ЭФМ. Устройство и структура

ЭВМ

Устройство и структура

Оглавление

ЭВМ

Структура ЭВМ

Развитие ЭВМ

Виды ЭВМ

Устройство ЭВМ

ЭВМ - комплекс технических средств, где основные функциональные элементы (логические, запоминающие, индикационные и др.) выполнены на электронных элементах, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Развитие ЭВМ

Сравнительные характеристики

Элементная база

Первое поколение (1945-1960 гг)

Второе поколение (1955-1970 гг)

Электронные лампы

Кол-во операций в секунду

Третье поколение (1965-1970 гг)

Транзисторы

Макс. Емкость ОЗУ

10-20 тыс.

Четвертое поколение (1975-1990 гг)

100 Кбайт

Интегральные схемы (ИС)

100-500 тыс.

Перефирийные устройства

1 Мбайт

БИС

1 млн.

Пятое поколение (2000-наше время)

Перфокарты

Програмное обеспечение

10-100 млн.

10 Мбайт

Оптоэлектроника

Микропроцессор

Перфоленты

Магнитные барабаны

Область применения

Автокоды

1 Гбайт

100 млн.- 1 млрд.

+ Алгоритмические языки

Дисплеи

Научно-технические расчеты

1 Терабайт

+ Операционные системы

+ Клавиатура Принтер

Обработка числовой и текстовой информации

Магнитные диски

+ Сетевое ПО

+ голосовое управление

+ Информационные системы

Прикладное ПО

+ Интеллектуальные програмные системы

+ Отдых, развлечения

+ Искуственный интелект

Основные виды ЭВМ

• Мини - ЭВМ
• Микро - ЭВМ
• Большие ЭВМ (мейнфреймы)
• Супер ЭВМ (суперкомпьютеры)

Структура ЭВМ

• Процессор
• Оперативная память
• Каналы связи (шина)
• Внешние устройства

Процессор   — электронный блок либо  интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера .

Оперативная память   — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код (программы), а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором.

Каналы связи (шина)   — подсистема, служащая для передачи данных между функциональными блоками компьютера.

Внешние устройства

К внешним устройствам относятся:

-устройства ввода информации;

-устройства вывода информации;

-диалоговые средства пользователя;

-средства связи и телекоммуникации.

Устройства ввода:

Средства мультимедиа :

-клавиатура

-устройства речевого ввода и вывода информации

-микрофоны и видеокамеры

-сканеры (читающие автоматы)

-звуковые и видеоплаты

-графические планшеты (дигитайзеры)

-вешние запоминающие устройства 

-устройства указания (графические манипуляторы)

-сенсорные экраны

Устройства вывода:

-графопостроители (плоттеры)

-принтеры

Диалоговые средства пользователя:

-видеотерминалы (мониторы)

-устройства речевого ввода-вывода информации

Первый в мире мини-компьютер

-Разрядность данных — 15 двоичных разрядов (14 + 1 знаковый)

-Разрядность команд — 20 двоичных разрядов

-Быстродействие — 5000 сложений, 1000 умножений или делений в секунду.

-ОЗУ

-Внутреннее: чисел — 256 слов, констант — 512 слов, команд — 2048 слов.

-Внешнее (в составе шкафа с периферийным оборудованием, опциональное): чисел — 512-4096 слов, команд — 512-4096 слов.

УМ1-НХ — электронная вычислительная машина для решения задач контроля и управления.

Мини-компью́тер (мини-ЭВМ)   — термин, распространённый в 1960—1980-х годах, относящийся к классу компьютеров, размеры которых варьировались от шкафа до небольшой комнаты. С конца 1980-х годов полностью вытеснены персональными компьютерами, называвшимися «микрокомпьютеры» в рамках старой классификации.

Микро-ЭВМ

-Простая конструкция, небольшие мощность процессора и объём памяти.

-Подходящие для квартиры габариты, приемлемая для большей части покупателей цена.

-Достаточная надёжность, чтобы компьютер работал годами без квалифицированного обслуживания.

-Отображение простейшей графики (в отличие от суперкомпьютеров, как правило не требовательных к графической подсистеме, и графических рабочих станций, приспособленных под работу со сложной компьютерной графикой).

-Достаточно дружественная для неспециалиста ОС, как правило, однопользовательская.

-Использование телевизоров в качестве дисплеев и магнитофонов в качестве устройств внешней памяти.

«Микрокомпью́тер» — термин, обозначавший компьютер, выполненный на основе микропроцессора. В таком значении употреблялся с конца 1970-х до конца 1980-х (в это же время имел хождение термин-синоним «микро-ЭВМ») и вышел из употребления в 1990-е годы, когда был вытеснен термином «персональный компьютер», так как размер таких компьютеров стал считаться обычным.

Большие ЭВМ

Особенности и характеристики современных мейнфреймов:

-Среднее время наработки на отказ 12-15 лет

-Повышенная устойчивость систем

-Целостность данных

-Рабочая нагрузка 80-95 % от их пиковой производительности

-Пропускная способность высочайшая

-Масштабирование мейнфреймов может быть как вертикальным, так и горизонтальным

-Защита

Мейнфре́йм — большой универсальный высокопроизводительный отказоустойчивый сервер со значительными ресурсами ввода-вывода, большим объёмом оперативной и внешней памяти, предназначенный для использования в критически важных системах с интенсивной пакетной и оперативной транзакционной обработкой.

