Лекция 4. Архитектура ЭВМ. Принцип открытой архитектуры
Вычислительная техника – это совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных. Под вычислительной системой понимают конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка. Центральным средством большинства вычислительных систем является компьютер. Компьютер (англ. computer) – это электронное устройство, предназначенное для автоматизации работы с информацией. Компьютер также часто называют электронно-вычислительной машиной (ЭВМ). Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Различают аппаратную конфигурацию, куда входят аппаратные средства вычислительной техники, и программную конфигурацию, куда входят программные средства вычислительной техники. Соответственно в вычислительной системе принято рассматривать: 1. Аппаратное обеспечение (англ. hardware) – это совокупность устройств, которые могут входить в состав компьютера или подключаться к нему. Набор таких устройств образует аппаратную конфигурацию. 2. Программное обеспечение (англ. software) – это совокупность программ, которые могут применяться на компьютере для реализации информационных процессов. Набор таких программ на компьютере образует программную конфигурацию. Под компьютерной программой понимается упорядоченная последовательность команд компьютера. В конце 40-х годов ХХ в. американский математик Джон фон Нейман предложил хранить программу для ЭВМ в памяти ЭВМ. Он предложил структуру ЭВМ, названную архитектурой фон Неймана, согласно которой компьютер должен включать 5 базовых элементов: 1. Арифметико-логическое устройство (АЛУ). 2. Устройство управления (УУ). 3. Запоминающее устройство (ЗУ). 4. Устройство ввода (УВв). 5. Устройство вывода (УВыв). Персональный компьютер (ПК, англ. Personal Computer, PC) – это компьютер для обслуживания одного рабочего места. Как правило, это небольшая ЭВМ индивидуального пользования. Магистрально-модульный принцип функционирования ПК означает, что к системной шине (магистрали) могут подключаться различные устройства, называемые модулями.
Обязательно к шине должны подключаться: 1. Процессор (в котором совмещаются функции АЛУ, УУ, кэш-памяти и регистровой памяти). 2. Устройства ввода (обычно клавиатура и мышь). 3. Устройства вывода (обычно монитор). 4. ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). 5. ОЗУ (оперативное запоминающее устройство). 6. ВЗУ (внешние запоминающие устройства). Причём ПЗУ и устройства ввода передают информацию в другие устройства через шину, а устройства вывода получают информацию через неё от других устройств. Остальные устройства могут быть как приёмниками, так и передатчиками информации. Основными характеристиками ПК являются: 1. Тактовая частота процессора (обычно 1 – 4 ГГц). 2. Объём оперативной памяти (обычно 128 МБ – 1 ГБ). 3. Объём памяти жёсткого диска (обычно 20 – 200 ГБ). Персональный компьютер включает 4 основных устройства: 1. Системный блок. 2. Монитор. 3. Клавиатура. 4. Мышь. Таким образом, устройства ПК по степени использования делятся на: 1. Основные устройства, которые почти всегда используются в ПК. 2. Периферийные устройства, которые могут использоваться не всегда. Все аппаратные средства по отношению к системному блоку делятся на: 1. Внутренние устройства (внутри системного блока). 2. Внешние устройства (вне системного блока). К внешним устройствам относятся монитор, клавиатура, мышь и все периферийные устройства. По назначению компьютерные устройства относят к следующим категориям: 1. Запоминающие устройства. 2. Устройства ввода информации. 3. Устройства вывода информации. Кроме того, иногда выделяют также следующие категории: 4. Устройства обмена информацией. 5. Устройства обработки информации. 6. Компьютерные носители информации. 7. Вспомогательные компьютерные устройства. Системный блок служит для обеспечения бесперебойной и надежной работы ПК. По форме корпуса системные блоки выпускают: В системном блоке находятся материнская плата, процессор, винчестер, дисководы, ПЗУ, ОЗУ, блок питания, системная шина, контроллеры, разъёмы и т.д. На передней части системного блока могут находиться: 1. Кнопка «POWER» (для включения или выключения ПК). 2. Кнопка «RESET» (для перезагрузки ПК). 3. Дисковод (для считывания и записи информации на диски). 4. CD-привод или DVD-привод (для считывания и записи информации на диски CD и DVD). Материнская плата – это основная плата персонального компьютера. На ней размещаются: 1. Процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций. 2. Микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы. 3. Шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера. 4. ОЗУ. 5. ПЗУ. 6. Разъёмы (слоты) для подключения дополнительных устройств. Все внешние устройства подключаются к материнской плате через специальные устройства, называемые контроллерами. Системная шина – это проводник для связи между устройствами, подключаемыми к материнской плате. Основными типами шин ввода-вывода с соответствующими слотами расширения в ПК являются: ISA, EISA, PCI. Устройство обработки информации – устройство, позволяющее производить вычисления и преобразования над информацией. К устройствам обработки информации можно отнести: 1. Процессор. 