Лекции по дисциплине «Архитектура компьютерных систем»


Содержание

Лекции по дисциплине

«Архитектура компьютерных систем»

  1. М1 многоуровневой организации КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ 3

    ЗМ1 языки уровне и виртуальные машины 3

    ЗМ2 Развитие компьютерной архитектуры 9

    ЗМ3 Типы компьютеров 23

    Ум4 Основная память 32

    ЗМ5 Устройства ввода вывода 44

    М1 многоуровневой организации КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ ЗМ1 ЯЗЫКА, УРОВНЕ И ВИРТУАЛЬНЫЕ МАШИНЫ

    Цифровой компьютер — это машина, которая может решать задачи, выполняя команды предоставленные ей. Последовательность команд, описывающих решение определенной задачи, называется программой.Электронные схемы каждого компьютера могут распознавать и выполнять ограниченный набор простых команд. Все программы перед выполнением должны быть превращены в последовательность таких команд, которые обычно не сложнее чем:

    • составить 2 числа;
    • проверить, не является ли число нулем;
    • скопировать часть данных из одной части памяти компьютера в другую.

Эти примитивные команды в совокупности составляют язык, на котором люди могут общаться с компьютером. Такой язык называется машинном языке.

Разработчик при создании нового компьютера должен решать, какие команды включить в машинный язык этого компьютера. Это зависит от назначения компьютера, от того, какие задачи он должен выполнять. Обычно стремятся сделать машинные команды как можно проще, чтобы избежать сложностей при конструировании компьютера и снизить затраты на необходимую электронику.

Поскольку большинство машинных языков очень примитивны, использовать их трудно и утомительно. Это простое наблюдение со временем привело к построению ряда уровней абстракций, каждая из которых надстраивается над абстракцией более низкого уровня. Именно таким образом можно преодолеть сложности при общении с компьютером. Поэтому этот подход называют многоуровневой компьютерной организацией.

Язык — это система знаков (символов, жестов, мимики, положений переключателя и т. Д.) Для представления, обмена информацией.Это общее определение включает в себя и природные, и искусственные (формальные) языка. К искусственных языков относятся языки, созданные людьми для решения специфических задач. Это язык математических формул, нотная грамота, языки программирования и т.

Алгоритмический язык — это язык, предназначенный для представления алгоритма в виде последовательности указаний для выполнения их исполнителем алгоритма.Алгоритмический язык, как и любая другая, имеет свой словарь. Основу этого словаря составляют слова, используемые для записи команд, которые входят в систему команд исполнителя.

Языки программирования — это алгоритмические языки, предназначенные для описания алгоритмов, ориентированных для выполнения на компьютере, или система обозначений для точного описания алгоритма, который надо выполнить с помощью компьютера.Язык программирования, как и любой другой язык, представляет собой набор символов (алфавит), систему правил составления базовых конструкций языка (синтаксис) и правила толкования языковых конструкций (семантика). Эта система обозначений и правил предназначена для единообразного и точного записи алгоритма. Алфавит, синтаксис и семантика — три основные составляющие языков программирования.

Программа — это алгоритм, записанный на языке программирования.В процессе отладки программы выделяются этапы:

  1. трансляция исходного текста программы;
  2. компоновки программы;
  3. выполнения программы с целью определения логических ошибок;
  4. тестирование программы

Трансляция (от англ. Translation — перевод) — программа, которая превращает команды языка программирования на машинный язык.При трансляции выполняется перевод программы, понятной человеку, на язык, понятный компьютеру. Выполняется специальными программными средствами (транслятором).

Виды трансляторов Переводчики делят на

  • Адресный. Функциональное устройство, преобразующее виртуальный адрес в реальный адрес

  • Диалоговый. Обеспечивает использование языка программирования в режиме разделения времени.

  • Многопроходный. Формирует объектный модуль за несколько просмотров исходной программы.

  • Обратном. То же, что детранслятор (декомпилятор, дизассемблер).

  • Однопроходный. Формирует объектный модуль за один последовательный просмотр исходной программы.

  • Оптимизирующий. Выполняет оптимизацию кода в создаваемом объектном модуле.

  • Синтаксически-ориентированный (синтаксически управляемый). Получает на вход описание синтаксиса и семантики.

  • Тестовый. Набор макрокоманд языка ассемблера, позволяющие задавать различные налаживания процедуры в программах, составленных на языке ассемблера

    Цель трансляции — превратить текст с одного языка на другой, которая поняла адресату текста. В случае программ-трансляторов, адресатом является техническое устройство (процессор) или программа-интерпретатор.

    Существует два способа трансляции: интерпретация и компиляция.

    Компиляция (от англ. Compile — собирать) — способ трансляции, при котором осуществляется перевод всего текста программы, сбор перед выполнением и записи в память компьютера.

    При просмотре программы компилятор выделяет место в памяти для каждой переменной.

    Компилятор читает всю программу целиком, делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном языке, который затем и выполняется.

    виды компиляции

  • Пакетная. Компиляция нескольких выходных модулей в одном пункте задачи.

  • Прогрессивна. Это интерпретация.

  • Условна. Компиляция, при которой транслируется текст зависит от условий, заданных в исходной программе. Так, в зависимости от значения некоторой константы, можно включать или выключать трансляцию части текста программы.

Интерпретация (от англ. Interpretation) — способ трансляции, при котором каждая инструкция программы переводится в машинные коды и выполняется, и только после выполнения одного фрагмента программы процессор переходит к обработке другого фрагмента.

Это гибкая система перевода, которая реализуется несложно. Она используется в тех случаях, когда требуется простота трансляции (Basic), или там, где другой способ перевода очень сложный или даже невозможен (Lisp). (Язык программирования списков).

типы интерпретаторов

Простой интерпретатор анализирует и тут же выполняет (собственно интерпретация) программу покомандно (или подрядчик), по мере поступления ее исходного кода на вход интерпретатора.Его преимущество — мгновенная реакция. Недостаток — такой интерпретатор обнаруживает ошибки в тексте программы только при попытке выполнения команды (или строки) с ошибкой.

Алгоритм работы простого интерпретатора

  1. прочитать инструкцию;
  2. проанализировать инструкцию и определить соответствующие действия;
  3. выполнить соответствующие действия;
  4. если не достигнуто условие завершения программы, прочитать такую ​​инструкцию и перейти к пункту 2.
    Линкования (компоновка) — это процесс, при котором все «недокомпильовани» части программы доводятся до конца и связываются между собой в исполняемый файл (или файлы) формата, понятного данной операционной системы.В итоге, мы получаем выполняемую программу.

    Линкования важно, так как при разработке крупных проектов код обычно вырастает настолько, что приходится его для повышения надежности разбрасывать по разным файлам.

    Для связывания модулей компоновщик использует таблицы имен, созданные компилятором в каждом из объектных модулей. Такие имена могут быть двух типов:

    • Определены или экспортированы имена — (функции и переменные, определенные в данном модуле и предоставлены для использования другим модулям)

    • Неопределенные или импортируемые имена — (на функции и переменные, ссылается модуль, но не определяет их внутри себя)

      Работа компоновщика состоит в том, чтобы в каждом модуле позволить ссылки на неопределенные имена. Для каждого импортируемого имени находится его определение в других модулях, упоминание имени заменяется в его адрес.

      Упрощенно можно сказать, что при компиляции перевод программы в понятную для машины форму осуществляется сразу же после ее создания. То есть из исходного текста на языке высокого уровня получается машинный код, пригодный для выполнения на данном процессоре. Если необходимо выполнить программу на другом типе процессора с несовместимой системой команд, то необходима перекомпиляция исходной программы на языке высокого уровня для данного типа процессора.

      Программа же на языке, интерпретируется транслируется в машинные коды только при ее выполнении.

      Делается это, по мере поступления команд.

      Так как особенности реализации различных языков скрытые, кажется, что имеющиеся у них команды прорабатываются непосредственно компьютером. Поэтому соответствующие интерпретаторы называют виртуальными компьютерами (или, чаще, виртуальными машинами). Для переноса программы на другую аппаратную

      базу (другой процессор) необходимо лишь наличие интерпретатора данного языка программирования, для данного типа процессора.

      Существует огромная разница в том, что удобно для людей, и потому, что удобно для компьютеров. Люди хотят сделать X, но компьютеры могут сделать только Y. Поэтому возникают проблемы. Проблему можно решить двумя способами.

      Данные способы включают в себя разработку новых команд, более удобные для человека, чем встроенные машинные команды. Эти новые команды в совокупности формируют язык, который назовем Я1. Встроенные машинные команды тоже формируют язык, который назовем Я0. Компьютер может выполнять только программы, написанные на его машинном языке Я0. Упомянутые два способа решения проблемы различаются тем, каким образом компьютер будет выполнять программы, написанные на языке Я1.

      Первый способ выполнения программы, написанной на языке Я1, — замена каждой команды на эквивалентный набор команд в языке Я0. В этом случае компьютер выполняет новую программу, написанную на языке Я0, вместо старой программы, написанной на Я1. Эта технология называется трансляцией.

      Второй способ — написание программы на языке Я0, что берет программы, написанные на языке Я1, в качестве входных данных, рассматривает каждую команду по очереди и сразу выполняет эквивалентный набор команд языка Я0. Эта технология не требует составления новой программы на Я0. Она называется интерпретацией, а программа, осуществляющая интерпретацию, называется интерпретатором.

      Трансляция и интерпретация подобные. При применении обоих методов компьютер в конечном итоге выполняет набор команд языке Я0, эквивалентных командам Я1. Различие лишь в том, что при трансляции вся программа Я1 превращается в программу Я0, программа Я1 отбрасывается, а новая программа на Я0 загружается в память компьютера и затем выполняется.

      При интерпретации каждая команда программы на Я1 перекодируется в М0 и сразу же выполняется. В отличие от трансляции, здесь не создается новая программа на Я0, а происходит последовательное перекодировки и выполнения команд. Оба эти метода, а также их комбинация широко используются.

      Конечно гораздо проще представить себе существование гипотетического компьютера или виртуальной машины, для которой машинным языком является язык Я1, чем думать о трансляции и интерпретацию. Назовем такую ​​виртуальную машину М 1, а виртуальную машину с языком Я0 — М0. Если бы такую ​​машину М 1 можно было бы сконструировать без больших денежных затрат, речь Я0 и машина, выполняющая программы на языке Я0, были бы не нужны. Можно было бы просто писать программы на языке Я1, а компьютер сразу бы их выполнял. Эти программы могут транслироваться или интерпретироваться программой, написанной на языке Я0, которая сама могла бы выполняться фактически существующим компьютером. Другими словами, можно писать программы для виртуальных машин, как будто они действительно существуют.

      Чтобы трансляция и интерпретация были целесообразными, языка Я0 и Я1 не должны сильно отличаться.

      Это значит, что речь Я1 хотя и лучше Я0, но все же далека от идеала.

      Очевидный решение этой проблемы — создание еще одного набора команд, в большей степени ориентированы на человека и в меньшей степени на компьютер, по Я1. Этот третий набор команд также формирует язык, который назовем Я2, а виртуальную машину — м 2. Человек может писать программы на языке Я 2, как будто виртуальная машина с машинным языком Я2 действительно существует. Такие программы могут или транслироваться на язык Я1, или выполняться интерпретатором, написанным языком Я1.

      Изобретение целого ряда языков, каждый из которых более удобный для человека, чем предыдущий, может продолжаться до тех пор, пока мы не дойдем до удобной человеку языка. Каждая такая язык использует предварительную как основу.

      Поэтому компьютер можно рассматривать в виде ряда уровней, как показано на рис.1.1.

      Язык, который находится в самом низу иерархической структуры — самая примитивная, а самая высокая — самая сложная.

      Между языком и виртуальной машиной существует важная зависимость. У каждой машины есть какая-то определенная машинный язык, состоящий из всех команд, которые эта машина может выполнять. По сути, машина определяет язык. Подобным образом язык определяет машину, может выполнять все программы, написанные на этом языке.

      Компьютер п уровнями можно рассматривать как п разных виртуальных машин, у каждой из которых есть своя машинный язык. Термины «уровень» и «виртуальная машина» используются как синонимы.

      Только программы, написанные на М0, могут выполняться компьютером без применения трансляции и интерпретации. Программы, написанные на М1, М2, …, Мп, должны проходить через интерпретатор более низкого уровня или транслироваться на язык, соответствующий более низкому уровню.

      image

      Виртуальная машина Mn

      Виртуальная машина Mn

      Программы на языке Я1 ​​или интерп ретуються программой-интерпритатором, которая работает или — на машине более низкого уровня, транслируются

      . на машинный язык машины более низкого уровня

      Виртуана машина M3

      уровень n.

      уровень 3

      уровень 2

      ………………………………………………….

      ………………………………………………… ..

      image

      Виртуальная машина M2

      Виртуальная машина M1

      Виртуальная машина M0

      Виртуальная машина M2

      Виртуальная машина M1

      Виртуальная машина M0

      Программы на языке Я1 ​​или интерпретируются программами-интерпритатором, работающих на машине M1 или M0, или транслируются наЯ1 или Я0

      image

      Программы на языке Я1 ​​или интерпретируются программами-интерпритатором, работающих на машине M0, или транслируются на Я0

      уровень 1

      уровень 0

      Программы Я0 непосредственно выполняются электронными схемами

      image

      Рисунок 1.1 — Многоуровневая машина

      Человеку, пишет программы для виртуальной машины уровня п, не обязательно знать о трансляторы и интерпретаторы более низких уровней. Машина выполнит эти программы, и не важно, будут ли они выполняться шаг за шагом, или интерпретатором их будет выполнять сама машина. В обоих случаях результат тот же: программа будет выполнена.

      Однако тем, кто хочет понять, как в действительности работает компьютер, или проектирует новые компьютеры, необходимо изучить все равны. Понятие и технические приемы конструирования машин как системы уровней, а также детали уровней составляют основу архитектуры компьютеров.

      Современные многоуровневые машины

      Большинство современных компьютеров состоит из двух и более уровней. Существуют машины даже с шестью уровнями (рис.1.2). Уровень 0 — аппаратное обеспечение машины. Его электронные схемы выполняют программы, написанные на языке уровня 1. Уровень 0 — уровень физических устройств — не показан на рис.1.2, потому что он попадает в сферу электронной техники. На этом уровне находятся транзисторы, является примитивами для разработчиков компьютеров. Объяснять, как работают транзисторы, — задача физики.

      На самом нижнем уровне, цифровом логическом уровне, объекты называются вентилями. Хотя вентили состоят из аналоговых компонентов, таких как транзисторы, они могут быть точно смоделированы как цифровые средства. У каждого вентиля есть одно или несколько цифровых входных данных (сигналов, представляющих 0 или 1). Вентиль вычисляет простые функции этих сигналов, такие как И ИЛИ. Каждый вентиль формируется из нескольких транзисторов. Несколько вентилей формируют 1 бит памяти, которая может содержать 0 или 1. Биты памяти, объединенные в группы, например, по 16, 32 или 64, формирующих регистры.Каждый регистр может содержать одно двоичное число до определенного предела. С вентилей также может состоять сам компьютер.

      Следующий уровень — микроархитектурний уровень.К этому уровню относится совокупность 8 или 32 регистров, формирующих локальную память и схему, так называемую АЛУ (арифметико-логическое устройство).

      АЛУ выполняет простые арифметические операции. Регистры вместе с АЛУ формируют такт данных, по которому поступают данные. Основная операция такта данных заключается в следующем. Выбирается один или два регистра, АЛУ делает над ними какую-либо операцию, например сложения, а результат содержится в один из этих регистров.

      Язык высокого уровня

      Язык высокого уровня

      уровень 5 Трансляция (компилятор)

      Уровень языка Ассемблер

      Уровень языка Ассемблер

      уровень 4 Трансляция (ассемблер)

      Уровень операционной системы

      Уровень операционной системы

      уровень 3

      Уровень архитектуры команд

      Уровень архитектуры команд

      Трансляция (ассемблер)

      Микроархитектурний уровень

      Микроархитектурний уровень

      уровень 2 Интерпретация (микропрограмма)

      или непосредственное выполнение

      Цифровой логический уровень

      Цифровой логический уровень

      ривень1 Аппаратное обеспечение

      уровень 0

      Рисунок 1.2. — Компьютер с шестью уровнями

      На некоторых машинах работа такта данных контролируется особой программой, которая называется микропрограммой.На других машинах такт данных контролируется аппаратными средствами. Ранее этот уровень почти всегда был интерпретатором программного обеспечения, сейчас такт данных обычно контролируется аппаратным обеспечением.

      На машинах, где такт данных контролируется программным обеспечением, микропрограмма — это интерпретатор для команд на уровне 2. Микропрограмма вызывает команды из памяти и выполняет их одну за другой, используя при этом такт данных. Например, для того чтобы выполнить команду ADD, эта команда вызывается из памяти, ее операнды содержатся в регистрах, АЛУ вычисляет сумму, а затем результат переправляется обратно. На компьютере с аппаратным контролем такта данных происходит такая же процедура, но при этом нет программы, контролирует интерпретацию команд уровня 2.

      Второй уровень называется уровнем архитектуры системы команд.

      Когда описывается набор машинных команд, в действительности это описание команды, выполняемые интерпретатором или аппаратным обеспечением.

      Следующий уровень, конечно, гибридный. Большинство команд в его языке есть также и на уровне архитектуры системы команд (команды, имеющиеся на одном из уровней, вполне могут находиться на других уровнях). У этого уровня есть некоторые дополнительные особенности: набор новых команд, другая организация памяти, способность выполнять две и более программ одновременно и некоторые другие.

      Новые средства, появившиеся на третьем уровне, выполняются интерпретатором, работающий на втором уровне. Этот интерпретатор был когда-то назван операционной системой. Команды третьего уровня, идентичные командам второго уровня, выполняются микропрограммой или аппаратным обеспечением, но не операционной системой. Иными словами, одна часть команд третьего уровня интерпретируется операционной системой, а другая часть — микропрограммой. Вот почему этот уровень считается гибридным. Он называется уровнем операционной системы.

      Между третьим и четвертым уровнями есть существенная разница. Нижние три уровня конструируются не для того, чтобы с ними работал обычный программист. Они предназначены для работы интерпретаторов и трансляторов, поддерживающих более высокие уровни. Эти трансляторы и интерпретаторы составляются так называемыми системными программистами, специализирующихся на разработке и построении новых виртуальных

      машин. Уровни с четвертого и выше предназначены для прикладных программистов, решающих конкретные задачи.

      Еще одно изменение, появившееся на уровне 4 — способ, которым поддерживаются более высокие уровни. Уровни 2 и 3 обычно интерпретируются, а уровни 4, 5 и выше обычно, хотя и не всегда, поддерживаются транслятором.

      Другое различие между уровнями 1,2,3 и уровнями 4,5 и выше — особенность языка. Машинные языки уровней 1,2 и 3 — цифровые. Программы, написанные на этих языках, состоят из длинных рядов цифр, удобные для компьютеров, но совсем неудобны для людей. Начиная с четвертого уровня, языки содержат слова и сокращения, понятные человеку.

      Четвертый уровень — это символическая форма одного из языков более низкого уровня. На этом уровне можно писать программы в приемлемой для человека форме. Эти программы сначала транслируются на язык уровня 1, 2 или 3, а затем интерпретируются соответствующей виртуальной или фактически существующей машиной. Программа, выполняющая трансляцию, называется ассемблером.

      Пятый уровень обычно состоит из языков, разработанных для прикладных программистов. Такие языки называются языками высокого уровня.Существуют сотни языков высокого уровня. Наиболее известные среди них — BASIC, C, C ++, Java, LISP и Prolog. Программы, написанные на этих языках, обычно транслируются на уровень 3 или 4. Трансляторы, обрабатывают эти программы, называются компиляторами.Отметим, что иногда также используется метод интерпретации. Например, программы на языке Java обычно интерпретируются.