Суперкомпьютер

Применение:

-Математические проблемы

-Физика высоких энергий

-Наука о Земле

-Вычислительная биология

-Вычислительная химия

-Физика

Производительность самого мощного в мире суперкомпьютера составляет 93 петафлопс, а это значит, что он может выполнять 93 квадриллиона вычислений в секунду, а 10,65 миллиона ядер китайского чуда техники заставляют Титан системы Cray Xk7, самый мощный суперкомпьютер США, в котором ядер всего лишь 560 000, чувствовать себя неловко.

Суперкомпьютер — специализированная вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам и скорости вычислений большинство существующих в мире компьютеров.

Устройство ЭВМ на примере современного ПК

Системный блок

Устройства вывода

Устройства ввода

Системный блок

Системный блок — физически представляет собой шасси, которое наполнено аппаратным обеспечением для создания компьютера.

Устройство системного блока:

Материнская плата

Процессор

Оперативная память

Карты расширения

Блок питания

Жесткий диск

Материнская плата

Материнская плата — печатная плата, являющаяся основой построения модульного устройства

В качестве основных (несъёмных) частей материнская плата имеет:

Разъём процессора (ЦПУ),

Разъёмы оперативной памяти (ОЗУ),

Микросхемы чипсета ,

Загрузочное ПЗУ,

Контроллеры шин и их слоты расширения,

Контроллеры и интерфейсы периферийных устройств.

Материнская плата с сопряженными устройствами монтируется внутри корпуса с блоком питания и системой охлаждения, формируя в совокупности системный блок компьютера.

Процессор

Центральный процессор — электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.

Изначально термин центральное процессорное устройство описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложных компьютерных программ. Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в то время компьютерных процессоров, он естественным образом был перенесён на сами компьютеры. Начало применения термина и его аббревиатуры по отношению к компьютерным системам было положено в 1960-е годы. Устройство, архитектура и реализация процессоров с тех пор неоднократно менялись, однако их основные исполняемые функции остались теми же, что и прежде.

Главными характеристиками ЦПУ являются: тактовая частота, производительность, энергопотребление, нормы литографического процесса, используемого при производстве (для микропроцессоров) и архитектура.

Оперативная память

Оперативная память — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код (программы), а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором.

Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится:

непосредственно;

через сверхбыструю память 0-го уровня — регистры в АЛУ, либо при наличии аппаратного кэша процессора — через кэш.

Карты расширения

Карта расширения — вид компьютерных комплектующих: печатная плата, которую устанавливают в слот расширения материнской платы компьютерной системы с целью добавления дополнительных функций. Платы расширения, необходимые для подключения внешних устройств, могут также называться адаптерами или контроллерами этих устройств.

К платам расширения относятся:

Видеокарта

Звуковая карта

Сетевая карта

Плата расширения может содержать оперативную память и устройства ввода-вывода, может обмениваться данными с другими устройствами на системной шине.

В современных персональных компьютерах компоненты, связанные с видео-, аудио- и сетевыми функциями, теперь обычно размещаются непосредственно на материнской плате.

Блок питания

Блок питания — вторичный источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электроэнергией постоянного тока путём преобразования сетевого напряжения до требуемых значений.

Также, в состав компьютера могут входить блоки преобразования уровня напряжения следующей ступени — третичные блоки питания и т. д. Примером таких преобразователей могут служить модуль питания центральных процессоров (в том числе, модернизируемых), графических процессоров, а также устройства, требующие повышения напряжения или изменения характеристик тока — переменного, с изменением фазы.

В некоторой степени блок питания также выполняет функции стабилизации и защиты от незначительных помех питающего напряжения. Как компонент, занимающий значительную часть внутри корпуса компьютера, несет в своём составе (либо монтируемые на корпусе БП) компоненты охлаждения частей внутри корпуса компьютера.

Жесткий диск

Жесткий диск — запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома — магнитные диски.

Характеристики:

Интерфейс

Ёмкость

Физический размер

Время произвольного доступа

Скорость вращения шпинделя

Надёжность

Количество операций ввода-вывода в секунду

Потребление энергии

Сопротивляемость ударам  

Скорость передачи данных

Устройства вывода

Устройства вывода — периферийные устройства, преобразующие результаты обработки цифровых машинных кодов в форму, удобную для восприятия человеком или пригодную для воздействия на исполнительные органы объекта управления.

Устройства для вывода графической информации:

Монитор

Принтер

Графопостроитель

Проектор

Устройства для вывода звуковой информации:

Встроенный динамик

Колонки

Наушники

Устройства для вывода прочей информации:

Игровой контроллер (вибрирует)

Устройства ввода

Устройства ввода — периферийное оборудование, предназначенное для ввода (занесения) данных или сигналов в компьютер или в другое электронное устройство во время его работы.

Основным и, обычно, необходимым устройством ввода текстовых символов и последовательностей команд в компьютер остаётся клавиатура.

Устройства ввода графической информации:

Сканер

Веб-камера

Цифровой фотоаппарат

Устройства ввода звуковой информации:

Микрофон

Цифровой диктофон

Указательные (координатные) устройства:

Компьютерная мышь

Тачпад

Сенсорный экран

Джойстик

Kinect

Скачано с www.znanio.ru