2. Видеокарту. 3. Звуковую карту. Процессор (микропроцессор) – устройство для арифметико-логической обработки информации и для управления этой информацией (наиболее популярные марки процессоров – Pentium, Celeron, Xeon, Athlon, Sempron). Основными характеристиками процессоров являются: 1. Тактовая частота – это количество операций (тактов), выполняемых процессором в единицу времени. 2. Разрядность регистров – это количество битов данных, обрабатываемых процессором за один такт. 3. Размер кэш-памяти – это количество команд, которые процессор запоминает, в результате чего получает к ним быстрый доступ. Процессор соединяется с остальными устройствами шинами. Видеокарта (видеоадаптер) – устройство для проведения операций по формированию изображения на экране. Видеокарта совмещает в себе функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти. Основными типами видеоадаптеров являются: 1. MDA (монохромный). 2. CGA (4 цвета). 3. EGA (16 цветов). 4. VGA (256 цветов). 5. SVGA (16,7 миллиона цветов). Звуковая карта – устройство для проведения операций по обработке звука, речи, музыки. Вспомогательное компьютерное устройство не участвует в работе с информацией и выполняет дополнительные функции по обслуживанию компьютера. К вспомогательным устройствам относятся: 1. Таймер (системные часы). 2. Блок питания. 3. Источник бесперебойного питания (ИБП). 4. Вентилятор. 5. Кулер (охлаждающее устройство). Персональные компьютеры обычно проектируются на основе принципа открытой архитектуры. Принцип открытой архитектуры заключается в следующем: - Регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определённая совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-производителями. - Компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, и, тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями.
Под программным обеспечением (Software) обычно понимается совокупность программ, выполняемых вычислительной системой. К программному обеспечению (ПО) относится также вся область деятельности по проектированию и разработке ПО: - технология проектирования программ (например, нисходящее проектирование, структурное и объектно-ориентированное проектирование и др.); - методы тестирования программ; - методы доказательства правильности программ; - анализ качества работы программ; - документирование программ; - разработка и использование программных средств, облегчающих процесс проектирования программного обеспечения, и многое другое. Программное обеспечение – неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданным для него ПО. Схематично представить структуру программного обеспечения можно в таком виде: - Уровень базовый. - Уровень системный. - Уровень служебный. - Уровень прикладной. Базовый уровень - отвечает за правильную работу аппаратных средств, является уровнем класса «низкий». Программное обеспечение данного уровня хранится в микросхемах запоминающегося устройства (ПЗУ), его задача обеспечить работу входа и выхода BIOS. В процессе эксплуатации компьютера нельзя изменять программы и данные ПЗУ, они записываются в производственных условиях. Системный уровень– отвечает за связь программ вычислительного устройства с программами базового уровня и аппаратного обеспечения, он считается переходным уровнем. Этот уровень и его программы отвечают за эксплуатационные возможности компьютера. Когда на вычислительное устройство устанавливается новое оборудование, этот уровень должен быть обеспечен программой, которая свяжет устанавливаемое оборудование и другие программы. Программы, которые отвечают за взаимную связь с устройствами компьютера, называются драйверами. В данном уровне есть еще и программы другого класса, которые отвечают за связь с пользователем компьютера. С помощью этих программ пользователь может вводить информацию в компьютер, пользоваться ее. Данный класс называется средствами пользовательского интерфейса, состояние этих программ регламентируют работу компьютера. Ядром системы вычислительной машины является совокупность программ этого уровня. Задачи, выполняемые этим ядром, и за что они отвечают, это: работа входа и выхода информации, работа памяти машины, работа файловой системы, и другие. Служебный уровень – отвечает за настройку систем компьютера, за автоматизацию процессов. Многие программы данного уровня изначально входят в операционную систему, установленную на вычислительной машине. Существует 2 направления в развитии служебных программ, это программы для автономного применения и уже интегрированные в ОС. Прикладной уровень - отвечает за выполнение уже определенных задач, которые могут быть развлекательного направления, для решения вопросов производства, учебными программами. Между системным уровнем программ и прикладным уровнем программ есть взаимная связь, работа вычислительной машины зависит от ОС стоящей на данном устройстве. Этот уровень подключает в себе: редакторы для текста, процессоры