      В некоторых случаях пятый уровень состоит из интерпретатора для такой сферы приложения, как символическая математика.

      Итак, компьютер проектируется как иерархическая структура уровней, каждый из которых надстраивается над предыдущим. Каждый уровень представляет собой определенную абстракцию с различными объектами и операциями.

      Набор типов данных, операций и особенностей каждого уровня называется архитектурой. Архитектура связана с аспектами, видны программисту.

      Например, суммируя, сколько памяти можно использовать при написании программы — часть архитектуры. А аспекты разработки (например, какая технология используется при создании памяти) не является частью архитектуры. Изучение того, как разрабатываются те части компьютерной системы, видны программистам, называется изучением компьютерной архитектуры.Термины «компьютерная архитектура» и «компьютерная организация» означает в сущности то же.

      Язык, который находится в самом низу иерархической структуры — самая примитивная, а самая высокая — самая сложная.

      Классификация языков программирования

      Языки программирования высокого и низкого уровней. Программы для первых ЭВМ состояли на машинном языке, очень далека от понятий, которыми оперирует человек. Алфавит машинного языка состоит только из двух символов {0, 1}.

      К языкам программирования низкого уровня принадлежат языка ассемблера — машинно-зависимые языки, описывающие действия в терминах команд процессора. Для каждого типа процессора существует свой язык ассемблера, поэтому для переноса программы на ассемблере на другую аппаратную платформу ее нужно почти полностью переписать.

      Позже были созданы программы, транслирующие арифметические выражения (автокоды), и, наконец, в 1958 году вступил в действие транслятор Фортрана — первого языка высокого уровня (МВР).

      Языки высокого уровня приближенные к естественным понятий. Эти языки являются машинно-независимыми. С развитием и распространением компьютеров наметился двоякий процесс: появление специальных (Пролог) и универсальных (Паскаль, Си) языков.

      Процедурные и Непроцедурные языка. Программа, написанная процедурной языком, описывает, как решать, используя при этом такие основные понятия, как следование, ветвление, цикл. Программа, написанная Непроцедурные языком, описывает, что делать, используя такие понятия, как подстановка, ветвление, рекурсия.

      Системы программирования. Для удобства создания программ создаются интегрированные среды программирования — системы, объединяющие редактор текстов программ, транслятор, отладчик (например Turbo Pascal, Turbo С, Turbo Basic). Получили распространение системы визуального программирования — средства, с помощью которых можно быстро создавать программы путем визуального проектирования макета в графическом виде (например, Visual Basic, Visual C, Delphi).

      ЗМ2 РАЗВИТИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ АРХИТЕКТУРЫ

      Понятие архитектуры и принципы функционирования компьютерных систем

      Под архитектурой ЭВМ следует понимать ту совокупность их характеристик, необходимо пользователю. Это, прежде всего, основные устройства и блоки ЭВМ, а также структура связей между ними. В «Толковом словаре по вычислительным системам» термин «архитектура ЭВМ» используется для описания принципа действия, конфигурации и взаимного соединения основных логических узлов ЭВМ.

      Обычно под архитектурой ПК понимают их организацию с точки зрения пользователя, то есть весь комплекс программных и аппаратных средств, обеспечивающих процесс программирования задач и их решения на компьютерах. Описание архитектуры включает в себя информацию о пользовательских возможности программирования, системы команд, структуры центрального процессора и организации памяти, а также описание аппаратных средств, входящих в состав ПК, набора внешних устройств и способов связи с ними.

      Системы классификации архитектур компьютеров

      В 1966 г. М.Флинном (Flynn) был предложен чрезвычайно удобный подход к классификации архитектур вычислительных систем. В его основу была положена понятие потока, под которым понимается последовательность элементов, команд или данных, обрабатываемая процессором. Соответствующая система классификации основана на рассмотрении числа потоков инструкций и потоков данных и описывает четыре архитектурных класса:

      SISD = Single Instruction Single Data; MISD = Multiple Instruction Single Data; SIMD = Single Instruction Multiple Data; MIMD = Multiple Instruction Multiple Data.

      Ниже приведены расшифрованы обозначения этих архитектурных классов, соответственно:

      SISD (single instruction stream / single data stream) — одиночный поток команд и одиночный поток

      данных.

      К классу SISD относятся последовательные компьютерные системы, которые имеют один центральный

      процессор, способный обрабатывать только один поток последовательно выполняемых инструкций. В настоящее время практически все высокопроизводительные системы имеют более одного центрального процессора, однако каждый из них выполняет несвязанные потоки инструкций, что делает такие системы комплексами SISD-систем, действующих на разных пространствах данных. Для увеличения скорости обработки команд и скорости выполнения арифметических операций может применяться конвейерная обработка.

      В случае векторных систем векторный поток данных следует рассматривать как поток из одиночных неделимых векторов. Примерами компьютеров с архитектурой SISD могут служить большинство рабочих станций Compaq, Hewlett-Packard и Sun Microsystems.

      MISD (multiple instruction stream / single data stream) — множественный поток команд и одиночный поток данных. Теоретически в этом типе машин множество инструкций должно выполняться над единственным потоком данных. До сих пор ни одной реальной машины, попадает в данный класс, создано не было.

      SIMD (single instruction stream / multiple data stream) — одиночный поток команд и множественный поток данных. Эти системы обычно имеют большое количество процессоров, от 1024 до 16384, которые могут выполнять одну и ту же инструкцию по различным данных в жесткой конфигурации. Единственная инструкция параллельно выполняется над многими элементами данных.

      Примерами SIMD-машин являются системы CPP DAP, Gamma II и Quadrics Apemille. Другим подклассом SIMD-систем является векторные компьютеры. Векторные компьютеры манипулируют массивами сходных данных подобно тому, как скалярные машины обрабатывают отдельные элементы таких массивов. Это делается за счет использования специально сконструированных векторных центральных процессоров. Когда данные обрабатываются с помощью векторных модулей, результаты могут быть выданы на один, два или три такта частотогенератора (такт частотогенератора является основным временным параметром системы). При работе в векторном режиме векторные процессоры обрабатывают данные практически параллельно, что делает их в несколько раз быстрее, чем при работе в скалярном режиме. Примерами систем подобного типа, например, компьютеры Hitachi S3600.

      MIMD (multiple instruction stream / multiple data stream) — множественный поток команд и множественный поток данных. Эти машины параллельно выполняют несколько потоков инструкций над различными потоками данных. В отличие от многопроцессорных SISD-машин, команды и данные связаны, потому что они представляют различные части одной и той же задачи. Например, MIMD-системы могут параллельно выполнять множество

      подзадач с целью сокращения времени выполнения основной задачи. Большое разнообразие попадающих в данный класс систем делает классификацию Флинна полностью адекватной. Действительно, и четырехпроцессорной SX-5 компании NEC, и тисячепроцессорний Cray T3E попадают в этот класс. Это заставляет использовать другой подход к классификации, иначе описывает классы компьютерных систем. Основная идея такого подхода может заключаться, например, в следующем.

      Будем считать, что множественный поток команд может быть обработан двумя способами: либо одним конвейерным устройством обработки, работающим в режиме разделения времени для отдельных потоков, или каждый поток обрабатывается своим собственным устройством.

      Первая возможность используется в MIMD-компьютерах. Их обычно называют конвейерными или векторными, вторая — в параллельных компьютерах. В основе векторных компьютеров лежит концепция конвейеризации, то есть явного сегментирования арифметического устройства на отдельные части, каждая из которых выполняет свою подзадачу для пары операндов. В основе параллельного компьютера лежит идея использования для решения одной задачи нескольких процессоров, работающих совместно, причем процессоры могут быть как скалярными, так и векторными.

      Для параллельных компьютерных систем существует своя классификация.

      1. Векторно-конвейерные компьютеры (PVP).

        Имеют MIMD-архитектуры (множество инструкций над множеством данных). Основные особенности:

        • конвейерные функциональные устройства;
        • набор векторных инструкций в системе команд
        • зацепления команд (используется как средство ускорения вычислений).
      2. Массивно-параллельные компьютеры с распределенной памятью.

        Объединяется несколько серийных микропроцессоров, каждый со своей локальной памятью, с помощью некоторой коммуникационной среды.

        Преимуществ у такой архитектуры много: если нужна высокая производительность, то можно добавить еще процессоров; если ограничены финансы или заранее известна требуемая вычислительная мощность, то легко подобрать оптимальную конфигурацию и т.д.

        Каждый процессор имеет доступ только к своей локальной памяти, а если программе нужно узнать значение переменной, расположенной в памяти другого процессора, то задействуется механизм передачи сообщений. Этот подход позволяет создавать компьютеры, включающие в себя тысячи процессоров.

        Но эта архитектура имеет два существенных недостатка:

        • нужно быстродействующее коммуникационное оборудование, обеспечивающее среду передачи сообщений;
        • при создании программ необходимо учитывать топологию системы и специальным образом распределять данные между процессорами, чтобы минимизировать число пересылок и объем пересылаемых данных.Последнее обстоятельство и мешает широкому внедрению подобных архитектур.
      3. Параллельные компьютеры с общей памятью (SMP).

        Вся оперативная память разделяется между несколькими одинаковыми процессорами. Это снимает проблемы предыдущего класса, но добавляет новые — число процессоров, имеющих доступ к общей памяти, нельзя сделать большим.

        Основное преимущество таких компьютеров — относительная простота программирования. В ситуации, когда все процессоры имеют одинаково быстрый доступ к общей памяти, вопрос о том, какой процессор которые вычисления будет выполнять, не столь принципиален, и значительная часть вычислительных алгоритмов, разработанных для последовательных компьютеров, может быть ускорена с помощью распараллеливающих и векторизирующих трансляторов. SMP-компьютеры — это наиболее распространенные сейчас параллельные вычислители. Однако общее число процессоров в SMP-системах, как правило, не превышает 16, а их дальнейшее увеличение не дает выигрыша из-за конфликтов при обращении к памяти.

      4. Кластерная архитектура.

      Кластерная архитектура представляет собой комбинации предыдущих трех. Из нескольких процессоров (традиционных или векторно-конвейерных) и общей для них памяти формируется вычислительный узел. Если полученной вычислительной мощности мало, то объединяется несколько узлов высокоскоростными каналами.

      Основные этапы развития компьютеров

      Прежде чем достичь современного уровня, вычислительная техника прошла длительный путь развития.

      В общем всю ее историю можно разделить на три этапа:

      1. Докомпьютерной (к механическим). 2.Механический.

      3.Электронно-вычислительный.

      Докомпьютерной, к механическим период начался очень давно, как только люди научились считать по пальцам.Если предметов, которые нужно посчитать, было много, вместо пальцев использовали небольшие камни. Из них составляли пирамидки, обычно с 10 камней (по количеству пальцев на руке). Следующий шаг — создание переносного вычислительного инструмента, похожего на современную счеты, — абака

      image image

      Первый переносной вычислительный инструмент абак появился в Вавилоне около 3000року до н.э. Древнегреческий абак (доска или «Саламинского доска» по имени острова Саламин в Эгейском море) представлял собой посыпанную морским песком дощечку. На песке проходили бороздки, на которых камешками обозначались числа. Одна бороздка соответствовала единицам, вторая — десяткам и т.д. Если в какой-то борозде при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камешек в следующем разряде. Римляне усовершенствовали абак, перейдя от деревянных досок, песка и камешков к мраморных досок с выточенными желобками и Мраморное шариками.

      image

      В Китае счеты суан-господин состояла из деревьнои рамки, разделенных на верхние и нижние секции. Палочки отвечают колонкам, а бусинки числам. У китайцев в основе подсчетов было не десятка, а пятерка. Она разделенных на две части: в нижней части на каждом ряду размещалось по 5 косточек, в верхней части — по две. Таким образом, для того чтобы выставить на этой счетах число 6, ставили сначала косточку, соответствующую пятерке, и затем дополняли друга в разряд единиц. В Японии этот же устройство для подсчетов носил название серобян.

      image

      В России долгое время считали косточками, что розкладувалися в кучки. Примерно с XV века стал распространяться «дощатый счет», завезенный, видимо, западными купцами вместе с различным товаром и текстилем. «Дощатый счет» почти не отличался от обычной счетов и представлял собой рамку с закрепленными горизонтальными веревками, на которых были нанизаны просверленные сливовые или вишневые косточки.

      image

      Первый в мире эскизный рисунок тринадцятирозрядного десятичного пiдсумовуючого устройства на основе колес с десятью зубцами принадлежит Леонардо да Винчи (1452-1519). Он был сделан в одном из его дневников (ученый начал вести дневник еще до открытия Америки в 1492 г.).

      В 1969 году по чертежам Леонардо да Винчи американская фирма IBM по производству компьютеров, с целью рекламы построила рабочую машину.

      Первым реально осуществленным i ставшим известным механическим цифровым вычислительным устройством стала «паскалiна» великого французского ученого Блеза Паскаля (1623-1662) — 6-ти (или 8-ми) разрядный устройство на зубчатых колесах, рассчитанное на суммирование и вычитание десятичных чисел (1642 г. .).

      image

      Через 30 лет после «паскалiны» в 1673 появился «арифметический прибор» Готфрiда Вильгельма Лейбница (1646-1716) — двенадцатиразрядный десятичный устройство для выполнения арифметических операций, включая умножение i деления, для чего, в дополнение к зубчатых колес использовался схiдчастий валик.

      «Моя машина дает возможность совершать умножение i деления над огромными числами мгновенно» — с гордостью писал Лейбница своему другу.

      image image

      Принципиальное значение для дальнейшего развития цифровой вычислительной техники имеет изобретение — «программное» с помощью перфокарт управления ткацким станком, созданным Жозефом жаккарда (1752-1834)

      image image image

      Технологию вычислений при ручном счете предложил Гаспаром где Пронi (1755-1838). Он распределил числовые вычисления на три этапа: разработка численного метода вычислений, которая сводит решение задачи к последовательности арифметических операций, составление программы последовательности арифметических действий, проведение собственно вычислений путем арифметических операций над числами в соответствии с составленной программы.

      image

      Чарльз Бэббидж (1791-1881) осуществил качественно новый шаг в развитии средств цифровой вычислительной техники — переход от ручного к автоматическому выполнению вычислений по составленной программе.

      Им был разработан проект аналитической машины — механической универсальной цифровой вычислительной машины с программным управлением (1830-1846 гг.). Машина включала пять устройств (как i первые ЭВМ, появились 100 лет спустя): арифметический (АП) запоминающего устройства (ЗУ), управления, ввода, вывода.

      АП строился на основе зубчатых колес, на них предлагалось реализовать ЗУ (на 1000 50 разрядных чисел!). Для ввода данных i программы использовались перфокарты. Скорость вычислений — добавление i вычитание за 1 сек, умножение i деления — за 1 мин. Кроме арифметических операций была команда условного перехода.

      Программы для решения задач на машине Бэббиджа, а также описание принципов ее работы были составлены Адой Августой Лавлейс — дочерью Байрона (1816-1852). Были созданы отдельные узлы машины.

      Всю машину из-за ее громiздкiсть создать не удалось. Только зубчатых колес для нее понадобилось бы более 50 000. Заставить такую ​​машину работать можно было только с помощью паровой машины, i планировал Бэббидж.

      image image

      Интересно отметить, что в 1870 (по год до смерти Бэббиджа) английский математик Джевонс сконструировал (видимо, первую в мире) «логическую машину», которая позволяла механизировать простейшие логические выводы.

      В России о работе Джевонса стало известно в 1893 г.., Когда профессор университета в Одессе I.Слешинський опубликовал статью «логическую машину Джевонса» ( «Вестник опытной физики и элементарной математики», 1893, р.7).

      «Строитель» логических машин в дореволюционные России стали Павел Дмитриевич Хрущев (1849-1909) i Александр Николаевич Щукарев (1884-1936), которые работали в учебных заведениях Украины.

      Первым воспроизвел машину Джевонса профессор П.Д.Хрущеве. Экземпляр машины, созданный им в Одессе, получил «в наследство» профессор Харьковского технологического института Щукарь, где он работал начиная с 1911

      Он сконструировал машину заново, воплотив в ней целый ряд усовершенствований i неоднократно выступал с лекциями о машине i о ее возможных практические применения.

      image

      Логарифмическая линейка — аналоговый вычислительное устройство, позволяющее выполнять несколько математических операций, включая умножение и деление чисел, возведение в степень (чаще всего к квадрату и кубу) и вычисления квадратных и кубических корней, вычисление логарифма, тригонометрических функций и другие операции.

      Принцип действия логарифмической линейки основан на том, что умножение и деление чисел заменяется соответственно сложением и вычитанием их логарифмов. Первый вариант линейки разработал английский математик-любитель Уильям Отред в 1622 году.

      image

      Логарифмическая линейка интересное изобретение, широко использовалась до изобретения калькуляторов. Она, судя по названию, может высчитывать логарифмы, а еще умножать / делить, добавлять и отнимать. Находить синусы и косинусы и многое другое.

      Внешний вид линейки

      image

      В 1936 английский математик А.Тьюрiнг и американский математик i логик Е.Пост (родился в Польше) выдвинули i разработали концепцию абстрактной вычислительной машины.

      «Машина Тьюринга» — гипотетически универсальный преобразователь дискретной информации, теоретическая вычислительная система. Тьюринг i Пост показали принципиальную возможность решения автоматами любой проблемы при возможности ее алгоритмизации с учетом операций, выполняют автоматы.

      image

      Джон фон Нейман один из выдающихся ученых ХХ века, работавший в областях математики, физики, химии, астрономии, биологии, экономики. Сформулировал основные принципы строения ЭВМ. Идея фон Неймана о создании надежной машины с ненадежных элементов стала принципом создания электронных вычислительных машин и сетей.

      image

      Компьютер — это электронное устройство, которое выполняет операции ввода информации, хранения и обработки ее по определенной программе, вывод полученных результатов в форме, пригодной для восприятия человеком.За каждую из названных операций отвечают специальные блоки компьютера:

    • устройство ввода,
    • центральный процессор,
    • запоминающее устройство,
    • устройство вывода.

Все эти блоки состоят из отдельных мелких устройств. В частности, в центральный процессор могут входить арифметико-логическое устройство (АЛУ), внутренний запоминающее устройство в виде регистров процессора и внутренней кэш-памяти, управляющее устройство (УУ).

image

Рисунок 1.3 — Общая структура компьютера

Запоминающее устройство — это блок ЭВМ, предназначенный для временного (оперативная память) и длительного (постоянная память) хранения программ, входных и результирующих данных и некоторых промежуточных результатов.Информация в оперативной памяти сохраняется временно лишь при включенном питании, но оперативная память имеет большее быстродействие. В постоянной памяти данные могут храниться даже при

выключенном компьютере, однако скорость обмена данными между постоянной памятью и центральным процессором, в подавляющем большинстве случаев, значительно меньше.

Арифметико-логическое устройство — это блок ЭВМ, в котором происходит преобразование данных по командам программы: арифметические действия над числами, преобразования кодов и др.

Управляющее устройство координирует работу всех блоков компьютера.В определенной последовательности он выбирает из оперативной памяти команду за командой. Каждая команда декодируется, и передается в АЛУ. АЛУ настраивается на выполнение действия, указанного текущей командой (в этом действии могут участвовать также устройства ввода-вывода) дается команда на выполнение этого действия. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не возникнет одна из следующих ситуаций: исчерпаны входные данные, с одной из устройств поступила команда на прекращение работы, выключения питания компьютера.

Описанный принцип построения ЭВМ носит название архитектуры фон Неймана — американского ученого венгерского происхождения Джона фон Неймана, который ее предложил.

Джон фон Нейман сформулировал также основные принципы, по которым работают компьютеры.

Основные принципы фон Неймана

  1. Принцип двоичного кодирования. Вся информация, обрабатываемая в компьютере, представлена ​​в двоичном коде, хорошо отражает два устойчивых состояния элементов компьютера (есть импульс — «0», нет импульса — «1»)
  2. Принцип программного управления. Работа на компьютере осуществляется с помощью программ. Программа состоит из набора команд, которые в определенной последовательности выполняемых процессором. Эффективность программного управления выше, когда программу можно применять многократно и в разных исходных данных.
  3. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной памяти, поэтому компьютер не различает, что находится в ячейке памяти: число, текст или команда. Над командами можно выполнять те же действия, что и над данными. Например, команды одной программы могут быть получены как результат выполнения другой программы.
  4. Принцип адресности. Память компьютера состоит из пронумерованных ячеек. Процессор в любой момент может обратиться к любой ячейки по заданному адресу.Идеи фон Неймана и предложенные им архитектура и принципы функционирования компьютера актуальны и на сегодняшний день. Компьютеры, построенные по такой схеме и базируются на таких принципах называются компьютерами с архитектурой фон Неймана.

    Структура персонального компьютера — это совокупность его функциональных элементов i связей между ними.

    Классическая архитектура (фон Нейман) — устройство управления, арифметически-логический устройство, память, устройства ввода-вывода информации, объединенные с помощью каналов связи (см. Схему).

    image

    Рисунок 1.4 — Структура современного персонального компьютера

    В 1940-х годах, было создано программируемую вычислительную машину на основе электромеханических реле. Но серийно ее не выпускали, поскольку вскоре появились электронно вычислительные машины (ЭВМ) на основе радиоламп.

    Первую ЭВМ «Эниак» было создано в США в 1946 году. В группу ее разработчиков входил выдающийся ученый XX века Джон фон Нейман, который сформулировал основные принципы строения ЭВМ. В то время над проектами ЭВМ работали также в Великобритании и СССР.

    Вклад отечественных ученых в развитие ЭВМ

    Украина имеет полное право гордиться отечественными учеными, работавшими в области вычислительной техники. Так, первую ЭВМ в континентальной Европе и СССР было создано в 1951 году в Киеве на базе Института электротехники под руководством выдающегося ученого академика Сергея Алексеевича Лебедева (1902-1974).

    Сергей Алексеевич Лебедев

    В Киеве работал также академик Виктор Михайлович Глушков (1923-1983), под руководством которого были разработаны и созданы такие машины, как «Днепр», «Луч», «МИР», «Искра», «Киев», «Рось»,

    «Киев-67», «Киев-70» и др.

    image

    По инициативе В. М. Глушкова было начато сооружение специализированного завода (позже известного как ПО «Электронмаш»), где осуществлялся серийный выпуск ЭВМ «Днепр». Эту машину, которая достойно конкурировала с лучшими американскими аналогами, более десяти лет использовали в производстве.

    О большинстве разработок по идеям В. М. Глушкова можно сказать, что они выполнены впервые. среди них

    Машины создавались на основе вакуумных электронных ламп; управлять ими можно было с пульта и с помощью перфокарт (картонных карточек с отверстиями, кодировали биты данных). Параметры первой такой машины: общая масса — 30 тонн, количество электронных ламп — 18 000, потребляемая мощность — 150 кВт (мощность, которой было достаточно для поддержания работы небольшого завода).

    Первая мини ЭВМ в Украине «УПО-1» (устройство первичной обработки данных в измерительных системах). Разработчики: Институт кибернетики АН Украины и Житомирский завод «Измеритель». Руководитель работ Б.Н.Малиновский. Исполнители: В.С.Каленчук, П.М.Сиваченко, сотрудники Житомирского завода «Измеритель». 1972

    image image

    Первое поколение (1945 г. — середина 50-х годов) — это машины с быстродействием 10 — 20 тыс. Операций в секунду (ИВМ, «БЭСМ-1, 2», «Минск — 1, 12», М — 20 , «Урал — 2 — 4»).

    Характерные черты ЭВМ первого поколения: громизкисть; большое потребление энергии; низкое быстродействие; элементная база — электронные лампы; разделение памяти машины на быстродействующую оперативную ограниченного объема на магнитных Осередь и повильнодиючи неоперативным значительно большего объема на магнитных барабанах; ввода данных с перфолент и перфокарт.

    image

    Первый компьютер был длиной в четыре автобуса и назывался «Колосс». Он построен в Англии и начал работу он в 1943 году. В то время о нем знали очень мало людей, потому что одно из его первых задач состояла в расшифровке секретных кодов во время войны.

    image

    Первым шагом к уменьшению размеров ЭВМ стало изобретение транзисторов — миниатюрных устройств, заменили электронные лампы. Транзисторы изготовлялись по отдельности, и, собирая их надо было объединить и запаять.

    В 1958 году Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов. В 1959 году Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Интел) изобрел более совершенный метод, который позволял не только разместить на одной пластине нужны транзисторы, но и соответственно их объединить. Эти электронные схемы получили название интегральных схем, или чипов.

    • Второе поколение (1958-1963).

      Эти вычислительные машины появились в 1960-х годах. Их элементы были построены на основе полупроводниковых транзисторов. Данные и программы в машины вводили с помощью перфокарт и перфолент (бумажных стричрк с отверстиями).

      image

    • Третье поколение (1964-1970).

      Электронно-вычислительные машины этого поколения изготавливали с использованием интегральных микросхем. Это устройства, состоящие из десятков или тысяч электронных элементов, размещенных на маленькой (1×1 см) пластине. Руководили работой таких машин с помощью алфавитно-цифровых терминалов. Данные и программы вводили с терминала или с использованием перфокарт и перфолент.

      Компьютеры третьего поколения (середина 60-х — начало 70-х годов ХХ века) работали с быстродействием в несколько миллионов операций в секунду. Это достигалось применением в них интегральных схем. В составе этих ЭВМ появились устройства (они получили название каналов), которые обеспечивали обмен данными между оперативной памятью и другими блоками ЭВМ. Представителями этих ЭВМ были компьютеры типа ИБМ — 360 и ЕС «Ряд — 1».

    • Четвертое поколение (с 1971).

      Машины создаются на основе больших интегральных схем (плотность электронных элементов — десятки тысяч на кубический сантиметр). Связь с пользователем осуществляется с помощью цветного графического дисплея. Самые яркие представители этого поколения ЭВМ — персональные компьютеры (ПК). Один из первых серийных ПК был создан 1981 года в компании IBM. Он получил название IBM PC

      В 1970 году фирма Интел начала продавать интегральные схемы памяти. В этом же году была сконструирована интегральная схема, аналогичная по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ, которую назвали микропроцессором. Первый компьютер IBM РС был предложен пользователям в 1981 году. Он отличался от всех предшественников тем, что строился по принципу открытой архитектуры. То есть фирма сделала его единственной системой, как раньше, а обеспечила возможность его сборки аналогично детскому конструктору. Однако, именно это достижение и не позволило фирме

      ИВМ пользоваться результатами собственного успеха.

      Фирма ИВМ рассчитывала, что открытость архитектуры позволит независимым производителям разрабатывать различные дополнительные устройства, благодаря чему возрастет популярность компьютера. Но сразу же появилось много производителей более дешевых комплектующих, полностью аналогичных тем, которые применялись в компьютере IBM PC. Больше всего выиграли пользователи, получив возможность собирать компьютер по своему усмотрению, не ограничиваясь достижениями какой-либо одной фирмы.

    • Пятое поколение (сейчас и в будущем).

    ЭВМ этого поколения создан на основе сверхбольших интегральных схем, которые характеризуются большой плотностью размещения элементов на кристалле. Сейчас мы находимся на пороге революции в компьютерной технике, которую вызвала появление новых, квантовых, компьютеров. Они базируются на совершенно иных физических принципах, чем все современные компьютеры, и позволяют за считанные минуты решить задачи, которые с помощью современной вычислительной техники нужно было бы решать миллионы лет.

    Теоретическую модель квантового компьютера было предложено в середине 1990-х годов, а в 2008 году разработан первый действующий образец квантового процессора.

    Тогда компания IBM не придавала большого значения персональным компьютерам, а затем использовала в IBM PC много «чужих» элементов (в частности, процессор компании Intel) и не запатентовала ряд собственных технологий и компонентов.

    Это позволило другим фирмам, применяя опубликованы спецификации, создавать клоны, которые называют IBM PC-совместимыми компьютерами.

    В ЭВМ четвертого поколения (семидесятых — начало 80-х годов ХХ века) за счет использования больших интегральных схем быстродействие достигла десятков миллионов операций в секунду. Эти ЭВМ имели в

    своем составе несколько центральных процессоров, а это обеспечивало одновременное решение нескольких задач (собственно, такие ЭВМ уже принадлежали к компьютерным системам). Представителями этих ЭВМ были компьютеры типа ИБМ-370 и ЕС «Ряд — 2 — 3».

    Характеристика компьютере по поколению Компьютеры и поколения

    • Использовались в 50-х годах.
    • Элементной базой являются электронные лампы.
    • Имеют сверхбольшие габариты, вес и потребление электроэнергии.
    • Быстродействие — 10-20 тысяч операций в секунду.
    • Для ввода информации используют перфоленты и перфокарты.
    • Для вывода информации используют матричный принтер.
    • Программного обеспечения нет, для каждой задачи создается своя программа на языке низкого уровня (приближенной к машинного языка).
    • Надежность очень низкая.
    • Стоимость — 500/700 тыс. Долл.Первый в мире программируемый электронный компьютер весил 30 тонн и состоял из 18 000 электронных ламп.

      Компьютеры ИИ поколения

    • Использовались в 60-х годах.
    • Элементной базой является транзисторные элементы.
    • Быстродействие до 100 тыс. Операций в секунду, оперативная память до 100 Килобайт.
    • Для ввода и хранения информации используют магнитные ленты и барабаны.
    • Для вывода информации используют мониторы.
    • Появляются языки программирования и операционные системы
    • Стоимость — порядка 100 тыс. Долл.

      Компьютеры III поколения

    • Использовались в 70-х годах.
    • Элементной базой являются интегральные микросхемы — чипы. Это устройства, содержащие в себе тысячи транзисторов и других элементов как единое целое (без сварки или пайки).
    • Быстродействие до 1 млн операций в секунду, оперативная память несколько 100 Килобайт.
    • Для ввода и хранения информации используют магнитные диски, ленты и барабаны.
    • Для вывода информации используют мониторы, принтеры.
    • Появляется единственная архитектура компьютеров и совместимы между собой программы. Внедряются приложения.
    • Стоимость — до 50 тыс. Долл.

      Компьютеры IV поколения

    • Используются с 80-х годов и до настоящего времени.
    • Элементной базой является сверхбольшие интегральные микросхемы — СБИС, содержащих в себе всю электронику устройства.
    • Применяют быстродействующие оперативные запоминающие устройства объемом в десятки мегабайт.
    • Для компьютеров IV поколения характерно:
    • Появление персональных компьютеров.
    • Телекоммуникационная обработка данных.
    • Внедрение компьютерных сетей.
    • Широкое применение систем управления базами данных (СУБД).
    • Воплощение элементов интеллектуального поведения компьютеров для обработки данных.

      Компьютеры V поколения

    • Разработка следующих поколений компьютеров базируется на СБИС повышенной интеграции с использованием оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).
    • Компьютеры интелектизуються, уменьшается барьер между человеком и техникой, информация воспринимается с рукописных и печатных текстов, голоса, символов, прикосновений, то есть применение интеллектуального интерфейса.
    • Происходит переход от обработки данных к обработке знаний.

    Продвигается направление к децентрализации вычислений с помощью компьютерных сетей.

    ЗМ3 типы компьютеров

    Типы современных электронно вычислительных машин (ЭВМ)

    Электронные вычислительные машины (ЭВМ) являются преобразователями информации. Начальная информация, поступающая на вход ЭВМ и представлена ​​в виде электрических сигналов, обрабатывается в ней в соответствии с алгоритмом решения задачи и превращается в совокупность результатов на выходе. В соответствии с формой электрических сигналов представления информации в машинах последние делятся на два основных класса: аналоговые или машины непрерывного действия и дискретные — цифровые машины. Кроме указанных классов ЭВМ, были предприняты попытки создания гибридных вычислительных машин, использующих в качестве аналоговый. Так и дискретный способ представления информации одновременно.

    Аналоговые вычислительные машины (АВМ) оперируют с математическими переменными, представлены в виде непрерывно изменяющихся физических величин. В основу АВМ положено моделирование, сущность которого состоит в изменении исследуемого физического процесса электрической моделью, имеет такие же свойства. Это позволяет существенно упростить процесс исследования, сделать его более удобным и экономичным. Среди существующих методов моделирования наибольшее применение нашли физическое и математическое моделирование.

    Аналоговые машины обладают рядом преимуществ, к числу которых можно отнести мгновение получаемого решения задачи, простота и наглядность процессов моделирования. Однако они имеют сравнительно невысокую точность получаемого результата и малую универсальность.

    Аналоговые вычислительные машины нашли применение при решении дифференциальных уравнений в частных производных, для розьязання алгебраических и трансцендентных уравнений, как специализированные устройства управления технологическими процессами, управления приводом поворотных устройств антенн и т. Д ..

    В цифровых вычислительных машинах (ЦВМ) вся информация подается в виде дискретных значений. Для дискретных сообщений характерно наличие фиксированного набора элементов, из которых в некоторые моменты времени формируются различные последовательности. Элементы, из которых состоит дискретное сообщение, называются буквами или символами. При этом под буквами понимают любые знаки — обычные буквы, цифры, знаки препинания, математические и другие знаки, используемые для представления дискретных сообщений. Любой символ в ЦВМ реализуется комбинацией состояний отдельных элементов, каждый из которых обладает двумя устойчивыми состояниями.

    К преимуществам ЦВМ следует отнести их универсальность, высокую точность получаемых решений, возможность решать математические задачи любой сложности и выполнять логические операции.

    Несмотря на высокие скорости работы, машины этого класса имеют ограниченную быстродействие, так как время решения задачи обычно состоит из затрат времени на ввод входной информации, выполнение последовательности операций решения задачи, управление вычислительным процессом и вывод результатов из машины. Однако этот недостаток ЦВМ не столь существенным по значимости по сравнению с их преимуществами, что послужило повсеместное использование машин этого класса во всех сферах человеческой деятельности.

    Гибридные вычислительные машины представляют собой совокупность аналоговой и цифровой систем. При создании таких машин была предпринята попытка объединить преимущества аналоговых и цифровых машин: высокое быстродействие первых и универсальность вторых. Однако перед разработчиками гибридных машин возникли сложные технические проблемы, что не позволило создать изделия серийно выпускаемых.

    В силу универсальности числовой формы представления информации в современном мире наибольшее распространение получили ЦВМ в дальнейшем именуемыми электронными вычислительными машинами или компьютерами. Эволюционное развитие ЭВМ позволил создать ряд машин, которые отличаются архитектурой, составом оборудования, стоимостью, производительностью, надежностью, сферами применения и другими характеристиками, что привело к необходимости выполнить классификацию в этом классе компьютеров.

    По сферам применения ЦВМ делятся на персональные компьютеры, рабочие станции, Х-терминалы, серверы, мэйнфреймы и компьютеры с кластерной архитектурой.

    Персональные компьютеры (ПК) появились в результате эволюции миникомпьютеров при переходе элементной базы машин с малым и средним степенью интеграции на большие и сверхбольшие интегральные схемы.ПК, благодаря своей низкой стоимости, очень быстро завоевали хорошие позиции на компьютерном рынке и создали предпосылки для разработки новых программных средств, ориентированных на конечного пользователя.

    Создание RISC-процессоров и микросхем памяти емкостью более 1 Мбайт привело к окончательному оформлению настольных систем высокой производительности, сегодня известны как рабочие станции.

    Начальная ориентация рабочих станций на профессиональных пользователей привела к тому, что рабочие станции перевоплотились в хорошо сбалансированные системы, в которых высокое быстродействие сочетается с большим объемом оперативной и внешней памяти, высокопроизводительными внутренними магистралями, высококачественной и быстродействующей графической подсистемой и разнообразными устройствами ввода-вывода . Это свойство выгодно отличает рабочие станции среднего и высокого класса от ПК и сегодня.

    Следующее место в классификационной структуре компьютеров занимают Х-терминалы. Типичный Х терминал включает следующие элементы:

    • экран высокой разрешающей способности;
    • микропроцессор на базе RISC-процессора;
    • отдельный графический сопроцессор в дополнение к основному процессора;
    • базовые системные программы, на которых работает система X-Windows и выполняются сетевые протоколы;
    • сменный объем локальной памяти на дисплее сетевого интерфейса, поддерживает локальные сетевые протоколы и Internet.В зависимости от функциональных возможностей изделия оперативная память может расширяться. Х-терминал конечно укомплектовывается стандартной системой X-Windows и может отображать на одном экране множество приложений одновременно.

      Серверы применяются в коммерческих и бизнес системах, в системах управления базами данных и обработки транзакций, в крупных издательских системах, в распределенных системах разработки программного обеспечения и обработки изображений.В корпоративных и глобальных сетях серверы нашли применение для надежного хранения баз данных и защиты их от несанкционированного доступа, для управления доступа, для управления процессом обмена данными между пользователями, а также организации модели вычислений «клиент-сервер».

      Существует несколько типов серверов, ориентированных на различные применения: файл-сервер, вычислительный сервер, сервер баз данных, сервер приложений, принт-сервер, Web-сервер. Иными словами, тип сервера определяется ресурсом, которым он владеет: файловая система, база данных, принтеры или прикладные пакеты программ. Мощные многопроцессорные серверы с возможностями наращивания оперативной памяти до нескольких гигабайт, дисковода посторить до сотен гигабайт, быстрыми интерфейсами дискового обмена получили название суперсерверы.

      Мэйнфреймы — это синоним понятия «большая универсальная ЭВМ».Мэйнфреймы и до сегодняшнего дня остаются наиболее мощными, кроме суперкомьютерив, вычислительными системами общего назначения, обеспечивающих непрерывный круглосуточный режим эксплуатации. В структуру мэйнфреймов включают один или несколько процессоров, каждый из которых, в свою очередь, может комплектоваться векторными сопроцесорами.

      В архитектурном плане мэйнфреймы представляют собой мультипроцессорные системы, содержащие один или несколько центральных процессоров с общей памятью, связанных между собой высокоскоростными магистралями передачи данных. Кроме того, в структуру мэйнфреймов входят периферийные процессоры, выполняющие функции селекторных, блок-мультиплексных каналов, и процессоры телеобработки, обеспечивающие работу с широкой номенклатурой периферийных устройств.

      В связи с тем, что в мире существует огромное инсталляционная база мейнфреймов, на которой работают десятки тысяч прикладных программных систем, ожидается рост применения мэйнфреймов. Эти системы, во-первых, позволяют модернизировать существующие системы, обеспечив сокращение эксплуатационных расходов, и, во-вторых, создадут базу для новых приложений.

      Основной характеристикой ЭВМ и систем с кластерной архитектурой является высокая функциональная готовность. Такие системы применяются для критически важных приложений, связанных с обработкой транзакций, управлением базы данных, обслуживанием телекоммуникаций в системах управления технологическими, космическими и военными объектами. Обеспечение заданного уровня производительности и длительного функционирования систем достигается применением параллельных масштабируемых архитектур.

      Задача обеспечения длительного функционирования системы имеет три составляющие: надежность, готовность и удобство обслуживания.

