Тема: Понятие архитектуры и структуры компьютера. Классификация компьютерной техники.

Тема: Понятие архитектуры и структуры компьютера. Классификация компьютерной техники.

Цель: Познакомить обучающихся с основными понятиями архитектуры ПК. Рассмотреть критерии классификации компьютеров.

Под архитектурой компьютерапонимается совокупность принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности компьютера при решении соответствующих классов задач.

Архитектура компьютераопределяется совокупностью ее свойств, существенных для пользователя.

Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям машины, которые можно разделить на основные и дополнительные.

ОсновныефункцииопределяютназначениеЭВМ:обработка,хранениеинформации, обмен информацией с внешними объектами.

Дополнительныефункцииобеспечиваютэффективныережимыработыкомпьютера, диалог с пользователем, высокую надежность.

И дея открытости архитектурызаключается в том, что пользователь может самостоятельно формировать конфигурацию своего компьютера по своему усмотрению.

Структура компьютера –это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов (конкретные блоки, узлы, связи…).

4.3. Устройство и принцип действия эвм

ЭВМ – это комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации.

RAMROMCD

о сновная внешняя

память память

CPU

Процессоросуществляет процесс обработки данных и управляет работой машины.

В состав процессора входят:

Устройство управления(УУ) – формирует адрес очередной микрокоманды,

Арифметико –логическоеустройство (АЛУ) – выполняет арифметические и логические операции над данными.

Регистры общего назначения (РОН) – для хранения промежуточныхрезультатов.

КЕШ –памятьслужит для повышения быстродействия процессора.

Системная шинаобеспечивает взаимодействие всех узлов между собой.

Памятьпредназначена для записи, хранения, выдачи команд и обрабатываемых данных. Существует несколько разновидностей памяти:

Регистровая память– наиболее быстрая (сверх - оперативная). Это несколько регистров общего назначения (РОН), которые размещены внутри процессора. Регистры используются при выполнении простейших операций: пересылка, сложение, счет.

КЕШ - память(cache– тайник) по сравнению с РОН имеет больший объем, но меньшее быстродействие.

КЕШ - памятьнедоступна для программиста и используется для ускоренного выполнения операций за счет запоминания на некоторое время полученных ранее данных, которые будут использоваться процессором в ближайшее время. РаботаКЕШ-памятисокращает до минимума время не производительного простоя процессора.

КЕШ - память первого уровня (8-512Кбайт) размещается внутри процессора, а КЕШ - память второго уровня (несколько Мбайт) – вне процессора на материнской плате.

Этот вид памяти уменьшает противоречие между быстрым процессором и относительно медленной оперативной памятью.

Основная память(ОП) – предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины.

Содержит два вида запоминающих устройств:

• постоянное запоминающее устройство(ПЗУ) и

• оперативное запоминающее устройство(ОЗУ).

ПЗУслужит для хранения и выдачи постоянной информации, позволяет оперативнотолькосчитыватьхранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя).Это тест- мониторные программы (проверяющие работоспособность компьютера в момент его включения), драйверы (программы, управляющие работой отдельныхустройствЭВМ, например, клавиатурой) и др.

ПЗУявляется энергонезависимым устройством, информация в нем сохраняется даже при выключенном питании.

ОЗУпредназначено для оперативнойзаписи, хранения и считыванияпеременной информации и допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций.

ОЗУявляетсяэнергозависимымустройством, информация в нем стирается при выключении питания.

По быстродействию ОЗУ уступает КЕШ-памяти и тем более памяти РОН. По стоимость ее значительно ниже.

Внешняя память(ВЗУ) предназначена для долговременного хранения больших объемов информации и обмена ею с ОЗУ. Во внешней памяти хранится все программное обеспечение ПК. Для ее построения используют энергонезависимые носители. Емкость памяти практически не ограничена, но для обращения к ней требуется больше времени, чем к внутренней. Конструктивно ВЗУ отделены от процессора и внутренней памяти, имеют собственное управление.

К ВЗУ относятся:

• накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) - винчестеры,

• накопители на оптических дисках (CD-ROM,CD-RW,DVD),

• Flash-память в виде брелков, подключаемых с помощьюUSB-порта.

• накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) - дискеты,

• накопители на кассетной магнитной ленте (магнитофоны, стримеры),

CompactDiskReadOnlyMemory-компакт-диск с памятью только для чтения,

DigitalVideoDisk– цифровой оптический диск с высокой плотностью записи, позволяющий хранить порядка 20 Гбайт информации.

ВЗУ по сравнению с ОЗУ имеют больший объем памяти, но существенно меньшее быстродействие.

Внешние устройства:

• устройства ввода информации:

клавиатура, сканеры (читающие автоматы),

графические планшеты (для ручного ввода графической информации),

манипуляторы (устройства указания) – мышь, джойстик, трекбол, световое перо,

сенсорные экраны.

• устройства вывода информации:

принтеры – печатающие устройства для регистрации информации на бумажный носитель,

графопостроители (плоттеры) – для вывода графической информации из ПК на бумажный носитель,

акустические колонки – для вывода звуковой информации.

Модемвыполняет функции устройств ввода и вывода информации.

Он позволяет соединиться с другим удаленным компьютером с помощью телефонных линий связи и обмениваться информацией между ЭВМ.

Классификация компьютеров и организационной техники.

Прежде чем рассмотреть вопрос о классификации компьютеров, остановимся на ряде определений.

Обработка информации является важной составляющей информационного процесса. Под обработкой информации будем понимать действия, совершаемые над информацией, представленной в формализованном виде, т. е. в виде структур данных, с помощью определенных алгоритмов – последовательности действий, осуществляемых по определенным правилам и реализуемых с помощью технических средств.

Результатом обработки является тоже информация, которая удовлетворяет поставленным целям (например, обработка числовой, текстовой, графической и другой информации) и может быть представлена в соответствующих формах. Попытки автоматизировать процесс обработки информации и вычислений на основе открытий в области математики, физики, химии и т. д. в течение нескольких столетий привели к созданию современного компьютера или электронно-вычислительная машина. В современных информационных технологиях компьютер используется в качестве основного технического средства для обработки информации.

Таким образом, компьютером называется техническая система, предназначенная для автоматизации процесса обработки информации и вычислений на основе принципа программного управления.

Программные средства представляют собой совокупность программ, обеспечивающих процесс обработки информации на компьютере. Программные средства часто называют сленговым словом «софт».

Основной целью классификации является формирование групп или классов с характерными свойствами, присущими только этой группе или классу, что позволяет более детально изучить эти свойства и проследить динамику их изменения во времени. В настоящее время классификация компьютеров не закреплена соответствующими стандартами, что объясняется высокими темпами развития компьютерной техники и информационных технологий. Приблизительно каждые два года происходит замена аппаратных и программных средств компьютера новыми. В этой связи любая классификация компьютеров является условной, поскольку некоторые свойства, которые были характерными для определенных групп (классов) компьютеров в прошлом, утрачивают эти свойства со временем. Выделим наиболее существенные признаки и проведем по ним классификацию. Условная классификация компьютеров по этим признакам приведена в табл. 5.1.

Таблица 5.1

1)По времени создания компьютеры подразделяют на поколения (первое, второе, третье и четвертое), которые характеризуются степенью развития аппаратных и программных средств.

Компьютеры первого поколения относятся к середине 40-х и концу 50-х гг. XX в. (1946 г. был создан первый цифровой электронный компьютер ENIAC). В качестве элементной базы использовались электронные лампы, программирование осуществлялось в машинных кодах. Программа вводилась в компьютер путем соединения соответствующих гнезд на специальных наборных платах с помощью электрических проводников. Максимальное быстродействие достигало 20 тыс. операций в секунду.

Компьютеры второго поколения относятся к концу 50-х и середине 60-х гг. XX в. В качестве элементной базы использовались полупроводниковые приборы – транзисторы, что позволило повысить надежность и быстродействие компьютеров. Программирование осуществлялось на языках программирования высокого уровня. Программа вводилась в компьютер с помощью перфокарт и перфолент. Максимальное быстродействие составляло до 1 млн операций в секунду.

Компьютеры третьего поколения относятся к периоду с середины 60-х по середину 70-х гг. XX в. В качестве элементной базы использовались интегральные микросхемы среднего уровня интеграции. Программирование осуществлялось на языках программирования высокого уровня. Программа вводилась в компьютер с помощью перфокарт и перфолент, появились накопители информации на гибких магнитных дисках. Максимальное быстродействие составляло около 1 млн операций в секунду. Компьютеры третьего поколения стали семейством компьютеров с единой архитектурой, что обеспечило их программную совместимость. Они имели развитые операционные системы и обладали возможностями мультипрограммирования.

