Компьютер – инструмент переработки информации

1.

Лекция
Компьютер – инструмент
переработки информации

2.

Классификация ЭВМ
Чтобы судить о возможностях ЭВМ, их принято разделять
на группы по определенным признакам, т. е.
классифицировать.
Компьютеры могут быть классифицированы по ряду
признаков, в частности:
по принципу действия;
назначению;
способам организации вычислительного процесса;
размерам и вычислительной мощности;
функциональным возможностям;
способности к параллельному выполнению программ и
др..
Возможна следующая классификация ЭВМ:
– по принципу действия;
– по этапам создания;
– по назначению;
– по размерам и функциональным возможностям.

3.

Классификация ЭВМ

4.

Классификация компьютеров, исходящая из
производительности и функционального
назначения

5.

Классификация ЭВМ по этапам создания
По этапам создания и используемой элементной базе ЭВМ
делятся на:
1 поколение, 50-е годы: ЭВМ на электронных вакуумных
лампах;
2 поколение, 60-е годы: ЭВМ на дискретных
полупроводниковых приборах (транзисторах);
3 поколение, 70-е годы: ЭВМ на полупроводниковых
интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции;
4 поколение, 80-е годы: ЭВМ на больших и сверх больших
интегральных схемах микропроцессора;
5 поколение, 90-е годы: ЭВМ с многими десятками
параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих
строить эффективные системы обработки знаний;
6 и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с
массовым параллелизмом и нейронной структурой с
распределенной сетью большого числа несложных
микропроцессоров.

6.

Современные супер-ЭВМ
Это многопроцессорные комплексы, которые позволяют
добиться очень высокой производительности и могут
применяться для расчетов в реальном времени в
различных видах профессиональной деятельности.

7.

Супер-ЭВМ
Супер-ЭВМ сверхпроизводительные ЭВМ. Обладают способностью
работать одновременно с большим количеством пользователей,
создавать гигантские базы данных и обеспечивать эффективную
вычислительную работу.
Используются:
для решения особенно сложных научно-технических задач,
задач обработки больших объемов данных в реальном масштабе
времени,
поиска оптимальных решений в задачах экономического
планирования и автоматического проектирования сложных объектов.

8.

Большие ЭВМ (мэйнфреймы)
Основное назначение:
Обработка больших объемов данных крупных предприятий.
Основные технические данные:
Мультипроцессорная архитектура, позволяющая подключать
нескольких сот рабочих мест.

9.

Большие ЭВМ
Обладают колоссальным быстродействием в миллиарды
операций в секунду, основанном на выполнении
параллельных вычислений и использовании
многоуровневой иерархической структуры
запоминающих устройств, требуют для своего
размещения специальных помещений и крайне сложны в
эксплуатации.
Основное назначение больших ЭВМ — выполнение работ,
связанных с обработкой и хранением больших объемов
информации, проведением сложных расчетов и
исследований в ходе решения вычислительных и
информационно-логических задач.
Такими машинами, как правило, оснащаются
вычислительные центры, используемые совместно
несколькими организациями.

10.

Мини ЭВМ
Основное назначение:
Системы управления предприятиями.
Основные технические данные:
Однопроцессорная архитектура, разветвленная
система периферийных устройств (ограниченные
возможности, обработка слов меньшей длины и
т.д.)

11.

Мини-ЭВМ
Мини ЭВМ малогабаритные ЭВМ малой или
средней производительности.
МалыеЭВМ общего назначения применяют главным о
бразом для решения несложных инженернотехнических задач и т. п.;
специализированные - в системах автоматического
управления.

12.

Микро ЭВМ (ПК)
Основное назначение:
индивидуальное обслуживание
пользователей.
Основные технические данные:
центральный блок с одним или несколькими
процессорами, монитор, акустическая система,
клавиатура, электронное перо с планшетом,
устройство ввода информации, принтер, жесткий
диск, оптические диски.

13.

Микро ЭВМ
Микро-ЭВМ, благодаря малым размерам,
высокой
производительности,
повышенной
надежности и небольшой стоимости нашли
широкое распространение во всех сферах
человеческой деятельности.
Разновидностью
микро-ЭВМ
являются
персональные компьютеры, предназначенные для
индивидуального обслуживания пользователя и
ориентированные на решение различных задач
неспециалистами в области вычислительной
техники.