      Повышение надежности основано на принципе предотвращения неисправностей путем снижения интенсивности отказов и сбоев за счет применения электронных схем и компонентов с высокой и сверхвысокой степенью интеграции, снижения уровня помех, облегченных режимов работы схем,

      обеспечение тепловых режимов их работы, а также за счет совершенствования методов сборки аппаратуры.

      Повышение уровня готовности предполагает сдерживание в определенных пределах влияния отказов и сбоев на работу системы с помощью средств контроля и коррекции ошибок, а также средств автоматического восстановления вычислительного процесса после появления неисправности, включая аппаратную и программную избыточность, на основе которой реализуются различные варианты отказоустойчивых архитектур. Повышение готовности есть способ борьбы за снижение времени простоя системы.

      Кластерные системы при отказе одного процессора могут очень быстро перераспределить работу на другие процессоры внутри кластера. Это наиболее важная цель создания систем высокой готовности.

      Впервые концепцию кластерной системы предложила компания DEC, определила ее как группу объединенных между собой вычислительных машин, представляющих собой единый узел (VAX-кластер) обработки информации. По сути VAX-кластер это слабосвязанных многомашинная система с общей внешней памятью, обеспечивающую единый механизм управления и администрирования.

      Принципы разработки современных компьютеров

      Прошло уже более двадцати лет с тех пор, как были сконструированы первые компьютеры RISC, однако некоторые принципы разработки можно перенять, учитывая современное состояние технологий аппаратного обеспечения. Если происходит очень резкое изменение в технологиях (например, новый процесс производства делает продолжительность цикла памяти в 10 раз меньше, чем продолжительность цикла центрального процессора), меняются все условия. Поэтому разработчики всегда должны учитывать возможные технологические изменения, которые могут повлиять на баланс между компонентами компьютера.

      Существует ряд принципов разработки, так называемых принципов RISC, которым по возможности стараются подражать производители универсальных процессоров. Через некоторые внешние ограничения, например требования совместимости с другими машинами, приходится время от времени идти на компромисс, но эти принципы — цель, к которой стремится большинство разработчиков.

      Все команды непосредственно выполняются аппаратным обеспечением. Все обычные команды непосредственно выполняются аппаратным обеспечением. Они не интерпретируются микрокомандами. Устранение уровня интерпретации обеспечивает высокую скорость выполнения большинства команд. В компьютерах типа CISC более сложные команды могут разбиваться на несколько частей, затем выполняются как последовательность микрокоманд. Эта дополнительная операция снижает скорость работы машины, но она может быть применима для редко встречаются команд.

      Компьютер должен начинать выполнение большого количества команд. В современных компьютерах используется много различных способов для увеличения производительности, главный из которых

      • возможность обращаться к как можно большего количества команд в секунду. Процессор 500-MIPS способен приступать к выполнению 500 млн команд в секунду, и при этом не имеет значения, сколько времени занимает само выполнение этих команд. (MIPS — это сокращение от Millions of Instructions Per Second —
        «Миллионы команд в секунду»). Этот принцип предполагает, что параллелизм может играть главную роль в улучшении производительности, поскольку приступать к большому количеству команд за короткий промежуток времени можно только в том случае, если одновременно может выполняться несколько команд.

        Хотя команды некоторой программы всегда расположены в определенном порядке, компьютер может приступать к их выполнению и в другом порядке (так как необходимые ресурсы памяти могут быть заняты) и, кроме того, может заканчивать их выполнение не в том порядке, в котором они расположены в программе. Конечно, если команда 1 устанавливает регистр, а команда 2 использует этот регистр, нужно действовать с особой осторожностью, чтобы команда 2 НЕ считывала регистр до тех пор, пока он не будет содержать нужное значение. Чтобы не допустить подобных ошибок, необходимо вводить большое количество соответствующих записей в память, но производительность все равно становится выше благодаря возможности выполнять несколько команд одновременно.

        Команды должны легко декодироваться. Предел количества вызываемых команд в секунду зависит от процесса декодирования отдельных команд. Декодирования команд осуществляется для того, чтобы определить, какие ресурсы им необходимы и какие действия нужно выполнить. Полезны любые средства, способствующие упрощению этого процесса. Например, используются регулярные команды с фиксированной длиной и с небольшим количеством полей. Чем меньше различных форматов команд, тем лучше.

        К памяти должны обращаться только команды загрузки и сохранения. Один из самых простых способов разбивания операций на отдельные шаги — это условие, чтобы операнды для большинства команд брались из регистров и возвращались туда же. Операция перемещения операндов из памяти в регистры может осуществляться в разных командах. Поскольку доступ к памяти занимает много времени, а подобная задержка нежелательна, работу этих команд могут выполнять другие команды, если они не делают ничего,

        кроме передвижения операндов между регистрами и памятью. Из этого наблюдения следует, что в памяти должны обращаться только команды загрузки и сохранения (LOAD и STORE).

        Должно быть большое количество регистров. Поскольку доступ к памяти происходит довольно медленно, в компьютере должно быть много регистров (по крайней мере 32). Если слово один раз вызвано из памяти, при наличии большого числа регистров оно может содержаться в регистре до тех пор, пока не нужно. Возвращение слова из регистра в память и новую загрузку этого же слова в регистр нежелательны. Лучший способ избежать лишних перемещений — наличие достаточного количества регистров.

        Качество компьютера можно характеризовать по многим показателям:

        1. Быстродействие процессора (количество операций в единицу времени).
        2. Количество команд, компьютер способен понимать.
        3. Количество периферийных устройств ввода / вывода, которые можно одновременно подсоединить к компьютеру.

Поэтому, разработчики всего мира постоянно ищут пути для разработки новых, быстрых и надежных процессоров, запоминающих устройств, устройств ввода / вывода и т. Но здесь существуют ограничения физического и технологического характера, и поэтому, много внимания уделяется совершенствованию существующих и разработке новых архитектур компьютеров.

Классификация по назначению

    • большие электронно-вычислительные машины (ЭВМ);
    • мини ЭВМ;
    • микро ЭВМ;
    • персональные компьютеры.

      Классификация по уровню специализации

    • универсальные;
    • специализированные.На базе универсальных ПК можно создать любую конфигурацию для работы с графикой, текстом, музыкой, видео и тому подобное. Специализированные ПК созданы для решения конкретных задач, в частности, бортовые компьютеры в самолетах и ​​автомобилях. Специализированные миниЭВМ для работы с графикой (кино- видеофильмы, реклама) называются графическими станциями. Специализированные компьютеры, объединяющие компьютеры в единую сеть, называются файловыми серверами. Компьютеры, обеспечивающие передачу информации через Интернет, называются сетевыми серверами.

      Классификация по размеру

    • настольные (desktop)
    • портативные (notebook)
    • карманные (palmtop).Наиболее распространенными являются настольные ПК, которые позволяют легко менять конфигурацию. Портативные удобны для пользования, имеют средства компьютерной связи. Карманные модели можно назвать «интеллектуальными» записными книжками, позволяют хранить оперативные данные и получать быстрый доступ.

      Классификация по совместимости

      Существует множество видов и типов компьютеров, собираются из деталей, изготовленных различными производителями. Важным является совместимость обеспечения компьютера:

    • аппаратная совместимость (платформа IBM PC и Apple Macintosh)
    • совместимость на уровне операционной системы;
    • программная совместимость;
    • совместимость на уровне данных.

      Большие ЭВМ (Main Frame)

      Применяют для обслуживания крупных отраслей народного хозяйства, финансовой сфере, оборонном комплексе и занимают от 20 до 30% компьютерного рынка. Они характеризуются 64 разрядными параллельно работающими процессорами (количество которых достигает до 100), интегральной быстродействием до десятков миллиардов операций в секунду, многопользовательским режимом работы. Доминирующее положение в выпуске компьютеров такого класса занимает фирма IBM (США).

      Компания IBM, основной мировой производитель мэйнфреймов, сумела осуществить качественный скачок (переход к новой концептуальной архитектуры ESA / 390, предлагающий широкий спектр функциональных возможностей, позволяющих использовать мэйнфреймы как центр интеграции неоднородного вычислительного комплекса. Стоимость мэйнфреймов относительно высока — один компьютер с пакетом прикладных программ оценивается примерно в миллион долларов.

      Наиболее известными моделями супер-ЭВМ являются: IBM 360, IBM 370, IBM ES / 9000, Cray 3, Cray 4, VAX- 100, Hitachi, Fujitsu VP2000.

      На базе больших ЭВМ создают вычислительный центр, содержит несколько отделов или групп (структура которого изображена на рис. 1.5). Штат обслуживания — десятки людей.

      image

      Рисунок 1.5 — Структура вычислительного центра на базе большой ЭВМ

      Центральный процессор — основной блок ЭВМ, в котором происходит обработка данных и вычисления результатов.Представляет собой несколько системных блоков в отдельной комнате, где поддерживается постоянная температура и влажность воздуха.

      Группа системного программирования — занимается разработкой, отладкой и внедрением программного обеспечения, необходимого для функционирования вычислительной системы.Системные программы обеспечивают взаимодействие программ с оборудованием, то есть программно-аппаратный интерфейс вычислительной системы.

      Группа прикладного программирования — занимается созданием программ для выполнения конкретных действий с данными, то есть обеспечение пользовательского интерфейса вычислительной системы.

      Группа подготовки данных — занимается подготовкой данных, которые будут обработаны на прикладных программах, созданных прикладными программистами.В частности, это набор текста, сканирование изображений, заполнение баз данных.

      Группа технического обеспечения — занимается техническим обслуживанием всей вычислительной системы, ремонтом и отладкой аппаратуры, подсоединением новых устройств.

      Группа информационного обеспечения — обеспечивает технической информацией все подразделения вычислительного центра, создает и сохраняет архивы разработанных программ (библиотеки программ) и накопленных данных (банки данных).

      Отдел выдачи данных — получает данные от центрального процессора и превращает их в форму, удобную для заказчика (распечатка).

      Большим ЭВМ присуща высокая стоимость оборудования и обслуживания, поэтому работа организована в непрерывный цикл.

      мини ЭВМ

      Мини ЭВМ подобная больших ЭВМ, но меньших размеров. Используют в крупных предприятиях, научных учреждениях и учреждениях. Часто используют для управления производственными процессами. Характеризуются мультипроцессорной архитектурой, подключением до 200 терминалов, дисковыми запоминающими устройствами, наращиваются до сотен гигабайт, разветвленной периферией. Для организации работы по миниЭВМ, нужен вычислительный центр, но меньше для больших ЭВМ.

      МикроЭВМ

      МикроЭВМ доступны многим учреждениям.Для обслуживания достаточно вычислительной лаборатории в составе нескольких человек, с наличием прикладных программистов. Необходимы системные программы покупаются вместе с микроЭВМ, разработку прикладных программ заказывают в больших вычислительных центрах или специализированных организациях.

      Программисты вычислительной лаборатории занимаются воплощением приобретенного или заказанного программного обеспечения, выполняют его настройки и согласовывают его работу с другими программами и устройствами компьютера. Могут вносить изменения в отдельные фрагменты программного и системного обеспечения.

      Персональные компьютеры

      Бурное развитие получили в последние 20 лет. Персональный компьютер (ПК) предназначен для обслуживания одного рабочего места и способен удовлетворить потребности малых предприятий и

      отдельных лиц. С появлением Интернета популярность выросла значительно выше, поскольку с помощью персонального компьютера можно пользоваться научной, справочной, учебной и развлекательной информацией.

      Персональные компьютеры условно можно разделить на профессиональные и бытовые. С 1999 года введен международный сертификационный стандарт — спецификация РС99:

    • массовый персональный компьютер (Consumer PC)
    • деловой персональный компьютер (Office PC)
    • портативный персональный компьютер (Mobile PC)
    • рабочая станция (WorkStation)
    • развлекательный персональный компьютер (Entertaiment PC)

image

Большинство персональных компьютеров на рынке подпадают в категорию массовых ПК. Деловые ПК — имеют минимум средств воспроизведения графики и звука. Портативные ПК отличаются наличием средств соединения удаленного доступа (компьютерная связь). Рабочие станции — увеличенные требования к устройствам хранения данных. Развлекательные ПК — основной акцент к средствам

воспроизведения графики и звука.

Настольные персональные компьютеры привлекательны тем, что подобны конструктору. Все устройства являются отдельными модулями, которые легко собираются и заменяются. Но такие компьютеры имеют стационарно стоять в определенном месте.

В портативных компьютерах все основные устройства содержатся в одном корпусе, как правило, устройства имеют небольшой вес и достаточно удобными для современных условий.

Классификация портативных компьютеров

  • Ноутбуки.
  • Нетбуки.
  • Субноутбуки.
  • Планшетные персональные компьютеры.
  • Интернет планшеты iPad.
  • Карманные Персональные Компьютеры.
  • Смартфоны.
  • Мультимедийные смартфоны iPhone.
  • Устройства для чтения электронных книг e-Book.

Ноутбук (NoteBook)

image

Ноутбук — это портативный персональный компьютер, в корпусе которого содержатся базовые компоненты компьютера, дисплей, клавиатура, сенсорная панель — тачпад (TouchPad), а также аккумуляторные батареи.Ноутбук может питаться как от собственных аккумуляторов и от адаптера сети.

Ноутбуки отличаются небольшими размерами и весом, время автономной работы ноутбуков колеблется в пределах от 1 до 6-8 часов.

Он выполняет все функции обычного стационарного компьютера, но имеет важное преимущество: ноутбук — это переносной компьютер, который можно всегда носить с собой и использовать в любом месте.

Нетбук (NetBook)

image

Нетбук — это небольшой ноутбук, предназначенный для выхода в Интернет и работы с офисными программами.Отличается компактными размерами, небольшим весом, низким энергопотреблением и относительно невысокой стоимостью.

С помощью нетбука можно просматривать Интернет страницы и электронную почту, вести блоги, читать электронные книги.

Нетбук — не мощным компьютером. На нем невозможно работать с программами, обрабатывать фотографии, а тем более просматривать видеофильмы. Объема оперативной памяти и мощности процессора для этих задач не хватит. Для ежедневной и постоянной работы нетбук является слабым. Он будет в случае как дополнительный компьютер, который можно брать с собой в дорогу.

Субноутбук (Subnotebook)

image

Субноутбук — это ультра портативный компьютер, гибрид ноутбука и нетбука, имеет маленький размер, вес и большинство характерных черт обычного ноутбука.

Он достаточно производительный и мощный, хотя диагональ субноутбуков редко превышает 13,3 дюйма. Вес таких аппаратов колеблется в пределах от 1,5 до 2 кг, дизайн преимущественно стильный, непохожий на обычные модели ноутбуков и нетбуков. Несмотря на «карманную мощность», на такие аппараты устанавливается интегрированная видеокарта. Поиграть в современные 3D — игры вряд ли, но можно работать с офисными программами или посмотреть видеофильм в HD — формате.

Планшетный персональный компьютер (планшетник, Тablet РС)

Планшетники — это класс ноутбуков, оборудованных экраном, объединенный с планшетным устройством рукописного ввода.Экран позволяет работать при помощи стилуса или пальцев, без

image

image

использования клавиатуры и мыши, имеет тонкий корпус и привлекательный вид.

Пользователь может вводить текст, используя экранную (виртуальную) клавиатуру, обычную клавиатуру (если она есть в составе устройства) и с помощью встроенных программы распознавания рукописного текста и речи.

Типы планшетных персональных компьютеров:

Планшетники — устройства без полноценной клавиатуры.Планшетные ноутбуки часто называют

image

«Конвертируемыми» или трансформерами, благодаря возможности к трансформации: устройство может выглядеть как ноутбук, экран можно развернуть вокруг оси на 180 ° и положить на клавиатуру — ноутбук будет выглядеть как планшет. Планшетные нетбуки — это нетбуки с поворотным экраном.

UMPC — компактный вариант планшетного компьютера, предназначенный заменить КПК. Имеет определенные конструктивные отличия, а также некоторые различия в интерфейсе, поскольку устройство предназначено

специально для управления пальцами. Может иметь встроенную клавиатуру, как правило, нестандартную.

Интернет планшет

Интернет планшет (iPad) — тип компьютеров, относящихся к планшетных компьютеров. он

image

совмещает в себе лучшие качества ноутбука и смартфона. Такие портативные компьютеры обычно используются для чтения электронных книг, просмотра фотоальбомов и видеофильмов, прослушивание музыки и, конечно же, для работы в

Интернете.

на интерфейс компьютера).

Особенности Интернет планшета:

  • Низкая стоимость устройства (в пределах 400 — 900 $).
  • Сенсорный экран предназначен для работы при помощи пальцев.
  • Легкий и удобный пользовательский интерфейс (больше похож на интерфейс смартфона, чем
    • Развитые средства беспроводной Интернет соединение для быстрого просмотра web-страниц.
    • Длительное время автономной работы (которым раньше могли похвастаться только мобильные телефоны).

      Карманный персональный компьютер (КПК, наладонник, PalmTop)

      КПК — собирательное название класса портативных электронных вычислительных устройств, изначально декларировались как электронные органайзеры. Для обозначения всего класса устройств в английском языке используется словосочетание PDA (Personal Digital Assistant), что переводится как «личный цифровой секретарь».

      image

      КПК оборудован процессором, платами расширения, звуковой системой и flash- памятью, которая, в отличие от винчестера, занимает меньше физического места.

      Дисплей КПК реагирует на прикосновение специальной палочки стилуса.

      Основные функции КПК:

      • Офисные программы. Для ввода доступна экранная клавиатура, рукописный ввод и полноценная выдвижная клавиатура.
      • Выход в Интернет. Подключиться можно через мобильный телефон (Bluetooth / IRDA) или беспроводную сеть Wi-Fi.
  • Организация расписания текущих дел и дневник. Компьютер может автоматически напоминать о пунктах расписаний.
  • Звуковой проигрыватель, диктофон, фотоаппарат, видеокамера.
  • Просмотр изображений, видеороликов, фильмов, наличие графического редактора.
  • Дистанционное управление. Вся бытовая техника, имеющая инфракрасный порт, поддается управлению с помощью специализированных программ.
  • Чтение карты местности. Особенно эффективными КПК будут при наличии модуля GPS (глобальная система позиционирования) и специальных программ для планирования маршрутов.image

    Смартфон (Smartphone)

    Смартфон (умный телефон) — это мобильный телефон с расширенной функциональностью, в некоторых моделях функциональность является приближенной к КПК. В связи с тем, что некоторые смартфоны очень удачно совмещают в себе функциональность мобильного телефона и КПК, для обозначения подобных устройств часто используется термин «коммуникатор».

    image

    Мультимедийный смартфон (iPhone)

    iPhone — мультимедийные смартфоны, разработанные корпорацией Apple.Смартфоны совмещают в себе функциональность плеера iPod, коммуникатора и интернет планшета.

    Устройство для чтения электронных книг (E-book reader)

    image

    Е-Book device — общее название для целой группы узкоспециализированных компактных устройств, предназначенных для отображения текстовой и графической информации (в форматах html, txt,pdf и т.д.).

    Основным отличием E-book от КПК, планшетников, ноутбуков или нетбуков является ограниченная функциональность, что позволяет существенно увеличить рабочее время использования.

    Номенклатура видов ЭВМ

    Номенклатура видов ЭВМ на сегодня огромное машины различаются по назначению, мощности, размерам, элементной базой, устойчивостью к воздействию неблагоприятных условий и т.д .. Поэтому класификуютья ЭВМ по различным признакам. При выборе компьютерной техники для решения экономических и деловых задач важнейшими являются производительность и габаритные характеристики (размеры, масса). Принятую сегодня классификацию ЭВМ по массогабаритным данным приведены в таблице 1.2.

    Таблица 1.2 — Классификация ЭВМ по габаритным данным

    класс ЭВМ

    Основное назначение

    Основные технические данные

    Супер-ЭВМ

    Сложные научные расчеты

    Интегральная быстродействие до десятков миллиардов операций в секунду количество параллельно работающих процессоров до 100

    Большие ЭВМ (мэйнфреймы)

    Обработка больших объемов информации в банках, на крупных предприятиях

    Мультипроцессорная архитектура; подключение до 200 рабочих мест

    супермини ЭВМ

    Системы управления предприятиями; багатопультови вычислительные системы

    Мультипроцессорная архитектура, подключение к 200терминалив; дисковые запоминающие устройства, наращиваются до десятков гигабайт

    Мини-ЭВМ

    Системы управления предприятиями среднего размера; багатопультови вычислительные системы

    Однопроцессорная архитектура, разветвленная периферия

    рабочие станции

    САПР, системы автоматизации экспериментов

    Одно- двухпроцессорная архитектура, высокое быстродействие процессора, сплошь также графическая подсистема; специализированная периферия

    Микро-ЭВМ

    Индивидуальное обслуживание пользователя; работа локальных автоматизированных системах управления

    Однопроцессорная архитектура, гибкость конфигурации, возможность пидулючення различных внешних устройств

    Ум4 ОСНОВНАЯ ПАМЯТЬ

    Основы компьютерной организации: память.

    Несколько лет назад единственным типом памяти были отдельные микросхемы, которые были несколько типов, различались размером и скоростью. Но увеличение скоростей процессоров за последние несколько лет поставил разработчиков перед сложной проблемой: быстродействие памяти. Сложно повысить скорость процессора, но еще сложнее создать недорогую быструю память.

    Иерархическая структура памяти

    Иерархическая структура памяти является традиционным решением проблемы сохранения большого количества данных. Она изображена на рис. 1.6 На самом верху находятся регистры процессора. Доступ к регистрам осуществляется скорее всего. Далее идет кэш-память, объем которой сейчас составляет от 32 Кбайт до нескольких мегабайт. Затем идет основная память, в настоящее время может иметь от 16 Мбайт до десятков гигабайт. Далее идут магнитные диски и, наконец, накопители на магнитной ленте и оптические диски, используемые для сохранения архивной информации.

    регистры

    кэш память

    Основная память

    магнитный диск

    магнитная память

    оптическая память

    Рисунок 1.6 — Пятиуровневая организация памяти

    По мере продвижения по структуре сверху вниз растут три параметра.

    Во-первых, увеличивается время доступа. Доступ к регистрам занимает несколько наносекунд, доступ к кэш-памяти — немного больше, доступ к основной памяти — несколько десятков наносекунд. Далее идет большой разрыв: доступ к дискам занимает менее 10 мкс, а время доступа к магнитных лент и оптических дисков вообще может измеряться в секундах (поскольку эти накопители информации еще нужно взять и поместить в соответствующее устройство).

    Во-вторых, увеличивается объем памяти. Регистры могут содержать в лучшем случае 128 байтов, кэш-память — несколько мегабайт, основная память — десятки тысяч мегабайт, магнитные диски — от нескольких гигабайт до нескольких десятков гигабайт. Магнитные ленты и оптические диски хранятся автономно от компьютера, поэтому их объем ограничивается только финансовыми возможностями владельца.

    В-третьих, увеличивается количество битов, можно получить за 1 доллар. Стоимость объема основной памяти измеряется в долларах за мегабайт, объем магнитных дисков — в пенни за мегабайт, а объем магнитной ленты — в долларах за гигабайт или еще дешевле.

    Общие сведения о памяти

    Память является конвейером, поставляет данные процессору и принимает их от него. «Обычная память», которая называется оперативной, или памятью со свободным доступом (Random Access Memory — RAM),должна поддерживать операции чтения и записи. В современных компьютерах используется оперативная память двух типов.

    — Динамическая оперативная память (Dynamic RAM — DRAM). В данные могут храниться лишь незначительную долю секунды, после чего они будут потеряны. Чтобы данные не пропадали, система должна постоянно обновлять содержание динамической памяти, из-за чего снижается производительность и максимально возможная скорость системы. Обращение к данным в типовой микросхеме динамической памяти занимает обычно 60 нс.

    — статическая оперативная память (Static RAM — SRAM). Данные в этой памяти могут храниться сколько угодно, пока на микросхему подается питание. Это самый быстрый из существующих видов памяти.

    В персональных компьютерах применяется многоуровневая архитектура памяти, благодаря которой используются преимущества обоих видов памяти.

    Оперативная память

    Большую часть памяти компьютера составляет оперативная память, реализованная на микросхемах DRAM. Ее объем обычно составляет от 32 до 256 Мбайт и больше, но она слишком медленная и не может отвечать требованиям современных процессоров. В оперативной памяти хранятся программы и данные, необходимые процессору. Оперативная память функционирует как буфер между процессором и диском.

    Кэш-память

    Небольшой объем быстрой памяти SRAM, что является буфером между процессором и оперативной памятью, называется кэш-памятью.

    В современных компьютерах обязательно имеется хотя бы один уровень кэш-памяти, чаще всего их два, а иногда бывает и три.

    Основная кэш-память

    Основной кэш, так называемый кэш первого уровня (Level 1 или L1 cache) обычно имеет объем от 16 до 128 Кбайт. Это очень быстрая память, расположенная в микросхеме процессора. Объем и эффективность кэша L1 являются важнейшими факторами, определяющими производительность процессора. Количество и тип кэш-памяти L1 зависят от процессора, установленного в системе, и ее характеристики не мона изменить, не поменяв процессор.

    Вторичная кэш-память

    Объем кэша L1 недостаточно большой, чтобы устранить разницу в скорости между процессором и основной памятью. Вторичный кэш, так называемый кэш второго уровня (Level 2 или L2 cache), устраняет этот разрыв благодаря его средней стоимости и средней производительности. В системах класса Pentium он располагается отдельно (на материнской плате), а в более современных компьютерах — интегрируется в процессор. Объем кэша, установленного на материнской плате, можно увеличить, добавив новые микросхемы, тогда как интегрированный кэш (в системах Celeron, Pentium II в / и II / 4, AMD K6-III / Athlon / Duron) модернизации не подлежит.

    В зависимости от типа внешнего кэша второго уровня, установленного на материнских платах для процессоров Pentium, модернизация его может осуществляться следующим образом.

    А) Отдельные микросхемы SRAM. На старых материнских платах часто можно найти отдельные микросхемы SRAM, которые могут или вставляться в разъемы, или просто припаиваться к плате. Если на плате еще имеются свободные разъемы, то можно увеличить объем кэша, установив микросхемы SRAM и TAG необходимого количества, типа и скорости. Микросхемы TAG RAM — это специальные чипы в подсистеме кэша второго уровня, кеширують адреса (а не данные, хранящиеся в микросхемах SRAM). Объем памяти TAG RAM определяет количество кешируемих адресов, то есть максимальный объем кешируемои памяти. Объем хранения данных (микросхем SRAM) определяет максимальное количество данных, которые могут быть размещены в кэш-памяти одновременно. Большой объем хранилища означает, что у процессора есть больше шансов найти нужную ему информацию в кэше (это называется попаданием в кэш — cache hit).Теоретически объемы TAG-памяти и хранилища данных (SRAM) не зависят друг от друга. На практике большинство чипсетов требуют выполнения определенных соотношений между их объемами.

    Б) Cache on a Stick (COASt).Поздние системы пятого поколения используют модули COASt или CELP (Card-Edge Low Profile).Эти модули встановлюются в разъем, напоминает слот PCI. Модули COASt бывают разных типов и скоростей.

    С) Пакетная память SRAM высокой плотности.Используется самыми последними моделями материнских плат Super Socket 7 и не подлежит модернизации. На некоторых материнских платах могут иметься свободные разъемы для этой памяти. В таком случае можно увеличить объем кэша, установив в эти разъемы микросхемы памяти, соответствующие требованиям, приведенным в документации на материнскую плату.

    На большинстве материнских плат класса Pentium имеется 256 или 512 Кбайт кэш-памяти L2, однако в дешевых системах ее может не быть вовсе. Повысить производительность таких систем можно путем установки на них 256 Кбайт кэш-памяти второго уровня, хотя прирост производительности будет не слишком существенным. Модернизация таких старых систем обычно бывает нерациональным мероприятием, потому что лучше заменить платы процессора и памяти современными моделями.

    Кэш-память

    Процессоры всегда работали быстрее, чем память. Процессоры и память совершенствовались параллельно, так это несоответствие сохранялась. Поскольку на микросхему можно помещать все больше и больше транзисторов, разработчики процессоров использовали эти преимущества для создания конвейеров и суперскалярного архитектуры, еще больше повышало скорость работы процессоров. Разработчики памяти обычно использовали новые технологии для увеличения емкости, а не скорости, еще больше увеличивало проблему. На практике такое несоответствие в скорости работы приводит к следующему: после того как процессор запрашивает памяти, должно пройти много циклов, прежде чем он получит слово, что ему нужно. Чем медленнее работает память, тем дольше процессору приходится ждать, и тем больше циклов должно пройти.

    Есть два пути решения этой проблемы. Самый простой из них — начать считывать информацию из памяти, когда это необходимо, и при этом продолжать выполнение команд, но если какая-либо команда попытается использовать слово до того, как оно загрузилось из памяти, процессор должен прекращать работу. Чем медленнее работает память, тем чаще будет возникать такая проблема и тем больше будет проблем в работе. Например, если отсрочка составляет 10 циклов, весьма вероятно, что одна из 10 следующих команд попытается использовать слово, еще не взято из памяти.

    Другое решение проблемы — сконструировать машину, не прекращает работу, но следит, чтобы программы-компиляторы не использовались слова до того, как они загрузятся из памяти. Однако это не так просто осуществить на практике. Часто при выполнении команды загрузки машина не может выполнять другие действия, поэтому компилятор вынужден вставлять пустые команды, не делают никаких операций, но при этом занимают место в памяти. В действительности при таком подходе простаивает НЕ аппаратное, а программное обеспечение, но снижение производительности при этом такое же.

    На самом деле эта проблема не технологическая, а экономическая. Инженеры знают, как построить память, будет работать очень быстро, но при этом ее приходится помещать прямо на микросхему процессора (поскольку информация через шину поступает очень медленно). Установка большой памяти на микросхему процессора делает его большим и, следовательно, дороже, и даже если бы стоимость не имела значения, существуют ограничения в размерах процессора, который можно сконструировать. Таким образом, необходимо выбирать между быстрой памятью небольшого размера и медленной памятью большого размера.

    Интересно отметить, что существуют технологии сообщения маленькой и быстрой памяти с большой и медленной, что позволяет получить и высокую скорость работы, и большую емкость по разумной цене. Маленькая память с высокой скоростью работы называется кэш-памятью.

    Основная идея кэш-памяти проста: в ней находятся слова, чаще всего используются. Если процессору нужно какое-нибудь слово, сначала он обращается к кэш-памяти. Только в том случае, если слова там нет, он обращается к основной памяти. Если значительная часть слов находится в кэш-памяти, среднее время доступа значительно сокращается.

    Таким образом, успех или неудача зависит от того, какая часть слов находится в кэш-памяти. Давно известно, что программы не обращаются к памяти наугад. Если программе нужен доступ к адресу А, то скорее всего после этого ей понадобится доступ к адресу, расположенной поблизости от А. Практически все команды обычной программы (за исключением команд перехода и вызова процедур) вызываются из последовательных участков памяти. Кроме того, большую часть времени программа тратит на циклы, когда ограниченный набор команд выполняется снова и снова. Точно так же при манипулировании матрицами программа скорее всего будет обращаться много раз в одной и той же матрицы, прежде чем перейдет к чему-либо другому.

    То, что при последовательных отсылках к памяти в течение некоторого промежутка времени используется только небольшая ее участок, называется принципом локальности.Этот принцип составляет основу всех систем кэш-памяти.

    Идея заключается в следующем: когда определенное слово вызывается из памяти, оно вместе с соседними словами переносится в кэш-память, позволяющая при очередном запросе быстро обращаться к следующим слов. Общее устройство процессора, кэш-памяти и основной памяти показано на рис. 1.7.

    Кэш-память по логике вещей должна находиться между процессором и ocнoвною памятью. В действительности существует три возможных варианта расположения кэш-памяти.

    центральный процессор

    центральный процессор

    Основная память

    image

    Кэш-память

    шина

    Рисунок 1.7 — Общая схема взаимосвязи между процессором, памятью и кэшем

    Если слово считывается или записывается k раз, компьютеру понадобится сделать 1 обращение к медленной основной памяти и k-1 обращений к быстрой кэш-памяти. Чем больше k, тем выше общая производительность.

    Пусть с — время доступа к памяти, m — время доступа к основной памяти и h — коэффициент пение паданий, который показывает соотношение числа ссылок в кэш-памяти и общего числа ссылок. В нашем примере h = (kl) / k. Таким образом, можно вычислить среднее время доступа:

    среднее время доступа = c + (lh) m.

    Если h → 1 все обращения осуществляются только в кэш-памяти, то время доступа приближается к с. С другой стороны, если h → 0, то каждый раз нужно обращаться к основной памяти, тогда время доступа приближается к с + т: сначала нужно время с для проверки кэш-памяти (в данном случае безуспешной), а затем время m для обращения к основной памяти. В некоторых системах обращения к основной памяти может начинаться параллельно с исследованием кэш-памяти, чтобы в случае неудачного поиска цикл обращения к основной памяти уже начался. Однако эта стратегия требует способности останавливать процесс обращения к основной памяти в случае результативного обращение к кэш-памяти, что делает разработку такого компьютера более сложной.

    Основная память и кэш-память делятся на блоки фиксированного размера с учетом принципа локальности. Блоки внутри кэш-памяти обычно называют строками кэш-памяти (cache lines).Если обращение к кэш-памяти не результативное, то из основной памяти в кэш-память загружается вся строка, а не только необходимое слово. Например, если строка состоит из 64 байтов, обращение к адресу 260 повлечет загрузки в кэш-память всего строки, то есть с 256-го по 319-й. Возможно, через некоторое время понадобятся другие слова из этой строки. Taкий путь обращения к памяти более эффективен, чем вызов каждого слова отдельно, потому что вызвать k слов 1 раз можно гораздо быстрее, чем 1 слово k раз. Если входящие сообщения кэш-памяти содержат более одного слова, это значит что будет меньше таких входящих сообщений и, следовательно, меньше непроизводственных расходов.

    Разработка кэш-памяти очень важна для процессоров с высокой производительностью. Первый вопрос — размер кэш-памяти. Чем больше размер, тем лучше работает память, но тем дороже она стоит. Второй вопрос — размер строки памяти. Кэш-память объемом 16 Кбайт можно разделить на 1К строк по 16 байт, 2К строк по 8 байтов и т.д. Третий вопрос — как построена кэш-память, то есть она определяет, какие именно слова содержатся в ней в данный момент.

    Четвертый вопрос — должны ли команды и данные находятся вместе в общей кэш-памяти. Проще разработать смежную кэш-память, в которой хранятся и данные, и команды. При этом вызов команд и данных автоматически уравновешивается. Однако в настоящее время существует тенденция к использованию разделенной кэш-памяти, когда команды сохраняются в одной кэш-памяти, а данные — в другой.

    Такая структура также называется Гарвардской (Harvard Architecture), поскольку идея использования отдельной памяти для команд и отдельной памяти для данных впервые воплотилась в компьютере Магу III, который был создан Говардом Айкен в Гарварде. Современные разработчики пошли по этому пути, поскольку сейчас широко используются процессоры с конвейерами, а при такой организации должна быть возможность одновременного доступа и к командам, и к данным (операндов). Разделена кэш-память позволяет осуществлять параллельный доступ, а общая — нет. К тому же, поскольку команды обычно не меняются

    во время выполнения, содержание командной кэш-памяти никогда не приходится записывать обратно в основную память.

    Методы обращения к памяти

    Асинхронная память DRAM использовалась во всех компьютерах до конца 90-х.Доступ к такой памяти может осуществляться только в пределах окна фиксированной минимальной продолжительности. Если процессор уже передал данные в пределах окна, то ему придется ждать следующего окна для передачи следующей порции данных, из-за чего несколько тактов процессора могут быть утеряны. Работа в асинхронном режиме заставляет процессор соблюдать фиксированного расписания при передаче данных.

    Все виды асинхронной памяти на данный момент устарели. Хотя она все еще встречается в некоторых системах. (В конце 2001 года микросхемы SDRAM DIMM продавались по цене 15 центов за Мбайт, тогда как асинхронная память стоила от 1,5 до 12 долларов за Мбайт в зависимости от ее объема и типа).

    На сегодняшний день доступны следующие типы асинхронной памяти.

    а) Fast Page Mode — FPM DRAM (динамическая память с быстрым страничным доступом).Такие микросхемы широко использовались в 486-х и более старых системах. Их можно устанавливать на первые модели Pentium. FPM не поддерживает современными чипсетами. Хотя микросхему FPM DRAM можно перенести из старой системы Socket 5 или Socket 7 на новую Socket 7, другое применение этой памяти придумать сложно.

    б) Extended Data Out — EDO DRAM (динамическая память с продленным выдачей данных).Память EDO иногда называют Hyper Page Mode DRAM, она работает немного быстрее, чем FPM. Ее можно найти в различных форм-факторах и она широко использовалась в новых системах до конца 1998 года. EDO DRAM стоит сейчас так дорого, что часто бывает выгодно заменить имеющуюся плату, процессор и память на современные, вместо того чтобы покупать память EDO. Несмотря на это, существует и разумный подход к модернизации системы с памятью EDO. На многие компьютеров с этой памятью можно устанавливать и микросхемы SDRAM DIMM, что быстрее, дешевле и доступнее. Необходимо только заменить память EDO на РС133 SDRAM DIMM.

    в) Burst Extended Data Out — BEDO DRAM (динамическая память с продленным пакетной выдачей данных).Немного быстрее, чем EDO, но уступает формата SDRAM. Поэтому память BEDO не получила широкого распространения.

    г) Синхронная память DRAM (SDRAM) использует тот же генератор тактовых импульсов, и процессор. Никакого окна теперь не нужно, потому что память и процессор контролируются одному внешнему источнику. Это позволяет процессору передавать данные в память и считывать их оттуда в любой такт, а не ждать прихода очередного окна. Синхронная память DRAM выпускается в следующих вариантах:

    • JEDEC SDRAM — «обычная» память SDRAM. Иногда ее называют РС66 SDRAM, чтобы отличать от РС100 и РС133.Микросхемы РС66, снятые со старой системы, могут использоваться в любом другом, что также работает на тактовой частоте внешней шины 66 МГц, включая системы с процессорами Celeron и Pentium II старых моделей.

    • С100 SDRAM — память, соответствует спецификации Intel PC 100 и может функционировать на номинальной частоте внешней шины 100 МГц.Как и РС66, PC 100 SDRAM на данный момент устарела.

    • РС133 SDRAM — память, соответствует спецификации Intel PC 133 и способна функционировать на номинальной частоте внешней шины 133 МГц.Этот тип памяти работает без проблем практически во всех системах с тактовыми частотами внешней шины 66, 100 и 133 МГц и зачастую является оптимальным вариантом при покупке памяти SDRAM. РС133 выпускается в двух вариантах, отличающихся задержкой CAS. CAS-3 PC 133 SDRAM распространена шире. CAS-2 PC 133 SDRAM имеет меньшую задержку и поэтому чуть быстрее работает на материнской плате, которая способна воспользоваться этим преимуществом.

      В июне 2002 года память РС133 SDRAM чаще всех других видов устанавливалась в дешевые системы. Однако в других сегментах рынка ее уже вытеснила память DDR-SDRAM.

      Double Data Rate — DDR-SDRAM. В соответствии с названием имеет удвоенную скорость передачи данных в одном такте.Пропускная способность памяти повышается вдвое. Появление DDR-SDRAM было естественным результатом развития обычного стандарта SDRAM, теперь иногда называют Single Data Rate SDRAM или SDR-SDRAM, чтобы избежать путаницы. Микросхемы DDR-SDRAM DIMM именуются в соответствии с их реальной пропускной способности. Например, микросхемы, работающие на 100 МГц, благодаря двойному накачке считаются работающими на эффективной частоте 200 МГц и поэтому именуются РС200. Аналогично, микросхемы, предназначенные для частоты системной шины 133 МГц, называются РС266, и наконец, с 166 МГц выходят чипы РСЗЗЗ.

      В отличие от чипов SDR-SDRAM DIMM, названия которых соответствуют тактовым частотам, чипы DDR- SDRAM DIMM обозначаются их пропускной способностью. Ширина шины данных — 64 бит (8 байт). Таким образом, чип РС200 DDR-SDRAM DIMM передает 8 байт 200 000 000 раз в секунду, что дает итоговую пропускную способность 1600 млн байт / с. Модуль с такими чипами будет называться РС1600 DIMM. Модули DDR-SDRAM с чипами РС266 называются РС2100, а модули с чипами РСЗЗЗ — РС2700. DDR-SDRAM сейчас является основной технологией производства памяти для массового рынка компьютерных систем. Все стандартные современные процессоры и чипсеты Intel и AMD поддерживают DDR-SDRAM.

      Исходя из того, что если вдвое быстрее — это хорошо, то в четыре раза быстрее должно быть еще лучше, Kentron и VIA Technologies разрабатывают память с пропускной способностью в четыре раза больше Quad Band Memory (QBM), который иногда называют Quad Data Rate SDRAM ( QDR-SDRAM).

      Подробнее о различных типах SDRAM можно прочитать в спецификациях Intel PC SDRAM Specifications на странице http://developer.intel.com/technology/ memory / pcsdrarn / spec / index.htrn.

      Перечисленные выше типы памяти DRAM взаимодействуют с системой через шины адресов, управление и данных, в каждой из которых имеется множество составляющих линий. Необходимость управления этими широкими параллельными шинами ограничивает производительность.

      Протокольные типа DRAM используют узкие, но очень быстрые каналы с протоколами, регламентирующих передачу адреса, который руководит командами и данными.Существует два стандарта протокольных DRAM.

    • Rambus RDRAM. Существует три основных вида памяти Rambus: базовый {Base), параллельный (Concuirent) и прямой (Direct) Rambus. Первые два сейчас выходят по применению и используются только в устройствах типа игровых приставок. В персональных компьютерах используется только память с прямым доступом Direct Rambus. Стандарт Rambus RDRAM был разработан совместно фирмами Intel и Rambus. Память RDRAM может работать с частотами внешней шины 100 и 133 МГц. На данный момент существует три ее вида: РС600, РС700 и РС800. Как и в случае с DDR- SDRAM, модули RDRAM именуются в соответствии с пропускной способности. Однако в системах именования присутствуют некоторые различия. RDRAM передает данные по 16 или 18 бит параллельно (в отличие от SDRAM с 64-разрядной шиной), причем в любом случае передаются 2 байта данных. Таким образом, РС600 обеспечивает пиковую пропускную способность 1200 млн байт / с, РС700 — 1400 млн байт / с и РС800 — 1600 млн байт / с.

      Следовательно, производительность модулей РС800 RDRAM и РС1600 DDR-SDRAM оказывается одинаковой. На самом деле это верно, если рассматривать только пиковую пропускную способность. В реальности RDRAM обеспечивает более высокую среднюю пропускную способность, так как этот тип памяти более эффективен, чем SDRAM, в большинстве типичных приложений. Эффективность SDRAM лежит между 40 и 70%, тогда как эффективность RDRAM составляет около 80%. Средняя пропускная способность РС800 RDRAM может быть порядка 1280 млн байт / с, тогда как РС1600 DDR-SDRAM выдает гораздо меньше, и даже РС2100 не может сравниться по средней пропускной способности с РС800 RDRAM.

      С этой точки зрения может показаться, что RDRAM — это лучший выбор, но по нескольким причинам данное утверждение жидкое оказывается верным.

      Во-первых, большинство приложений оказываются неспособны реализовать выигрыш в пропускной способности, что дает RDRAM. Хотя современные процессоры типа Pentium 4 теоретически способны использовать очень широкую полосу пропускания памяти, на практике лишь некоторые приложения требуют столь значительную пропускную способность, которую не могут обеспечить модули PC 1600, не говоря уже о РС2100 DDR- SDRAM. Во-вторых, RDRAM обычно стоит значительно дороже, чем DDR-SDRAM (хотя в июне 2002 года RDRAM и DDR-SDRAM стоили примерно одинаково). В-третьих, пропускная способность — лишь один из параметров производительности микросхем памяти. Задержка, то есть величина интервала времени между отправкой запроса и началом приема ответа, не менее важна, чем пропускная способность. Несмотря на то, что фирма Rambus утверждает обратное, реальные микросхемы RDRAM имеют достаточно большую задержку. Что еще хуже, эта задержка возрастает. Задержка чипов DDR-SDRAM обусловлена ​​свойствами самих чипов и не зависит от количества модулей DIMM, установленных в системе. Установка дополнительных модулей RDRAM приводит к линейному росту задержки.

    • Synchronous Link DRAM (SLDRAM). Этот стандарт является открыто, не принадлежащим никаким фирмам и основан на использовании протокола стандарт памяти SDRAM. SLDRAM зачахла, не успев приобрести распространения. Это умирающий стандарт, не получил поддержки производителей чипсетов и микросхем памяти. Сайт SLDRAM (http://www.sldram.com) все еще существует, но сама технология уже умерла.

      модули памяти

      Со времен появления полупроводниковой памяти и до начала 90-х годов все микросхемы памяти производились, продавались и устанавливались па плату компьютера отдельно. Эти микросхемы вмещали от 1 Кбит до 1Мбит информации и выше. В первых персональных компьютерах часто оставлялись пустые разъемы, чтобы покупатель в случае необходимости мог вставить дополнительные микросхемы.

      В настоящее время распространен другой подход. Группа микросхем (обычно 8 или 16) монтируется на одну маленькую печатную плату и продается как один блок.

      Он называется SIMM (Single Inline Memory Module) — модуль памяти, имеет выводы с одной стороны или DIMM (Dual Inline Memory Module) — модуль памяти, у которого выводы расположены с двух сторон.

      Существуют различные виды модулей памяти, отличающихся друг от друга внешним видом и способом подключения. Перечислим только основные виды в хронологическом порядке.

    • Dual Inline Pin Package (DIP). Это прямоугольная микросхема с двумя рядами ножек с каждой стороны. Форм-фактор DIP наиболее широко использовался в системах до 386-х. Микросхемы DIP изготавливались двух типов: Page Mode и Fast Page Mode, и оба типа давно уже устарели.Форм-фактор DIP использовался для кэш-памяти второго уровня на большинстве 486-х и некоторых материнских платах класса Pentium.

    • Single Inline Pin Package (SIPP). В этом варианте микросхема DIP возвращается в сторону и все ножки вытягиваются вдоль с одной стороны параллельно плоскости микросхемы. Этот форм-фактор должен был позволить устанавливать память более плотно. Использовался он на некоторых системах 386SX, но широкого распространения так и не получил. Оба варианта (Page Mode и Fast Page Mode) давно уже устарели.

    • Single Inline Memory Module (SIMM). В этом форм-факторе отдельные чипы DRAM форм-фактора DIP содержатся на общей печатной плате с краевым контактом вставляется в разъемы на материнской плате. Модули SIMM для массового рынка производились в двух вариантах:

    • 30-контактные (30-pin). Эти микросхемы использовались на отдельных 286-х, большинства 386-х и некоторых 486-х систем и существовали в двух видах: Page Mode и Fast Page Mode. Хотя их все еще можно купить, 30-контактные модули SIMM уже устарели;

    • 72-контактные (72-pin). Эти модули использовались в некоторых 386-х, большинства 486-х и практически во всех системах класса Pentium, изготовленных до появления DIMM. 72-контактные модули SIMM существовали в трех формах: Fast Page Mode, EDO и BEDO.

    • Dual Inline Memory Module (DIMM). Это двусторонние модули, имеющие контакты по обеим сторонам печатной платы. В модулей SDR-SDRAM имеется 168-конактив, но бывают они и со 100, и с 144 контактами. DDR-SDRAM выпускается в 184-контактных модулях, физически аналогичные 168- контактным SDR-SDRAM, но имеют большое количество контактов и специальный ключ, который не дает возможности перепутать эти типы модулей. Модули DIMM бывают трех типов: SDR-SDRAM, DDR- SDRAM и EDO.

    • Small Outline DIMM (SODIMM). Специальный форм-фактор, используемый в портативных компьютерах и некоторых графических адаптерах.

    • RIMM. Модуль памяти Rambus RDRAM. RIMM — это скорее фирменное название, чем аббревиатура.Модули RIMM физически аналогичны стандартным модулям SDRAM DIMM с тем исключением, что ключи в них расположены в других местах. RDRAM выпускается в 168- и 184-контактных модулях. Ранние материнские платы работали с 168-контактными модулями. На большинстве современных материнских плат, поддерживающих RDRAM, используются 184-контактные модули RIMM.

      168-контактный модуль РС133 SDRAM DIMM и 184-контактный РС2100 DDR-SDRAM DIMM по габаритным размерам одинаковые: 13,6525 см х 3,4925 см. Ширина всех модулей стандартизируется, чтобы их можно было вставлять в одинаковые разъемы. Высота модулей не стандартизируется. В системе с очень плотным размещением компонентов высокие модули могут мешать. На обоих модулях имеется по девять чипов, из чего следует, что эти модули имеют встроенную систему коррекции ошибок ЕСС. На модулях без этой системы чипов восемь.

      Главное отличие между этими модулями (кроме количества контактов) заключается в расположении выемок-ключей. На модулях SDRAM DIMM ключей используется два: один по центру и еще один ближе к краю. На модулях DDR-SDRAM DIMM такая выемка только одна (ближе к краю). Количество и расположение выемок не дают возможности вставить в гнездо модуль памяти неподходящего типа или вставить подходящий модуль в неправильном положении. Модули Rambus RIMM выглядят так же, но ключевые выемки в них расположены по-другому. На таких модулях чипы обычно прикрываются металлической пластиной рассеивающей тепло.

      Ряды и банки памяти

      Ряды (rows) — это физические группы модулей памяти, а банки (banks) — логические.Банк состоит из одного или нескольких рядов (зависит от ширины адресной шины процессора и ширины шины памяти).

    • DIP. Ширина шины 1 бит.Нужно восемь чипов на один ряд (девять, если используется проверка четности). Количество рядов на один банк зависит от процессора. Персональные компьютеры класса XT с 8-разрядной шиной памяти работают с одной строкой на банк. Двести восемьдесят шестой (16-разрядная шина) воспринимают два ряда как один банк. Триста восемьдесят шестой и четыреста восемьдесят шестой (32-разрядная шина) требуют наличия четырех рядов на один банк.

    • 30-контактные SIMM. Ширина шины 8 бит.В 286-м компьютере нужно два модуля (ряда) на банк. Триста восемьдесят шестой и четыреста восемьдесят шестом требуют четырех модулей. Pentium (64-разрядная шина) требует восьми модулей.

    • 7 Февраля-контактные SIMM. Ширина шины 32 бита. Четыреста восемьдесят шестом требуют одного модуля на банк. Pentium требует двух модулей на банк.
    • 168- и 184-контактные DIMM. Ширина шины 64 бита.Один DIMM всегда представляет собой один

      банк.

    • 168- и 184-контактные RIMM. На старых материнских платах используются 168-контактные

    RIMM. На большинстве современных плат используются 184-контактные RIMM. Хотя технически эти микросхемы используют канал связи шириной 16 или 18 бит, один модуль RIMM воспринимается чипсетом как один банк памяти. На некоторых материнских платах может быть только один канал RDRAM (например, чипсет Intel 820), что позволяет устанавливать модули RIMM по одному. Другие материнские платы, например основанные на чипсете Intel 850, предоставляют два канала RDRAM, что требует установки модулей RIMM парами, по одному на каждый канал.

    Память можно устанавливать только по одному целому банка за раз. Если устанавливается более одного банка, количество банков должна быть целым числом. 168-контактный или 184-контактный DIMM или RIMM всегда является одним банком вне зависимости от типа памяти и процессора. Один 72-контактный SIMM занимает один банк в 386-х и 486-х системах. В Pentium один банк равен двум модулям SIMM. В старых системах банки могут чередоваться для повышения производительности, требует настройки не менее двух банков за раз.

    Кроме банков нужно также учитывать ряды или устройства, особенно если устанавливается большие объемы памяти. Любой конкретный чипсет SDRAM имеет некоторое ограничение на максимальное количество рядов памяти, и это ограничение не обязательно соответствует количеству гнезд на материнской плате, использует этот чипсет. В одностороннего модуля SDRAM DIMM чипы размещаются только на одной стороне. Чипсет воспринимает его как один ряд памяти. В двустороннего модуля чипы размещаются с двух сторон, а чипсета он кажется двумя рядами памяти.

    Таким образом, если на материнской плате есть три физических гнезда для DIMM, а чипсет поддерживает только четыре ряда памяти, нельзя устанавливать микросхемы DIMM произвольного типа в любых количествах. Можно установить три односторонних модули DIMM в три гнезда, так как эти три модуля вместе содержат только три ряда памяти. Вы можете установить одной двусторонний DIMM и два односторонних, так как это даст в сумме четыре ряда памяти. Но если вы установите два двусторонних модули DIMM, то третье гнездо придется оставить пустым, потому что эти два модуля займут все четыре ряда, то есть исчерпывают возможности чипсета.

    Два других фактора могут определять максимально допустимое количество модулей SDRAM DIMM.

    • Скорость памяти. На ту же плату часто бывает можно установить меньше модулей быстрой памяти, чем медленной. Например, на плате может быть четыре гнезда, будут заполнены модулями PC 100 DIMM. Но и сама плата поддерживает только три РС133 DIMM, и тогда приходится оставлять четвёртый гнездо пустым, если в машине PC 133.

    • Небуферизовани и реестровые модули DIMM. Если модуль небуферизований (unbuffered), то контроллер памяти чипсета должен работать с каждым чипом этого модуля индивидуально.Существует ограничение сверху на количество отдельных чипов памяти, одновременно управляемых контроллером чипсета. Реестровые (registered) или, как иногда говорят, буферизированная (buffered) модули DIMM содержат дополнительный уровень схем между контроллером и чипами памяти, благодаря чему контроллер чипсета работает с меньшим количеством чипов.Реестровые модули DIMM редко встречаются в настольных компьютерах, так как стоят они дороже и работают медленнее, чем небуферизовани модули DIMM. Производительность реестровых модулей с CL2 и небуферизованих с CL3 примерно одинакова. Некоторые платы поддерживают только небуферизовани модули, другие — только реестровые, а некоторые — и те, и другие. Материнская плата,

      поддерживает оба типа модулей, может в любой конкретный момент принимать модули только одного типа.

      В системах RDRAM количество одновременно устанавливаемых чипов памяти также ограничено. Каждый модуль RIMM состоит из нескольких чипов памяти RDRAM, каждый из которых называется устройством (device) RDRAM. Конечно чипсеты поддерживают не более 32 устройств RDRAM на каждый канал. Если на модули RIMM есть 16 чипов (устройств), то можно установить два таких модуля на одном канале, и при этом все еще не превысить ограничения на их количество. Если же в такую ​​систему попробовать установить третий RIMM, то она откажется загружаться. Если же устанавливать модули с 8 чипами, то три таких модулях будет в общей сложности 24 устройств RDRAM, так что ограничения не будет превышено.

      емкость чипов

      Модули памяти состоят из отдельных чипов, отличающихся друг от друга емкостью. Емкости чипов указываются в мегабитах {Мбит, Mb), а не в мегабайтах (МБ, MB).Поскольку в каждом байте 8 бит, модуль памяти с восемью чипами имеет объем памяти в мегабайтах, равен объему памяти одного чипа в мегабитах. Например, модуль с восемью чипами по 128 Мбит может хранить 128 Мбайт данных.

      В современных модулях памяти используются чипы объемом 16, 64, 128, 256 и 512 Мбит. Модуль данной емкости может содержать меньшее количество чипов большего объема или большее количество чипов меньшего объема. Например, модуль памяти 256 Мбайт может состоять из 8 чипов по 256 Мбит или 16 чипов по 128 Мбит. Хотя объем обоих чипов будет одинаковым, 8 чипов DIMM будет односторонним, а 16-чипов — двусторонним. Лучше устанавливать односторонние чипы, а не двусторонние, так как в чипсетах ограничение на количество рядов памяти, а двусторонний чип занимает сразу два ряда.

      Однако, не стоит устанавливать модули памяти с чипами большого объема, не поддерживается определенным чипсетом. Например, чипсет Intel 815 поддерживает чипы объемом 16, 64, 128 и 256 Мбит, поэтому на материнскую плату с таким чипсетом можно установить 8-чиповый или 16-чиповый DIMM объемом 256 Мбайт. Чипсет Intel 440BX поддерживает только чипы объемом 16, 64 и 128 Мбит, поэтому на плату с этим чипсетом можно поставить только 16-чиповый DIMM объемом 256 Мбайт. Установка модулей DIMM с чипами большего объема приведет к непредсказуемым последствиям. Одна система просто откажется распознавать DIMM, другая может оказаться способной использовать только половину (а то и четверть) объема DIMM.

      Код с исправлением ошибок

      Память компьютера время от времени может делать ошибки через всплески напряжения на линии электропередачи и по другим причинам. Для борьбы с такими ошибками, используются коды с обнаружением и исправлением ошибок. При этом к каждому слову в памяти особым образом добавляются дополнительные биты. Когда слово считывается из памяти, эти биты проверяются на наличие ошибок.

      Чтобы понять, как устранить ошибки, необходимо определить, что представляют собой эти ошибки. Предположим, что слово состоит из m бит данных, к которым добавляются r дополнительных битов (контрольных разрядов). Пусть общая длина слова будет n (т.е. n = m + r). n-битную единицу, содержащую m битов данных и r контрольных разрядов, часто называют кодированным словом.

      Для любых двух кодированных слов, например 10001001 и 10110001, можно определить, сколько соответствующих битов в них различается. В данном примере таких битов три. Чтобы определить количество битов, различающихся нужно над двумя кодированными словам сделать логическую операцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и посчитать число битов со значением 1 в полученном результате.

      Число битных позиций, по которым различаются два слова, называется интервалом Хемминга.Если интервал Хэмминга для двух слов равна d, это значит, что достаточно d битовых ошибок, чтобы превратить одно слово в другое. Например, интервал Хэмминга кодированных слов 11110001 и 00110000 равен 3, так как для преобразования первого слова в другое достаточно 3 ошибок в битах.

      Память состоит из m-битных слов, и следовательно, существует 2 m вариантов сочетания битов. Кодированные слова состоят из п бит, но вследствие способа подсчета контрольных разрядов допустимые только 2 m с 2 n кодированных слов. Если в памяти оказывается недопустимо кодированное слово, компьютер знает, что произошла ошибка. При наличии алгоритма для подсчета контрольных разрядов можно составить

      полный список допустимых кодированных слов и из этого списка найти два слова, для которых интервал Хэмминга будет минимальным. Это интервал Хэмминга полного кода.

      Свойства проверки и исправления ошибок определенного кода зависят от его интервала Хемминга. Чтобы найти d ошибок в битах, необходимый код с интервалом d + 1, поскольку d ошибок не могут изменить одно допустимое кодированное слово на другое допустимое кодированное слово. Соответственно, чтобы исправить d ошибок в битах, необходимый код с интервалом 2d + l, поскольку в этом случае допустимые кодированные слова так сильно отличаются друг от друга, даже если произойдет d изменений, исходное кодированное слово будет ближе к ошибочному, чем любое другое кодированное слово, поэтому его без труда можно будет определить.

      Как простой пример кода с обнаружением ошибок рассмотрим код, в котором к данным присоединяется один бит четности. Бит четности выбирается таким образом, что число битов со значением 1 в кодированном слове четное (или нечетное). Интервал этого кода равен 2, поскольку любая ошибка в битах приводит к кодированного слова с неправильной четностью. Иными словами, достаточно двух ошибок в битах для перехода от одного допустимого кодированного слова к другому допустимого слова. Такой код может использоваться для обнаружения одиночных ошибок. Если из памяти считывается слово, содержащее неверную четность, поступает сигнал об ошибке. Программа не сможет продолжаться, но вследствие этого не будет неверным результатам.

      Как простой пример кода с исправлением ошибок рассмотрим код с четырьмя допустимыми кодированными словами:

      0000000000, 0000011111, 1111100000 и 1111111111

      Интервал этого кода равен 5. Это значит, что он может исправлять двойные ошибки. Если появляется кодированное слово 0000000111, компьютер знает, что исходное слово должно быть 0000011111 (если произошло не более двух ошибок). При наличии трех ошибок, если, например, слово 0000000000 изменилось в 0000000111, этот метод недопустим.

      Представим, что мы хотим разработать код с m битами данных и r контрольных разрядов, что позволило бы исправлять все ошибки в битах. Каждое из 2 m допустимых слов имеет n недопустимых кодированных слов, отличающиеся от допустимого одним битом. Они образуются инвертированием каждого из n бит в n-битном кодированном слове. Итак, каждый из 2 m допустимых слов требует n + 1 возможных сочетаний битов, приписываемых этому слову (n возможных ошибочных вариантов и один правильный). Поскольку общее число различных сочетаний битов равен 2 m, то (n + l) 2 m <2 n. Потому что n = m + r, следовательно, (ш + м + 1) <2 г.Эта формула дает нижний предел числа контрольных разрядов, необходимых для исправления одиночных ошибок. В табл. 1.3 показана необходимое количество контрольных разрядов для слов разного размера.

      Таблица 1.3 — Число контрольных разрядов для кода, способного исправлять одиночные ошибки

      разрядов

      слова

      8

      4

      12

      50

      16

      5

      21

      31

      32

      6

      38

      19

      64

      7

      71

      11

      128

      8

      136

      6

      256

      9

      265

      4

      512

      10

      522

      2

      разрядов

      слова

      8

      4

      12

      50

      16

      5

      21

      31

      32

      6

      38

      19

      64

      7

      71

      11

      128

      8

      136

      6

      256

      9

      265

      4

      512

      10

      522

      2

      Размер слова

      количество контрольных

      Общий размер

      На сколько процентов увеличилась длина

      Этой теоретической нижней границы можно достичь, используя метод Хемминга.

      Сколько нужно памяти

      Необходимый объем памяти зависит от операционной системы и используемых приложений, количества одновременно открытых окон, фоновых служб и процессов. Объем памяти больше влияет на производительность системы, чем тактовая частота процессора.

      Для Windows XP лучше медленный Celeron с 128 Мбайт памяти, чем быстрый Pentium 4 с 32 Мбайт. Большой размер файла подкачки не заменит оперативной памяти. Виртуальная память Windows позволяет запускать большее количество программ, чем может поместиться в физической памяти,

      благодаря тому, что неиспользуемые страницы выгружаются из оперативной памяти на диск. Когда Windows обращается к файлу подкачки, производительность резко падает.

      Чтобы определить, сколько памяти потребуется, необходимо определить одну из перечисленных ниже категорий. Если в некотором случае является попадание между категориями, нужно выбирать выше.

    • Слабая нагрузка на память. Путешествия в Интернет, работа с электронной почтой, периодическая работа с текстами и электронными таблицами, управление чековыми книжками, простые игры. Конечно открыто одно-два окна, используются программы не самых последних версий.

    • Наиболее типичная система. Упомянутые выше приложения, но теперь уже последних версий. Открыто три-пять окон, используются более требовательны приложения: восстановление и запросы к базам данных, сложные таблицы, проще и среднее программирования, типичные игры. Общий доступ к файлам и принтерам в небольшой рабочей группе или домашней сети.

    • Сильная нагрузка на память. Приложения, требовательные к памяти, такие как Photoshop, программы распознавания речи и символов, большое количество одновременно открытых окон, игры со сложной графикой типа Quake III,

    Интегрированная среда разработки (Integrated Development Environment) частое выполнение компиляции и компоновки.Общий доступ к файлам и принтерам в большой рабочей группе или на предприятии. Ограниченное использование как серверов баз данных или приложений.

    Экстремальное нагрузки.Профессиональные научные, инженерные и статистические расчеты, работа с очень большими объемами данных, использование в качестве объединенный сервер файлов, печати, приложений и баз данных.

    Минимальные требования к объему памяти в соответствии с установленной операционной системы и типа использования приведены в табл. 1.4. Эти правила выведены из опыта. Чем больше — тем лучше, так как при увеличении объема памяти более минимально необходимый растет стабильность системы. Windows 9х имеет недостаточную устойчивость для сложных задач, не говоря уже об экстремальном режиме, поэтому рекомендации не приводятся в графе «Экстремальное нагрузки».

    Таблица 1.4. — Рекомендуемый объем оперативной памяти (МБ)

    Операционная система

    Малое грузо ажен- ния

    Типов е наг рузок ния

    Силь НЕ наг рузок ния

    Экстрим минимальными грузо аження

    Windows 95

    24

    64

    128

    Windows 98 / 98SE

    32

    64

    128

    Windows ME

    64

    64

    128

    Windows NT 4 Workstation

    64

    128

    256

    384+

    Windows NT 4 Server

    96

    256

    512

    768+

    Windows 2000 Professional

    96

    192

    384

    512+

    Windows 2000 Server

    128

    256

    512

    768+

    Windows XP Home / Professional

    128

    256

    512

    1024+

    Windows XP Server

    256

    384

    768

    1024+

    Linux (рабочая станция с GUI)

    96

    128

    256

    384+

    Linux (сервер без GUI)

    64

    96

    192

    256+

    В каждой операционной системы есть своя «точка перегиба», точное положение которой зависит от типа приложений. В среднем она находится где-то между значениями, рекомендуемые для типичного и сильной нагрузки. Увеличение памяти до точки перегиба приводит к повышению производительности. После нее прирост производительности начинает сокращаться. Для Windows 95/98 / МЕ считается, что эта точка соответствует 96 Мбайт, для Windows NT Workstation 4.0 — 192 Мбайт, для Windows NT Server 4.0 — 384 Мбайт для Windows 2000 Professional — 256 Мбайт для Windows 2000 Server — 384 Мбайт, для Windows XP (Home и Professional Edition) — 384 Мбайт, для Windows XP Server — 512 Мбайт.

    В первые персональные компьютеры оперативную память припаивали или устанавливали непосредственно чипами. Разумеется, такой подход имеет ряд недостатков. Во-первых, установление множества чипов памяти на материнскую плату неэффективно с точки зрения использования свободного места; во-вторых, каждый устанавливаемый чип содержит много гибких контактов, таким образом уменьшается надежность работы компьютера, поскольку отсутствие контакта хотя бы у одного чипа приводит к неработоспособности всей системы.

    ЗМ5 устройство ввода-вывода

    Существует понятие базовой (типовой) комплектации компьютера. В таком комплекте компьютеры обычно поставляются. На сегодняшний день в базовый комплект входят:

  • Системный блок;
  • монитор;
  • клавиатура;
  • Мышь.

    Основными техническими характеристиками компьютера являются:

  • Процессор (указывается тип)
  • Тактовая частота генератора
  • Тип системной шины материнской платы
  • Объем оперативной памяти (ОЗУ, RAM)
  • Объем кэш памяти (Cache)
  • Объем жесткого диска
  • Скорость CD-ROMа
  • Тип монитора и размер экрана по диагонали
  • Тип видеокарты и объем ее оперативной памяти

Системный блок — основная составляющая, в середине которой содержатся важнейшие компоненты.

Устройства, находящиеся внутри системного блока называют внутренними, а устройства, которые подключаются извне называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода и вывода информации называются также периферийными. По внешнему виду, системные блоки отличаются формой корпуса, который может быть горизонтального (desktop) или вертикального (tower) выполнение. Корпуса вертикального исполнения могут иметь различные размеры: полноразмерный (BigTower), среднеразмерный (MidiTower), малоразмерный (MiniTower).

Корпуса горизонтального исполнения бывают двух форматов: узкий (Full-AT) и очень узкий (Baby- AT). Корпуса персональных компьютеров имеют разные конструкторские особенности и дополнительные элементы (элементы блокировки несанкционированного доступа, средства контроля внутренней температуры, шторки от пыли).

Корпуса поставляются вместе с блоком питания. Мощность блока питания является одним из параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной является мощность 200-250 Вт.

Системный блок обычно состоит из корпуса, на передней панели которого находятся кнопки Power (включение) и Reset (перезапуск), а также индикаторные лампочки: Power (сигнализирует о включенном питания) и HDD (сигнализирует о работе жесткого диска).

Основными узлами системного блока:

  • электрические платы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.п.);
  • накопитель на жестком диске (винчестер), предназначенный для чтения или записи информации;
  • накопители (дисководы) для гибких магнитных дисков (дискет). Основной платой ПК является материнская плата (MotherBoard). На ней расположены:
  • процессор — основная микросхема, выполняющая математические и логические операции;
  • Чипсет (микропроцессорный комплект) — набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств ПК и определяют основные функциональные возможности материнской платы;
  • шины — набор проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;
  • оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, пока включен компьютер;
  • постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — микросхема, предназначенная для долговременного хранения данных, даже при выключенном компьютере
  • разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).imageДля подключения головных устройств (монитора, клавиатуры, мыши) на системном блоке содержатся специальные порты:

    На картинках изображены аналоговый и цифровой порты монитора и гнезда для подключения клавиатуры и мыши. Эти гнезда, как правило, имеют разный цвет, который совпадает с цветом штекеров клавиатуры и мыши соответственно.

    Также существует несколько универсальных портов, предназначенных для подключения различных устройств:

    Последовательные (COM-порты, Communication port) — характерная последовательная по времени передача данных (бит за битом) — подключаются мышь, джойстик, модем и т.д.;

    Параллельные (LPT-порты, Line Printer) — одновременная передача нескольких бит (по 8 бит) — подключаются принтеры, иногда сканеры и плоттеры;

    USB-порта — разработаны значительно позже, чем COM и LPT; сегодня большинство периферийных устройств компьютера подключаются через этот порт, включая принтеры, клавиатуры и мыши.

    Кроме того, на задней или передней стенке компьютера могут содержаться разъемы для подключения

    мультимедийного оборудования. Например, для подключения аудио-устройств (колонок, наушников, микрофона) на панели системного блока содержится три разноцветных гнезда — их цвета совпадают с цветами штекеров соответствующих устройств. Порты ИЕЕЕ1394 используют для подключения видеокамер и т.

    image

    Процессор компьютера является его основным устройством. В состав современного процессора входят, как отмечалось выше, арифметически-логическое устройство и устройство управления. Процессоры для персональных компьютеров классифицируют по разрядностью, количеством ядер, тактовой частотой и другими свойствами.

    image

    Процессор вставляется в специальное место — сокет (англ. Socket — гнездо, розетка) на с истемний (материнской) плате, которая, в свою очередь, размещается в системном блоке.

    память компьютера

    Одной из основных составляющих компьютера является его память. Она предназначена для хранения данных. Ее разделяют на внутреннюю и внешнюю.

    image

    Память разделяют также на:

    • энергозависимую (все виды внутренней памяти, кроме постоянной);
    • энергонезависимую (все виде внешней памяти и постоянная память).Данные по энергонезависимой памяти исчезают при выключении питания компьютера. Основными свойствами памяти являются:
  • емкость — максимальная длина двоичного кода, который можно разместить в памяти, например 320 Гбайт;
  • скорость считывания и записи данных — длина двоичного кода, которую можно считать (записать) за единицу времени, например 120 Кбайт в секунду.

К внутренней памяти относится постоянная, оперативная и кэш-память.

Постоянную память сокращенно обозначают ПЗУ — постоянное запоминающее устройство или ROM (англ.R ead O nly M emory — память только для чтения).Эта память небольшая по емкости (несколько сотен килобайт) и содержит программу тестирования устройств компьютера при включении — POST (англ.P ower * O n S elf T est — самопроверка при включении энергии) и базовую систему ввода-вывода — BIOS (англ.B asic I nput / O utput S ystem).Особенностью постоянной памяти является то, что данные, которые в ней содержатся, не исчезают при выключении питания компьютера. Постоянная память изготавливается в виде специальной микросхемы, которую размещают на системной плате.

Оперативную память сокращенно обозначают ОЗУ — оперативное запоминающее устройство или RAM (англ. R andom A ccess M emory — память с произвольным доступом) и также размещают на системной плате. Она разделена на отдельные ячейки, каждая из которых имеет уникальное имя (адрес). Процессор в любой момент времени может обратиться в любой ячейки оперативной памяти для считывания или записи данных.

В современных компьютерах процессор достаточно быстро обрабатывает данные, но относительно долго ждет поступления новых данных из оперативной памяти. Для повышения скорости обмена данными между процессором и оперативной памятью используют кэш-память (англ. Cache memory — память про запас). В ней делается своеобразный запас данных, к которым может обратиться процессор во время дальнейшей работы.

Внешняя память предназначена для долговременного хранения данных.Каждый вид внешней памяти характеризуется:

  • носителем данных;
  • устройством для считывания и записи;
  • способом записи.Память на жестких магнитных дисках является основным видом внешней памяти в современных компьютерах.Она реализована с помощью магнитного способа записи и считывания данных. Носителем данных является жесткий (как правило, металлический) диск с нанесенным на него слоем вещества, обладает магнитными свойствами. Чтения и записи данных осуществляет специальное устройство — накопитель на жестких магнитных дисках, сокращенно НЖМД или HDD (англ. H ard D isc D rive — накопитель на жестком диске).image

    Основные свойства современных НЖМД:

  • емкость — 300 Гбайт и более;

  • скорость вращения дисков — 5400, 7200 и более оборотов в минуту;

  • емкость кэш-памяти — 8 Мбайт и более.

    image

    Память на гибких магнитных дисках также реализована с помощью магнитного способа записи и считывания данных.Носителем данных является гибкий пластиковый диск, покрытый слоем вещества с магнитными свойствами. Он помещен внутрь пластикового футляра. Гибкий магнитный диск вместе с футляром называют дискетой.Используют дискеты с диском диаметра 3,5 дюйма (обозначается 3,5 », 1 » ≈ 2,54 см) и емкостью 1,44 Мбайт.Существуют дискеты и с большей емкостью, но они не получили широкого распространения.

    Память на оптических дисках реализована с помощью лазерной технологии записи и считывания данных.На оптическом диске от центра к внешнему краю по спирали записываются данные в виде

    image

    последовательности темных и светлых участков. При обращении анализируется интенсивность отраженного от поверхности диска луча лазера.

    Носителями данных являются оптические диски следующих основных типов:

    • CD (англ.C ompact D isc — компакт-диск)

    • DVD (англ.D igital V ideo D isc — цифровой видеодиск, в другом варианте — англ.D igital V ersatile D isc — цифровой универсальный диск)

    • BD (англ.B lu * ray D isc — синьопроменевий диск).

image

image

Флэш-память (англ. Flash — вспышка) свое название получила за очень высокую, по сравнению с другими видами внешней памяти, скорость записи / считывания данных (3-10 Мбайт в секунду). Этот вид памяти реализован на полупроводниковых (электронных) элементах, которые способны хранить данные в течение длительного времени при отсутствии питания.

В последнее время приобретают все большее распространение, особенно в мобильных компьютерах, так называемые флэш-диски — устройства, которые используют флэш-технологию записи и считывания данных. Они имеют емкость 64 Гбайт и более. Эти устройства обеспечивают большую скорость чтения и записи данных (45-60 Мбайт в секунду), чем жесткие диски (10-15 Мбайт в секунду), но пока имеют

значительно большую стоимость. Планируется, что в дальнейшем эти диски заменят жесткие.

Программное обеспечение ПК можно разделить на несколько подразделений прежде всего по функциональному признаку:

Системное — а) операционные системы — управляющие ресурсами (физическими и логическими) и процессами вычислительной системы.MS — DOS; Windows 95, 98, 2000; OS / 2; UNIX; Oracle. б) кружевное ПО: для управления общими ресурсами в распределенных вычислительных системах. в) сервисные программы — оболочки (DN, NC), утилити- программы обслуживания дисков, антивирусы, архиваторы. г) средства разработки погром: C ++, TP, Visual Basic, Delphi.

Прикладное программное обеспечение — для решения определенной задачи проблемной области: текстовые процессоры: блокнот (редакторы), табличные процессоры: Excel, Lotus, системы иллюстративной и деловой графики, графические процессоры: Corel Draw; Page Maker, СУБД: Access; Visual Fox Pro, экспертные системы, программы математических расчетов.

Устройства ввода, вывода, хранения и обработки информации

Процесс взаимодействия пользователя с персональным компьютером (ПК) непременно включает процедуры ввода входных данных и получения результатов обработки ПК этих данных. Поэтому обязательной частью типовой конфигурации ПК являются разнообразные устройства ввода-вывода, среди которых можно выделить стандартные устройства, без которых современный процесс диалога вообще невозможен, и периферийные, то есть дополнительные. К стандартным устройствам ввода-вывода относятся монитор, клавиатура и манипулятор «мышь».

  1. Устройства ввода информацииКак вы уже знаете, с помощью устройств ввода пользователи вводят в компьютер новую информацию и подают ему команды. Самые распространенные из этих устройств — клавиатура, мышь, сканер и веб-камера.
  2. Устройства вывода информацииЧтобы пользователь мог увидеть результаты работы компьютера, их нужно подать в приемлемой для человека форме, то есть в виде визуальной и звуковой информации. Для этого предназначены устройства вывода, среди которых самые распространенные — монитор, звуковые колонки и принтер.

    Устройства ввода-вывода информации.

    Клавиатура предназначена для ввода символьной информации, а также для управления работой ПК. Каждый символ вводится путем нажатия на соответствующую клавишу, при этом в оперативную память компьютера заносится код символа.Символы кодовой таблицы, которая используется при работе с ПК, кодируются 8-битными двоичными числами.

    В большинстве ПК используется IBM-совместимая клавиатура, которая имеет 101 клавиши и несколько индикаторов, сигнализирующих о режимах работы клавиатуры. В зависимости от назначения все клавиши разделяют на четыре блока.

    image

    1. Алфавитно-цифровой блок
    2. Специальи клавиши <Alt> <Ctrl><Shift> <Cаps Lock> <Enter><Delete> <←> <Insert> <Print Screen>.
    3. Управление курсором. 4.Дополнительный блок. Клавиши (цифровые / управления курсором). Режимы переключаются клавишей

<Num Lock>.

  1. Функциональные <F1> — <F12>.
  2. Индикаторы.

