Введение в компьютерные системы. Архитектура компьютерных систем. Лекция 2

1.

Информационно-коммуникационные технологии
Лекция 2. Введение в компьютерные
системы. Архитектура
компьютерных систем.
Лектор: ассоц. профессор Сейдалиева Г.О.
1

2.

План
1.Обзор компьютерных систем.
2.Эволюция компьютерных
систем.
3.Архитектура
и
компоненты
компьютерных систем.
2

3.

Ключевые слова:
компьютерные системы,
архитектура, аппаратное
обеспечение, программное
обеспечение, сетевая система
3

4.

1. Обзор компьютерных систем.
Компьютерные системы состоят из нескольких
подсистем: аппаратной, программной и сетевой.
Понимание их взаимодействия помогает понять
работу всей вычислительной системы. В этом
разделе представлен общий обзор компонентов
компьютерных систем и их функций.
Компоненты компьютерных систем:
Аппаратное обеспечение
Программное
обеспечение:
операционные системы и приложения
Сетевая система.
Лектор: Сейдалиева Г.О.
4
–

5.

Компьютер
–
это
электронное
устройство,
которое выполняет ввод,
обработку,
хранение
и
вывод
информации
по
заданным инструкциям.
Лектор: Сейдалиева Г.О.
5

6.

2. Эволюция компьютерных систем.
1200-е – Ручные вычислительные
устройства
1600-е – Механические калькуляторы
1800-е – Перфокарты
1940-е – Лампы
1950-е – Транзисторы
1960-е – Интегральные микросхем (IC)
1970-е – Микропроцессоры
Дальнейшее развитие
Лектор: Сейдалиева Г.О.
6

7.

Примеры: АБАК, аналитическая
машина,
использование
ламп,
транзисторов, чипов 1965 год Гордон
Мур - основатель Intel
Некоторые
типы
компьютеров
представлены в Таблице 2.2.
Лектор: Сейдалиева Г.О.
7

8.

Таблица 2.2 – Типы компьютеров
Лектор: Сейдалиева Г.О.
8

9.

PC (персональный компьютер
Рабочая станция
Миникомпьютер
Универсальный компьютер
(Мэйнфрейм)
Суперкомпьютер
Микроконтроллер
Лектор: Сейдалиева Г.О.
9

10.

3.
Архитектура
и
компьютерных систем.
компоненты
Архитектура
компьютера
–
это
спецификация,
детализирующая
взаимодействие технологических стандартов
программного и аппаратного обеспечения с
целью формирования компьютерной системы
или платформы.
Очень хорошее объяснение архитектуры
компьютера – это архитектура фон Неймана
(Рис. 2.1.)
Лектор: Сейдалиева Г.О.
10

11.

Рисунок 2.1 – Архитектура Фон Неймана
11

12.

Существует три категории архитектуры ЭВМ:
Архитектура системы: охватывает все аппаратные
компоненты, такие как графический процессор,
прямой доступ к памяти, контроллеры, каналы
передачи данных, многопроцессорную обработку и
виртуализацию.
Архитектура системы команд (ISA): язык
программирования ЦП, который определяет его
функции и возможности по выполнению команд.
Включает размер слова, типы регистров, способы
адресации памяти и форматы данных.
Микроархитектура:
или
компьютерная
организация,
описывает
реализацию
каналов
передачи данных, обработку и запоминающие
12
элементы в соответствии с ISA.
Лектор: Сейдалиева Г.О.

13.

Программное обеспечение –
системное программное обеспечение и
прикладное программное обеспечение.
Рисунок 2.5 - Взаимодействие между системой
аппаратного
обеспечения,
системным
ПО,
13
прикладным и пользователями
Лектор: Сейдалиева Г.О.

14.

Системное программное обеспечение
предоставляет команды для компонентов системы
аппаратного обеспечения.
Прикладное программное обеспечение
обеспечивает команды, которые позволяют
пользователю выполнять такие задачи, как
создание презентаций, компоновка документов и
редактирование изображений.
Сетевая система. Сетевая система управляет
перемещением данных от одного компьютера к
другому и совместной работой компонентов
сетевой системы.
Лектор: Сейдалиева Г.О.
14

15.

Таким образом существует три основные
категории архитектуры:
1.Архитектура системы:
Включает все аппаратные компоненты,
такие как графический процессор, прямой
доступ к памяти (DMA), контроллеры
памяти, каналы передачи данных,
многопроцессорную обработку и
виртуализацию.
Лектор: Сейдалиева Г.О.
15

16.

Рисунок 2.6 - Компоненты
сетевого подключения
Лектор: Сейдалиева Г.О.
16

17.

Компьютерная система может быть разбита на
аппаратную
систему,
систему
программного
обеспечения и сетевую систему.
17
Рисунок 2.2 - Компоненты компьютерных систем

18.

2.Архитектура системы команд (ISA):
o
o
o
Это встроенный язык программирования
центрального процессора (ЦП).
Определяет функции и возможности ЦП
по обработке и выполнению команд.
Включает такие элементы, как размер
слова, типы регистров процессора,
способы адресации памяти, форматы
данных и систему команд.
Лектор: Сейдалиева Г.О.
18

19.

3.Микроархитектура:
Известна
также
как
компьютерная
организация.
Определяет реализацию каналов передачи
данных, обработку данных и запоминающие
элементы в соответствии с ISA.
Описывает внутренние структуры ЦП, такие
как
ALU
(арифметико-логическое
устройство), регистры и кэш-память.
o
o
o
Лектор: Сейдалиева Г.О.
19

20.

Основные функции компьютера
Ввод данных: прием данных из
источников (клавиатура, мышь, сенсоры).
внешних
Обработка данных: выполнение арифметических и
логических операций.
Хранение
данных:
сохранение
данных
в
оперативной
памяти
или
долговременных
накопителях.
Вывод данных: отображение результатов работы
(монитор, принтер).
Лектор: Сейдалиева Г.О.
20

21.

Проблемные ситуации
Компания, занимающаяся разработкой программного
обеспечения для обработки больших данных,
столкнулась с проблемой нехватки вычислительных
мощностей. Данные стали расти в объёмах,
превышающих возможности серверов. Работы на
серверах значительно замедлились, а
производительность системы снизилась, что привело к
увеличению времени обработки запросов и снижению
качества предоставляемых услуг.
Сотрудники IT-отдела компании выяснили, что причиной
проблемы является устаревшая архитектура
компьютерных систем, на которых работает
программное обеспечение.
Какую архитектурную и аппаратную модернизацию
нужно провести для решения этой проблемы?
Лектор: Сейдалиева Г.О.
21

22.

Основная литература: [1-11] [1, 24-47][7, 9-180]
Дополнительная литература: [12-21]
Контрольные вопросы для самоподготовки
Основные компоненты компьютерной системы и основную роль каждой подсистемы.
2. Перечислите компоненты компьютерной системы и объясните процесс работы
каждого компонента компьютерной системы.
3. Дайте определение компьютера.
4. Объясните, что такое архитектура компьютера на примере архитектуры фон Неймана.
5. Обсудите вопрос об аппаратном обеспечении и почему оно играет важную роль в
работе компьютерной системы.
6. Расположите уровни взаимодействия между пользователем и прикладным
программным обеспечением, программным обеспечением операционной системы и
системы аппаратного обеспечения.
7. Обсудите вопрос о сетевой системе и объясните, почему она играет существенную
роль в работе компьютерной системы.
8. Перечислите компоненты сетевого соединения.
9. Поделите эволюцию компьютерных систем на периоды с указанием основных
достижений в вычислительных устройствах, соответствующих к этим периодам.
10. Объясните, почему Закон Мура утверждает, что рост в количестве транзисторов
22
замедлился.
1.

23.

Лекция 3. Программное обеспечение.
Операционные системы.
План
1.Программное обеспечение. Виды программного
обеспечения, назначение и характеристика.
2.Основные понятия ОС. Эволюция
операционных систем.
3.Классификация операционных систем, в том
числе для мобильных устройств. Классификация
настольных приложений.
23