Компьютеры четвертого поколения относятся к периоду с середины 70-х гг. XX в. по настоящее время. В качестве элементной базы использовались большие интегральные микросхемы (БИС), а затем (в настоящее время) сверхбольшие интегральные микросхемы (СБИС), что позволило существенно повысить надежность и быстродействие компьютеров. На основе БИС, а затем и СБИС строились и строятся микропроцессоры – устройства для непосредственного выполнения процесса обработки данных и программного управления этим процессом. Программирование осуществлялось и осуществляется на нескольких десятках языков программирования высокого уровня, включая и объектно-ориентированные языки программирования. Программы вводились и вводятся в компьютер с помощью разнообразных носителей информации – накопителей на гибких магнитных дисках, жестких магнитных дисков, оптических дисков и т. д. Максимальное быстродействие компьютеров четвертого поколения составляет около 1 трлн операций в секунду.

2)По форме представления обрабатываемой информации компьютеры подразделяются на три класса: цифровые, аналоговые и гибридные.

Цифровые компьютеры обрабатывают информацию, представленную в цифровой форме (в двоичной системе счисления), и являются самым представительным классом современных компьютеров. Цифровые компьютеры используются для решения самых разнообразных задач, поддающихся формализации, для которых разработаны соответствующие численные методы решений.

Аналоговые компьютеры обрабатывают информацию, представленную в аналоговой форме, т. е. в виде непрерывно меняющихся значений физической величины (электрического напряжения или тока). Аналоговые компьютеры используются для решения физических и математических задач, содержащих дифференциальные уравнения. Кроме того, они используются в системах автоматического регулирования для решения задач в режиме реального времени.

Гибридные компьютеры обрабатывают информацию, представленную в цифровой и аналоговой форме. В таких компьютерах цифровая часть предназначена для управления и выполнения логических операций, а аналоговая – для решения математических уравнений.

3)По назначению компьютеры подразделяются на три класса: профессиональные, персональные и специализированные.

Профессиональные компьютеры предназначены для обработки больших объемов информации с высокой скоростью. По аппаратному и программному обеспечению они значительно превосходят другие классы.

Персональные компьютеры предназначены для обработки информации на одном автоматизированном рабочем месте (АРМ), при этом их вычислительных ресурсов должно быть достаточно для поддержки такого рабочего места. Кроме того, они должны быть доступны по цене для массового потребителя.

Специализированные компьютеры предназначены для обработки информации, связанной с решением узкоспециализированных задач (вычислительных и управляющих). Они не обладают универсальностью, т. е. ориентированы на конкретные практические задачи. Специализированные компьютеры, называемые также контроллерами, встраиваются в системы автоматического управления сложными техническими устройствами или технологическими процессами.

4)По степени универсальности компьютеры подразделяются на два класса: общего назначения и специализированные.

Компьютеры общего назначения являются универсальными и позволяют обрабатывать информацию, связанную с решением широкого круга задач.

Специализированные компьютеры позволяют обрабатывать информацию, связанную с решением узкопрофессиональных задач.

5)По способам использования компьютеры подразделяются на два класса: коллективного и индивидуального использования.

Компьютеры коллективного использования предназначены для обслуживания одновременной работы нескольких пользователей. Такие компьютеры, называемые также серверами, используются и для организации работы компьютерных сетей.

Компьютеры индивидуального использования предназначены для обслуживания работы индивидуального пользователя.

6)По производительности компьютеры подразделяются на три класса: ординарной, высокой и сверхвысокой производительности.

Производительность зависит от специфики решаемой задачи, быстродействия компьютера, информационного объема его оперативной памяти и т. д. Быстродействие (скорость обработки информации) компьютера в свою очередь определяется быстродействием микропроцессора, системной магистрали (служит для обмена информацией между функциональными блоками компьютера), периферийных устройств, качеством конструктивных решений и т. д

7)По особенности архитектуры компьютеры подразделяются на два класса: с открытой архитектурой и закрытой архитектурой

Под архитектурой компьютера понимается совокупность аппаратных и программных средств, организованных в систему, обеспечивающую функционирование компьютера.

К особенностям открытой архитектуры относятся:

• модульный принцип построения компьютера, в соответствии с которым все его компоненты выполнены в виде законченных конструкций – модулей, имеющих стандартные размеры и стандартные средства сопряжения;

• наличие общей (системной) информационной шины, к которой можно подключать различные дополнительные устройства через соответствующие разъемные соединения;

• совместимость новых аппаратных и программных средств с их предыдущими версиями, основанная на принципе «сверху – вниз», что означает, что последующие версии должны поддерживать предыдущие.

Подавляющее число современных компьютеров имеют открытую архитектуру.

Закрытая архитектура не обладает характерными чертами открытой архитектуры и не позволяет обеспечить подключение дополнительных устройств, не предусмотренных разработчиком. Компьютеры, имеющие такую архитектуру, эффективны при решении узкоспециализированных задач, например вычислительных.

Есть и иные классификации:

- Классификация по назначению связана с областью применения компьютеров:
 большие ЭВМ – используются для обслуживания целых отраслей народного хозяйства (метеорология, оборонка, железные дороги и т.д.);
 мини ЭВМ – используются для обслуживания крупных предприятий, НИИ, банков и т.д.;
 микро ЭВМ – используются для обслуживания цехов на заводах, лабораторий в институтах и т.д.;
 персональные компьютеры – используются для обслуживания одного рабочего места.

- Классификация по уровню специализации определяется степенью универсальности компьютеров:
 универсальные – на базе которых можно собирать вычислительные системы произвольного состава (работа с текстом, графикой, музыкой и т.д.);
 специализированные – предназначены для решения узкого круга задач (бортовые компьютеры самолётов, управление работой СВЧ-печей и т.д.).

- Классификация по размерам зависит от конструктивного исполнения компьютеров:
 настольные (рабочие станции);
 портативные (Notebook);
 карманные (электронные записные книжки);
 мобильные (КПК).

- Классификация по уровню совместимости:
 по уровню аппаратной совместимости (IBM PC, Apple Macintosh, Sun Microsystems);
 по уровню программной совместимости (Ms Windows, Mac OS, Solaris).

К средствам оргтехники относится достаточно большой перечень технических средств, устройств и приспособлений, начиная от карандашей и заканчивая сложными системами и средствами передачи информации.

Рассмотрим классификацию средств оргтехники, применяемой при создании и обработке документов в офисе.

Средства составления и изготовления текстовых и табличных документов:

−ручные пишущие средства,

−пишущие машины,

−диктофонная техника,

−печатающие устройства для персональных компьютеров,

−средства копирования и тиражирования документов,

−средства электрофотографического копирования,

−средства обработки документов,

−конвертовскрывающие машины,

−машины для нанесения защитных покрытий на документы (ламинаторы),

−машины для уничтожения документов (шреддеры),

−средства коммуникационной техники,

−средства и системы стационарной и мобильной телефонной связи (в том числе мини-АТС),

−средства и системы телеграфной связи,

−средства и системы факсимильной передачи информации и модемной

связи,

−локальные (офисные) вычислительные сети,

−средства и системы оперативно-диспетчерской связи,

−средства транспортировки документов,

−офисная мебель и оборудование.

Классификация средств организационной техники для современных офисных технологий.

Носители информации:

– носители на бумажной основе не светочувствительные;

–носители для репрографических процессов (термобумага, диазобумага, фотопленка, калька, бумага многослойная для электронно-искрового копирования и т. д.);

–микроносители;

–звуконосители;

–видеоносители;

–магнитные носители.

Банковская оргтехника:

−машины для счета купюр;

−детекторы валют;

−машины для упаковки банкнот; банкоматы.

−сканеры;

−многофункциональные центры;

−средства защиты; компьютерные аксессуары.

Специализированные средства оргтехники. В первую очередь речь идет о технических средствах, при помощи которых деловая документация приобретает вид, позволяющий ее дальнейшее эффективное использование. Это могут быть настольные переплетные машины с пластмассовыми или металлическими пружинами (бендеры), термопереплетные машины (термобиндеры), резаки для бумаги настольного исполнения. Для повышения сроков сохранности документов применяются ламинаторы, наносящие на поверхность листа документа различные покрытия.

Задание : выполнить тест

https://wordwall.net/resource/4555875/%D1%82%D0%B5%D1%81%D1%82-%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%81%D0%B8%D1%84%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F-%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BE%D0%B2