1. Алфавитно-цифровой блок. Содержит клавиши с буквами, цифрами, знаками препинания, а также ряд управляющих клавиш.

  1. Клавиши управления курсором.Нажатия соответствующей клавиши приводит перемещения курсора на экране дисплея слева, справа, вверх, вниз.

  2. Дополнительный блок. Содержит клавиши, которые можно использовать для набора цифр и знаков арифметических операций или управления курсором. Переход к режиму ввода цифр осуществляется

    после нажатия клавиши [Num Lock] (при этом загорается индикатор Num Lock). Повторное нажатие клавиши [Num Lock] (индикатор Num Lock гаснет) переводит клавиши этого поля в режим управления курсором аналогично клавишам третьего поля.

  3. Блок функциональных клавиш. Он содержит 12 функциональных клавиш [F1-F12], а также управляющие клавиши: Esc, Print Screen, Scroll Lock. При нажатии на функциональные клавиши компьютер выполняет действия, которые задаются программой, в данный момент работает.

Назначение некоторых специальных клавиш:

  1. Esc — отмена, отказ.
  2. Tab — табулирования.
  3. Del — удаление символа справа от курсора.
  4. ← — удаление символа слева от курсора.
  5. Ins — клавиша переключения режима вставки / замены символов.
  6. Home — переход курсора в начало строки.
  7. End — переход курсора в конец строки.
  8. Pgup — переход на страницу вверх.
  9. Pgdn — переход на страницу вниз.
  10. Enter — клавиша ввода.
  11. Break -преривання.
  12. Shift — изменение верхнего / нижнего регистра при содержании. Саps Lock — изменение верхнего / нижнего регистра.
  1. Print Screen — копирование текущего состояния экрана монитора в буфер обмена.

    манипуляторы

    Манипуляторы, или координатные устройства ввода информации, является неотъемлемой частью современного компьютера.

    Мышь — вспомогательное устройство для ввода текстовой и графической информации в компьютер и управления им.

    Это устройство было создано в 1963 Дугласом Енджельбартом. При подключении мыши к компьютеру на экране дисплея появляется курсор мыши. Для того, чтобы передвигать курсор мыши по экрану, пользователь должен передвигать мышь по поверхности стола или коврике.

    image

    Разновидности мыши:

    1. Механическая (с 2-мя кнопками и более, с колесиками прокрутки).
    2. Оптико-механическая.
    3. Оптическая.
      • Проводниковая.А также:
      • Беспроводной (инфракрасный или радиосвязь).

Трекбол (track — след, ball — шар) — манипулятор, напоминает перевернуть мышь и выполняет те же функции. Отличие в том, что вместо движения устройства ввода вращается вмонтирована в устройство шарик. Может размещаться на поверхности клавиатуры (в портативных компьютерах) или на подставке (в настольных компьютерах).

Джойстик (joy — радость, stick — палка) — устройство ввода информации, выполненный в виде рукоятки. Наклон рукоятки в ту или иную сторону ведет к перемещению указателя на экране.

Тач-пэд (сенсорная панель) — панель прямоугольной формы, чувствительная к нажатию пальцев или ладони. Нажав пальцем на тач-пэд и передвигая его по поверхности, пользователь может маневрировать курсором так же, как при использовании мыши. Широко используется в ноутбуках.

Наиболее известны следующие типы манипуляторов:

мышь

image

трекбол

тачпад — устройства ввода, применяемые в ноутбуках

image

трекпойнт — устройства ввода, применяемые в ноутбуках

image

графические планшеты Графический планшет (или дигитайзер, диджитайзер) — это устройство для ввода рисунков от руки непосредственно в компьютер.

Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию пера. Также к планшету может добавляться специальная мышь.

image

джойстики

Игровой пульт (геймпад) Руль

Педали авиасимулятора

Монитор (дисплей) — это устройство для отображения на экране текстовой и графической информации.

Он не единственный, но главный устройство вывода данных. Основными характеристиками мониторов являются:

  • размер экрана по диагонали;
  • разрешение;
  • количество цветов.

Большинство из параметров изображения на экране монитора возможно изменять программно

image

Мониторы электронно-лучевые (CRT)

ЭЛТ — электронно-лучевая трубка, CRT — Cathode Ray Tube.

Изображение на экране CRT-монитора получается в результате облучения люминофорного покрытия гостронаправленим пучком электронов, разогнанных в вакуумной колбе. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие имеет точки или полоски трех типов, светящиеся красным, зеленым и синим цветом.

Чтобы на экране все три луча сходились строго в одну точку, и изображение было четким, перед люминофором ставят маску — панель с расположенными отверстиями или щелями. Чем меньше шаг между отверстиями (шаг маски), тем четче и точнее полученное изображение. Шаг маски измеряют в долях миллиметра. В настоящее время наиболее распространены мониторы с шагом маски 0,25-0,27 мм.

Одним из главных параметров монитора является частота кадровой развертки, называемой также частотой регенерации (обновления) изображения (частота смены изображения на экране). Она показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью изменить изображение (поэтому ее также называют частотой кадров).

Частоту регенерации изображения измеряют в герцах (Гц). Чем она выше, тем четче и устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз, тем больше времени можно работать за монитором непрерывно. Этот параметр зависит не только от монитора, но и от свойств и настроек видеокарты, хотя предельные возможности определяет все-таки монитор.

При частоте регенерации порядка 60 Гц мелкое мерцание изображения заметно глазу. Сегодня такое значение считается недопустимым. Минимальным считают значение 75 Гц, нормативным — 85 Гц и комфортным — 100 Гц и более.

Размер монитора измеряется между противоположными углами трубки кинескопа по диагонали. Единица измерения — дюйма. Стандартные размеры: 14 «, 15»; 17 «, 19»; 20 «, 21». В настоящее время наиболее универсальными являются мониторы размером 17 и 19 дюймов.

Разрешение монитора характеризуется числом точек выводимого. Принято указывать отдельно количество точек по горизонтали и вертикали. Например, расширение монитора 1024×768 означает возможность различить до 1024 точек по горизонтали при числе строк до 768.

Типичные расширение мониторов:

600х800 = 480000 Характерный для мониторов 17 «CRT и 15» LCD

768х1024 = 786432 Характерный для мониторов 19 «CRT и 17» LCD

Соотношение между стандартными расширением монитора.

  1. Характерный для мониторов CRT 15 «600х800 = 480000
  2. Характерный для мониторов 17 «CRT и 15» LCD 768х1024 = 786432
  3. Характерный для мониторов 19 «CRT и 17» LCD 1024х1240 = 1269760

    Мониторы ЖК (LCD)

    image

    LCD-монитор состоит из двух слоев стекла с нанесенными на них тонкими канавами и электродами, заключенного между ними слоя жидких кристаллов, осветителя и поляризаторов.

    Жидкие кристаллы под действием электрического поля возвращают плоскость поляризации света на определенный угол. Далее свет проходит через поляризатор, который пропускает его с интенсивностью, зависящей от угла поворота плоскости поляризации.

    Цвет получается в результате использования трех цветных фильтров, разделяющих белый свет на составляющие RGB.

    image

    LCD-монитора обычно указывается native ( «родное») расширение, использование которого является оптимальным. В жидкокристаллических мониторов размер точки равен размеру одного пикселя изображения в родном разрешении (в обычных CRT-мониторов пиксель состоит из нескольких точек).

    При использовании другого расширения изображения или занимать не весь экран, или будет искажено (часть пикселей дублироваться или пропадет).

    Если у мониторов на электронно-лучевой трубке частота регенерации должна быть высокой, то в LCD-мониторах напряжение каждого пикселя запоминается пленочным транзистором до следующего обновления, поэтому мерцание практически отсутствует и частоты обновления кадров 60 Гц уже достаточно.

    Контрастность и яркость.По яркости LCD заметно выигрывает в CRT мониторов, а вот по контрастности, пока впереди все же электронные трубки. Проблема в том, что для получения черного цвета используется эффект поляризации, и черный цвет черный настолько, насколько заблокирован свет от лампы. Недостаток контрастности приводит к тому, что близкие оттенки цветов сливаются в один, особенно темные тона.

    Реальный диагональный размер экрана.Видимый диагональный размер CRT-монитора всегда меньше фактического диагонального размера кинескопа. LCD-мониторы не имеют скрытой под панелью краевой области, поэтому указанный диагональный размер тот же, что и видимый диагональный размер

    К минусам LCD мониторов следует отнести недостатки цветопередачи и невозможность калибровки, по этой причине они не подходят для работы дизайнерам и художникам.

    К плюсам, то, что LCD монитор не создает вредного для здоровья постоянного электростатического потенциала; имеет малый вес и габариты; потребляет в 3-4 раза меньше электроэнергии, чем CRT.

  4. Принтер (печатающее устройство) предназначен для вывода информации на бумагу.Конечно принтеры могут выводить не только текст, но и рисунки и графику. Одни принтеры позволяют печатать только в одном цвете (черном), другие могут выводить и цветное изображение. По принципу работы различают матричные, струйные и лазерные принтеры.

матричные принтеры

image

Главным узлом матричного принтера является печатная головка — обойма с тонкими металлическими стержнями (иглами), расположенными в вертикальной плоскости перпендикулярно к бумаге. Движется она вдоль строки, печатается, а стержни в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту. Таким образом, на бумаге формируются символы и другие изображения. В них наибольший уровень шума.

Этот тип принтеров называется SIDM — Serial Impact Dot Matrix, последовательные принтеры ударного действия. Выпускались принтеры с 9, 12, 14, 18 и 24 иголками. Основное распространение получили 9-ти и 24-х игольчатые принтеры.

Качество печати напрямую зависит от числа игл, поскольку таким образом получается больше точек на дюйм, принтеры с 24-мя иглами называют LQ (Letter Quality, качество печатной машинки). Скорость матричных принтеров измеряется в символах в секунду (CPS, characters per second).

image

Основными недостатками данного типа принтеров является низкая скорость работы и высокий шум, однако благодаря дешевизне копии (расходным материалом, по сути, является только красящая лента) и возможности работы с непрерывным (рулонной, фальцованой) и копировальной бумагой они незаменимы, когда требуется печать на непрерывном бумаге (лаборатории, промышленность, бухгалтерия, ведение отчетов, печать чеков в магазинах, банкоматах и ​​т.п), многослойных бланках (например, авиабилеты), или минимальная стоимость печати.

Сам факт ударного печати затрудняет внесение несанкционированных изменений в документ (финансовая сфера).

Струйные принтеры

image

Струйные принтеры сейчас самыми распространенными принтерами. В струйных принтерах изображение формируется микрокаплями специальных чернил, что виприскуеться на бумагу через сопла печатной головки. Как и в матричных принтерах, печатная головка струйного принтера движется горизонтально, а по окончании печати каждой горизонтальной полосы изображения бумага продвигается вертикально.

Первый принтер, работающий по этой технологии, появился в 1976 году — это был принтер от компании IBM.

преимущества:

  • Каждая строка цветного изображения проходится 4 раза (CMYK). Количество сопел обычно от 16 до 64, но есть печатающие головки с сотнями сопел.
  • Высокое качество графики даже для самых дешевых моделей.
  • Низкая стоимость принтера (продается ниже себестоимости, окупается для производителя за счет дорогих расходных материалов).
  • Наличие принтеров больших форматов (от А4 до А0).

недостатки:

  • Низкая экономичность. Расходы на чернила уже в первый год как минимум в 5 раз превысят стоимость устройства, при объемах печати в 10-15 страниц в день.
  • Непродуктивная трата чернил на прочистку головок.
  • Низкая емкость картриджей.
  • Требователен к бумаге. Для качественной печати необходимо специальная бумага для струйных принтеров.
  • Низкая устойчивость отпечатков (выцветают и смываются).
  • Относительно низкая надежность.
  • Относительно низкая скорость печати.

    Лазерные принтеры.

    image

    Лазерные принтеры обеспечивают (и получают) высочайшее качество черно-белой и цветной печати. В лазерных принтерах используется метод ксерографии: изображение переносится на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички краски (тонера).

    Разница между лазерным принтером и обычным копировальным аппаратом заключается в том, что печатающий барабан электризуется с помощью лазера по командам с компьютера. Лазерные принтеры имеют самую высокую скорость печати среди всех типов принтеров.

    К основным характеристикам принтера относят:

  • скорость печати (количество напечатанных листов за 1 минуту)
  • разрешение (количество отраженных точек на отрезке 1 дюйм).

    Сканер — устройство для получения электронных копий текстовых и графических документов.

    Рассмотрим принцип действия планшетных сканеров, как наиболее распространенных моделей. Отсканированный объект кладется на стекло планшета сканированной поверхностью вниз. Под стеклом располагается подвижная лампа, движение которой регулируется шаговым двигателем.

    Свет, отраженный от объекта, через систему зеркал попадает на чувствительную матрицу (CCD — Couple- charged Device), далее на АЦП и передается в компьютер. За каждый шаг двигателя сканируется полоска объекта, потом все полоски объединяются программным обеспечением в общее изображение.

    В зависимости от способа сканирования объекта и самих объектов сканирования существуют следующие виды сканеров:

    image

    Планшетные — наиболее распространенные, поскольку обеспечивают максимальное удобство для пользователя — высокое качество и приемлемую скорость сканирования.Есть планшетом, внутри которого под прозрачным стеклом расположен механизм сканирования.

    image

    Ручные — в них отсутствует двигатель, следовательно, объект приходится сканировать вручную, единственным его плюсом является дешевизна и мобильность, при этом он имеет массу недостатков — низкое разрешение, малую скорость работы, узкая полоса сканирования, возможны перекосы изображения, поскольку пользователю трудно перемещать сканер с постоянной скоростью.

    Листопротяжном — лист бумаги вставляется в щель и протягивается по направляющим роликам внутри сканера мимо ламы.Имеет меньшие размеры, по сравнению с планшетным, однако может сканировать только отдельные листы. Многие модели имеют устройство автоматической подачи, позволяет быстро сканировать большое количество документов, причем в ряде моделей — с двух сторон за один прогон.

    Планетарные — применяются для сканирования книг или документов, легко повреждаются.При сканировании нет контакта с сканированных объектом (как в планшетных сканерах).

    Барабанные — применяются в полиграфии, имеют большое разрешение (около 10 000 точек на дюйм).Оригинал располагается на внутренней или внешней стенке прозрачного цилиндра (барабана).

    Слайд-сканеры — как ясно из названия, служат для сканирования пленочных слайдов, выпускаются как самостоятельные устройства, так и в виде дополнительных модулей к обычным сканеров.

    Сканеры штрих-кода — небольшие, компактные модели для сканирования штрих-кодов товара в магазинах.

    Характеристики сканеров:

  • Формат сканированной поверхности: А4 (стандартный печатный лист), A3, слайд-сканеры под формат пленки 13х18 и 18х24.
  • Оптическое разрешение. Разрешение измеряется в точках на дюйм (dots per inch — dpi). Указываются два значения, например 600×1200 dpi, горизонтальное — определяется матрицей CCD, вертикальное — определяется количеством шагов двигателя на дюйм.
  • Интерполированное разрешение. Искусственный разрешение сканера достигается с помощью программного обеспечения. Его практически не применяют, потому что лучшие результаты можно получить, увеличив разрешение с помощью графических программ после сканирования. Используется производителями в рекламных целях.
  • Скорость работы. Измеряется в страницах в минуту, при этом имеется в виду страницы определенного формата и определенное разрешение сканера, из числа возможных.
  • Глубина цвета. Определяется качеством матрицы CCD и разрядностью АЦП. Измеряется количеством оттенков, которые устройство способно распознать. 24 бита соответствует 16777216 оттенкам.imageimage

    Современные сканеры выпускают с глубиной цвета 24, 30, 36 бит. Несмотря на то, что графические адаптеры пока не могут работать с глубиной цвета более 24 бит, такая избыточность позволяет сохранить больше оттенков при преобразованиях картинки в графических

    редакторах.

    Плоттер (с английского to plot — чертить) — это устройства, которые позволяют выводить информацию в виде рисунков или графиков на бумагу.Их называют графопостроителей.

    image

    Мультимедиа — продукт, содержащий коллекции изображений, текстов и данных, которые сопровождают звук, видео, анимация и другие визуальные эффекты, и в состав которого входит интерактивный интерфейс и другие механизмы управления.

    К мультимедийному оборудованию относятся много устройств ввода и вывода информации:

    • Микрофон и акустические системы с усилителями, колонками или просто

      наушники (средства ввода и вывода аудиоинформации).

    • Сканеры и цифровые фотоаппараты, которые позволяют вводить в компьютер графическую информацию.

    • Видеокамеры, которые позволяют ввести в компьютер видеоинформацию.

    • Высококачественные видеоадаптеры и звуковые платы, которые позволяют записывать и воспроизводить аудиофайлы различных форматов
    • Платы видеозахоплювання (video grabber), которые позволяют снимать изображения с видео-магнитофона или видеокамеры и вводить его в компьютер, и видеомагнитофоны.

  • TV-тюнер который позволяет получить на компьютере видеоинформацию с телевизионного эфира.

  • Платы видеовиведення. предназначены хранить и выводить на экран телевизора созданное или обработанное на компьютере изображения.

  • Большие экраны и мультимедийные доски, на которых с помощью мультимедийных проекторов можно воспроизвести любое изображение.

  • CD, DVD и Blu-ray-диски, так как эти внешние запоминающие устройства большой емкости позволяют хранить большие объемы аудио- и видеоинформации.

коммуникационные устройства

Для передачи данных от одного компьютера к другим используют коммуникационные устройства. Одним из таких устройств является модем (англ. Modulator и demodulator — устройство для модуляции и демодуляции сигнала). Он используется для присоединения компьютеров к сетям, по которым осуществляется передача данных.

Модем обеспечивает преобразование электрического сигнала компьютера в сигнал, который может быть передан определенной сетью, а также осуществляет обратное преобразование сигналов. Согласно сети, на котором осуществляется передача данных, различают модемы для телефонных, кабельных, телевизионных, электрических, радиосетей.

По своему размещением модемы бывают внутренними и внешними.

Внутренний модем — это электронная плата, которая вставляется в один из слотов на материнской плате.

Внешний модем — это отдельное устройство с автономной системой питания, подключается к компьютеру.

image

секунду.

Основным свойством модема является скорость передачи данных — количество битов, переданных за одну секунду. Современные модемы передают данные то- лсфоннимы сетями со скоростью 56 Кбит в секунду и более. Модемы для других сетей могут обеспечивать обмен данными со скоростью до 10 Гбит в

При присоединении к компьютерным сетям в учреждениях, учебных заведениях, в многоквартирных домах и даже для обустройства домашней сети, кроме модемов, могут использоваться платы компьютерных сетей, которые еще называют адаптерами компьютерных сетей. Основным свойством платы компьютерной сети является скорость передачи данных.

Факс-модем — устройство, сочетающее возможности модема со средствами для обмена факсимильной изображения с другими факс-модемами и обычными телефаксным аппаратами. Большинство современных модемов является факс-модемами.

Принимающий модем, находящийся на противоположном конце линии, «слушает» передаваемый сигнал и преобразует его обратно в цифровой с помощью демодулятора. Режим работы, когда передача данных осуществляется только в одном направлении, называется полудуплексном (half duplex), в обе стороны — дуплексом (full duplex).

Одной из основных характеристик модема является скорость модуляции (modulation speed). Она определяет физическую скорость передачи данных без учета исправления ошибок и сжатия данных, единицей измерения которой является количество бит в секунду (бит / с).

Управление модемом осуществляется с помощью специального коммутационного программного обеспечения.

Существуют также радиомодемы и модемы для мобильной телефонной связи.

[Всего голосов: 4    Средний: 5/5]

Читать  Эволюция HTML – История языка и перспективы развития