14.

Архитектура и принципы функционирования ЭВМ
Архитектура — это наиболее общие принципы
построения ЭВМ, реализующие программное
управление работой и взаимодействие основных
узлов.

15.

Архитектуру ЭВМ следует отличать от его
структуры.
Структура ЭВМ определяет его конкретный
состав на некотором уровне детализации
(устройства, блоки узлы и т. д.) и описывает
связи внутри средства во всей их полноте.
Архитектура же определяет правила
взаимодействия составных частей
вычислительного средства, описание которых
выполняется в той мере, в какой это
необходимо для формирования правил их
взаимодействия.

16.

К понятию архитектуры относятся следующие
принципы построения ЭВМ:
структура памяти ЭВМ;
способы доступа к памяти и внешним
устройствам;
возможность изменения конфигурации
компьютера;
система команд;
форматы данных;
организация интерфейса.

17.

Классическая архитектура ЭВМ
(архитектура фон-Неймана)

18.

Любая ЭВМ неймановской архитектуры содержит
следующие основные устройства:
арифметико-логическое устройство (АЛУ);
устройство управления (УУ)
запоминающее устройство (ЗУ);
устройства ввода-вывода (УВВ);
пульт управления (ПУ).

19.

По мере развития ЭВМ классическая
архитектура претерпела существенные
усовершенствования.
Основное направление этих изменений —
разгрузка центрального процессора от
функций обмена информацией и передачи
их специальным устройствам —
контроллерам.
Это повышает быстродействие компьютера.

20.

Шинная архитектура компьютера
Шинная архитектура является открытой, поскольку позволяет подключать новые
устройства.

21.

Вычислительный процесс должен быть
предварительно представлен для ЭВМ в виде
программы — последовательности инструкций
(команд), записанных в порядке выполнения.
В процессе выполнения программы ЭВМ
выбирает очередную команду, расшифровывает
ее, определяет, какие действия и над какими
операндами следует выполнить. Эту функцию
осуществляет УУ.
Оно же помещает выбранные из ЗУ операнды в
АЛУ, где они и обрабатываются.
Само АЛУ работает под управлением УУ.

22.

Состав персонального компьютера
Микропроцессор, является основным устройством
ЭВМ. Он предназначен для выполнения
вычислений по хранящейся в запоминающем
устройстве программе и обеспечения общего
управления ЭВМ.

23.

Основными параметрами
процессора являются:
- тактовая частота;
- разрядность;
- рабочее напряжение;
- коэффициент внутреннего
умножения тактовой частоты;
- размер КЭШ памяти.

24.

Тактовая частота – определяет количество
тактовых операций (тактов), выполняемых
процессором в единицу времени. Чем больше
тактовая частота, тем больше команд может
выполнить процессор. И тем больше его
производительность.
Разрядность процессора показывает, сколько
бит данных он может принять и обработать в
своих регистрах за один такт. Разрядность
процессора определяется разрядностью
командной шины, т. е. количеством проводников
в шине, по которой передаются команды.

25.

Рабочее напряжение – обеспечивается
материнской платой. Рабочее напряжение
процессоров не превышает трех вольт, снижение
рабочего напряжения разрешает уменьшить
размеры процессоров, а также уменьшить
тепловыделение процессоров, что разрешает
увеличить его производительность без угрозы
перегрева.
Коэффициент внутреннего умножения
тактовой частоты – коэффициент, на который
следует умножить тактовую частоту материнской
платы для достижения частоты процессора.

26.

КЭШ память – используется для
быстродействия ПК.
Принцип «кэширования» заключается в
использовании быстродействующей памяти
для хранения наиболее часто используемых
данных или команд, тем самым, сокращая
количество обращений к более медленной
операции памяти.

27.

Все внутренние устройства материнской
платы, а также устройства, которые
подключены к ней, взаимодействуют между
собой с помощью шин. Это:
Адресная шина
Шина данных
Шина управления

28.

Адресная шина - из этой шины процессор
считывает адреса команд, которые необходимо
выполнить, а также данные, с которыми
оперируют команды.
Шина данных – по ней происходит, копирование
данных из оперативной памяти в регистры
процессора и наоборот.
Шина управления (командная шина)- по ней из
оперативной памяти поступают команды,
выполняемые процессором, команды
представленные в виде байтов.

29.

Обрабатываемые данные и выполняемая
программа должны находиться в запоминающем
устройстве — памяти ЭВМ, куда они вводятся
через устройство ввода.
Память представляет собой сложную структуру,
построенную по иерархическому принципу, и
включает в себя запоминающие устройства
различных типов.
Функционально она делится на две части:
внутреннюю и внешнюю.

30.

Внутренняя память — это запоминающее
устройство, напрямую связанное с процессором
и предназначенное для хранения выполняемых
программ и данных, непосредственно
участвующих в вычислениях.
Внутренняя память, в свою очередь, делится
на оперативную
(ОЗУ) и постоянную (ПЗУ) память.

31.

Оперативная память
Оперативная память служит для приема,
хранения и выдачи информации.
При выключении питания ЭВМ содержимое
оперативной памяти в большинстве случаев
теряется.
Под оперативной памятью понимают любую память,
как основную, дополнительную и расширенную.

32.

Постоянное запоминающее устройство
Постоянная память
обеспечивает хранение и выдачу информации.
Содержимое ПЗУ заполняется при изготовлении
ЭВМ и не может быть изменено в обычных
условиях эксплуатации.
В ПЗУ хранятся часто используемые программы,
и данные, к примеру, некоторые программы
операционной системы, программы
тестирования оборудования ЭВМ и др.
При выключении питания содержимое
постоянной памяти сохраняется.

33.

Накопитель на жестком магнитном диске
(винчестер)
Винчестер (HDD – Hard Disk Drive)
предназначен для постоянного хранения
информации, используемой при работе с
компьютером. Различаются между собой
емкостью и скоростью работы.
Скорость работы в свою очередь характеризуется
двумя показателями:
Временем доступа к данным на диске (среднее
время, за которое ПК может «добраться» до
произвольного участка на диске.
Скоростью чтения и записи данных на диске.

34.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для
размещения больших объемов информации
и обмена ею с оперативной памятью.
Для построения внешней памяти
используют энергонезависимые носители
информации (диски и ленты), которые к
тому же являются переносимыми.

35.

Физически, внешняя память реализована в
виде накопителей.

36.

Устройства ввода-вывода служат
соответственно для ввода информации в
ЭВМ и вывода из нее, а также для
обеспечения общения пользователя с
компьютером.
Процессы ввода-вывода протекают с
использованием внутренней памяти ЭВМ.
Иногда устройства ввода-вывода
называют периферийными или внешними
устройствами ЭВМ.

37.

К внешним (периферийным)
устройствам относятся, в частности:
манипуляторы типа «мышь»;
принтеры;
Графопостроители (плоттеры);
Сканеры;
Трекбол;
Джойстик;
Дигитайзер;

38.

Для управления внешними устройствами (в
том числе и ВЗУ) и согласования их с
системным интерфейсом служат групповые
устройства управления внешними
устройствами, адаптеры или контроллеры.
Системный интерфейс — это
конструктивная часть ЭВМ, предназначенная
для взаимодействия ее устройств и обмена
информацией между ними.

39.

Монитор
Монитор – предназначен для вывода на экран
текстовой и графической информации.
Важнейшими характеристиками монитора
являются:
Размер экрана по диагонали;
Размер точки (зерна) экрана;
Разрешающая способность монитора
(количество точек по горизонтали и вертикали);
Частота развертки.

40.

Монитор
Монитор отображает получаемый сигнал
построчно, выводя один ряд точек за другим.
Частота смены строк называется частотой
горизонтальной развертки.
Частота управляющих сигналов, указывающих
на необходимость перейти к новому кадру,
называется частотой кадровой развертки/

41.

Видеокарта (адаптер монитора)
Важнейшей характеристикой адаптера
монитора является скорость работы.
Адаптер монитора должен иметь специальную
память (видеопамять), в которую записывается
картинка изображения. А затем видеоадаптер
независимо от процессора может выводить
содержимое этой памяти на экран, позволяя
процессору заниматься другими задачами.

42.

Клавиатура
Клавиатура является основным средством
ввода информации в компьютер. Она включает
в себя собственно панель с клавишами,
электронику первичной обработки данных и
кабель связи с компьютером.