текстовые, системы автоматического создания проектирования, графические редакторы, браузеры, программы перевода текстов, системы которые управляют базами данных, таблицы, и многие другие программы прикладного уровня. Операционная система (ОС) – это комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которого – организовать взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ. К операционным системам относится комплекс программ, обеспечивающих управление работой всех аппаратных устройств и доступ пользователя к ним. ОС загружается при включении или перезагрузке ПК, управляет его ресурсами, обеспечивает взаимодействие пользователя с компьютером. ОС также обеспечивает поддержку работы всех остальных программ, аппаратных средств ПК и сетей ЭВМ (наиболее известные ОС – MS-DOS, Windows, Unix, Linux, Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера – на диске. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется загрузкой операционной системы. В функции операционной системы входит: - осуществление диалога с пользователем; - ввод-вывод и управление данными; - планирование и организация процесса обработки программ; - распределение ресурсов (оперативной памяти и кэша, процессора, внешних устройств); - запуск программ на выполнение; - всевозможные вспомогательные операции обслуживания; - передача информации между различными внутренними устройствами; - программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.). По типу использования общих аппаратных и программных ресурсов ОС делятся на: - Локальные. - Сетевые. По типу пользовательского интерфейса ОС делятся на: - Командные (текстовые ОС). - Объектно-ориентированные (графические ОС). По количеству работающих пользователей ОС делятся на: - Однопользовательские. - Многопользовательские. По числу выполняемых задач ОС делятся на: - Однозадачные. - Многозадачные (ОС пакетной обработки, ОС разделения времени, ОС реального времени). Различают вытесняющую и невытесняющую многозадачность. ОС пакетной обработки позволяют выполнить заранее сформированный пакет задач, ОС разделения времени позволяют разделить время для выполнения каждой задачи, а ОС реального времени позволяют выполнять каждую задачу за заранее заданное время. По количеству используемых процессоров ОС делятся на: - Однопроцессорные. - Многопроцессорные. По разрядности процессора ОС делятся на: - 32-разрядные. - 64-разрядные. Именованными компонентами Windows являются: - Приложения (программы, адаптированные к работе в данной ОС). - Документы (файлы, представляющие собой результаты работы приложения). - Папки (области, хранящие группу файлов или обозначающие устройства, подключаемые к ПК). Компоненты можно просматривать в окне (прямоугольная область экрана). Файл – это именованная область на диске, обозначаемая именем и расширением. Расширение означает назначение файла. Наиболее известные расширения такие: exe – выполняемые файлы; com – командные файлы; bat – пакетные файлы; bak – резервные копии файлов; arj, rar, zip – архивные файлы; txt, rtf – текстовые файлы; doc – файлы текстовых документов; xls – файлы электронных таблиц; mdb – файлы баз данных; mcd – файлы вычислительных документов; bmp, jpg, gif – файлы растровых рисунков и фотографий; ppt, pps – файлы презентаций; dwg – файлы чертежей; pas, bas, c – файлы с текстами программ на языках Pascal, Basic, C; htm – файлы с описанием Web-страницы на языке HTML; wav, mp3 – звуковые файлы; avi – файлы аудиовидеоклипов. Файловая система – это средство для организации хранения файлов на каком-либо носителе. Файлы физически реализуются как участки памяти на внешних носителях – магнитных дисках, флеш-картах, картах памяти или CD-ROM. Каждый файл занимает некоторое количество блоков дисковой памяти. Обслуживает файлы специальный модуль операционной системы, называемый драйвером файловой системы. Каждый файл имеет имя, зарегистрированное в каталоге – оглавлении файлов. Каталог (иногда называется директорией или папкой) доступен пользователю через командный язык операционной системы. Его можно просматривать, переименовывать зарегистрированные в нем файлы, переносить их содержимое на новое место и удалять. Каталог может иметь собственное имя и храниться в другом каталоге наряду с обычными файлами: так образуются иерархические файловые структуры. Драйвер файловой системы обеспечивает доступ к информации, записанной на магнитный диск, по имени файла и распределяет пространство на магнитном диске между файлами. Для выполнения этих функций драйвер файловой системы хранит на диске не только информацию пользователя, но и свою собственную служебную информацию. В служебных областях диска хранится список всех файлов и каталогов, а также различные дополнительные Структура файловой системы и структура хранения данных на внешних магнитных носителях определяет удобство работы пользователя, скорость доступа к файлам и т.д. (на жестком диске Fat32, NTFS)
Популярное: Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (4364)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |