (ввода, вывода, отображения данных и др.) устройства памяти, операционные системы и системы программных средств разработки программ — языков программирования и трансляторов. Возрастают также функциональные возможности и сложность прикладных программ и программных систем, систем управления базами данных и знаний и др., повышается уровень интеллектуальности интерфейса разработчика и пользователя и т. д.
2. К ЦВМ нетрадиционной архитектуры относятся транспьютеры — многопроцессорные ЦВМ, осуществляющие параллельную обработку данных, оптические и оптоэлектронные, а также нейрокомпьютеры, принципы работы которых подобны принципам работы нервной сети человека или нейронных ансамблей мозга.
Источник
Состав вычислительной техники
Для эффективного изучения прикладных компьютерных технологий чрезвычайно важно иметь четкое представление об аппаратных и программных средствах вычислительной техники. Состав вычислительной техники называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники принято рассматривать отдельно. Соответственно, отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию 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. Критериями выбора аппаратного или программного решения являются производительность и эффективность. Например, или текст набирать в текстовом редакторе, или использовать сканер.
Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера
Персональный компьютер – универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой, т.е. минимальный набор оборудования. В таком комплекте компьютер обычно поставляется. Понятие базовой конфигурации может меняться. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают следующие устройства (рис. 2.1.):
 |
Давайте ознакомимся с его частями.
К основным техническим средствам персонального компьютера относятся:
Дополнительно к компьютеру можно подключить, например:
Системный блок
Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Системный блок (см. рис. 2.2., 2.3.)- это корпус, в котором находится почти вся аппаратная часть компьютера.
Устройства, находящиеся внутри системного блока называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. Внешние дополнительные устройства, также называют периферийными.
Внутреннее устройство системного блока:
· дисковод гибких дисков;
· дисковод компакт-дисков CD-ROM;
Системы, расположенные на материнской плате:
· микросхема ПЗУ и система BIOS;
· шинные интерфейсы и др.
Магнитные диски, в отличие от оперативной памяти, предназначены для постоянного хранения информации.
В ПК применяются два вида магнитных дисков:
· жесткий несменный диск (винчестер);
· сменные, гибкие диски (дискеты).
Жесткий диск предназначен для постоянного хранения той информации, которая более или менее часто используется в работе: программ операционной системы, компиляторов с языков программирования, сервисных (обслуживающих) программ, прикладных программ пользователя, текстовых документов, файлов базы данных и т. Винчестер значительно превосходит гибкие диски по скорости доступа, емкости и надежности.
Источник