Рис. 14. Внешний вид брюк для ребенка двух лет

6.3.1. Построение передней половинки брюк(рис.15) Основой базисной сетки чертежа является вертикаль, на которой отложить следующие значения размерных признаков: Отрезок 1-2- ВсI (Высота сидения) плюс 1 см (здесь: 15 см). Отрезок 1-3 - ДбсI (Длина брюк сбоку до низа) (здесь: 53 см). Отрезок 3-4- Вк (Высота колена) - 1/2 Дш плюс 1/10 от Дш (Длина шага). Отрезок 3-5 величина укорачивания длины брюк. Отрезок 2- 6 равен 1/10 от 1/2 Об плюс З см. От точки 1отложить вниз 0,5 см - получена точка 7. Из точек 7, 6, 2, 4 и 5 провести горизонтали вправо. Отрезок 6-8 равен 1/4Об плюс 1-2 см (здесь: 1 см). Отрезок 8-9 равен 1/10 От 1/2 Об плюс 1-2 см (здесь: 1 см) - определена ширина шага передней по­ловинки брюк. Отрезок 6-9 разделить пополам- получена точка 10. Через точку 10 провести вертикальную линию сгиба передней половинки брюк получены точки 11 и 12. Через точку 8 провести перпендикуляр до пересе­чения его с верхней линией базисной сетки (получена точка 13) и с линией высоты сидения (получена точка 8а). По линии колена от линии середины передней половинки брюк отложить в обе стороны: 1/4	Рис. 15. Основа конструкции передней половинки брюк
Ширины брюк в области колена минус 1 см. От точки 11 отложить в обе стороны по ¼ Ширины брюк внизу минус 1 см. Соединить прямыми вспомогательными линиями точки 6, 14 и 16. Соединить прямыми вспомогательными линиями точки 9, 15 и 17. Соединить прямыми вспомогательными линиями точки 9, 15 и 17. Отрезок 8а-18 разделить пополам, полученную величину отложить от точки 8а вверх. Полученную точку соединить с точкой 18. От точки 13 по линии талии отложить 0,5 см влево. От точки 8 по линии бедер отложить 0 -0,5 см вправо. Начертить линию переднего среза брюк по лекалам в соответствии с рис. 15. От переднего среза по линии талии отложить ¼ От плюс 1 см (прибавка на свободу облегания и посадку). Из полученной точки отложить 0,5 см вверх - получена точка 19. Начертить линию среза талии по лекалам в соответствии с рис. 15.
6.3.2. Построение задней половинки брюк(рис.16) Построение задней половинки брюк осу­ществляется на основе чертежа передней половинки брюк. -Для определения величины угла отклонения верхней части задней половинки брюк и определения место- расположения линии среднего среза надо от точки 2 отложить вверх по линии бокового среза передней половинки брюк 2-3 см -получена точка 20. -От точки 10 отложить вправо 0-1 см (здесь: I см)- получена точка 21, Эта величина определяет направление линии среднего сгиба зад ней половинки («стрелки»). От точки 21 отложить вправо 1/4 Шзп (здесь; 3,7см) - точка 22.Продлить линии талии, бедер на базисной сетке влево. Соединить точки 20 и 22, из точки 22 начертить перпендикуляр к полученной линии. От полученного перпендикуляра, под прямым углом к нему, начертить линию длиной равной рассчитанной Шзп {здесь: 14,75 см) до пересечения с линией бедер - точка 24. Измерить длину отрезка 24-21 и отложить полученную величину от точки 21 вправо, до точки 25. От точки 14 отложить влево по линии колена 2 см - получена точка 26.	Рис. 16. Основа конструкции задней половинки брюк
-От точки 1- 6 отложить влево 2 см- точка 28. Расстояние между точками 14-6 измерить и отложить от точки 15-получена точка 27. Расстояние между точками 16-28 измерить и отложить от точки 17- получена точка 29. Соединить полученные точки друг с другом в соответствии с рис. 16. Соединить точки 25-27 вспомогательной линией. Длина отрезка 27-30 равна длине отрезка 15-18 на передней половинке брюк. Начертить линию шагового среза от линии колена вверх. От точки 26 через точку 24 провести прямую линию вверх, до пересечения ее с линией талии базисной сетки. Получена точка 31. - Измерить длину участка 31-32 и перенести полученное значение до пересечения с линией, проведенной через точку 22. Получена точка 33. - Соединить точки 33 и 31 вспомогательной прямой линией. - Начертить линию среднего среза задней половинки брюк по лекалам. В области точек 22 и 23 линия немного выгнута наружу. - По линии 33-31 отложить от точки 33 величину, равную 1/4 От - получена точка 34. Для определения месторасположения верхней точки линии бокового среза задней половинки брюк (точка 35) надо отложить от точки 26 через точки 24 и 34 величину участка от точки 14 до точки 19 на передней половинке брюк, т. е. длину верхней части линии бокового среза. - Из точки 35 к точке 33 начертить линию верхнего среза задней половинки в соответствии с рис. 17. - Начертить линии бокового и шагового срезов выше линии колена, слегка вогнутыми между точками 24 и 26 и точками 27 и 30.

Литература:

1. Статистический сборник «Семья в Узбекистане», Е.,1998 год

2. Бескоровайная Г.П., С.В. Куренова. Проектирование детской одежды: Учебное пособие для студ.высших учеб.заведений /Под общей редакцией Г.П. Бескоровайной. М.: Мастерство, 2000,- 96с.

3. Доклад о человеческом развитии. Узбекистан 2000 «Центр экономических исследований», Ташкент 2000 г.

4. Химатуллаева У., Шамухитдинова Л.Ш., Наватова А.Д. «Исследование и анализ особенностей формирования гардероба одежды для детей первых лет жизни» Международный научный журнал «Наука, образование, техника» Киргизия, Ош, 2002г.

5. Шамухитдинова Л.Ш., Коблякова Е.Б., Федотова Т.К. «Предпосылки удлинения срока службы детской одежды», Ж.Швейная промышленность №4, 1992 год

6. ГОСТ 17916-86 Фигуры девочек типовые. Размерные признаки для проектирования одежды.-Введ.01.01.87

7. ГОСТ 17916-86 Фигуры мальчиков типовые. Размерные признаки для проектирования одежды.-Введ.01.01.87

8. Единая методика конструирования одежды СЭВ (ЕМКО СЭВ) Теоретические основы.- Т.1-М.: ЦНИИТЭИлегпром, 1988

9. Единая методика конструирования одежды для мальчиков (ЕМКО ЦНИИШП)

10. Единый метод конструирования одежды с втачными рукавами для мальчиков, изготовляемой по индивидуальным заказам населения.- М: ЦБНТИ, 1987

11. Ателье

12. Умида маколалар

ОБЩИЙ СОСТАВ И СТРУКТУРА ПЕРСОНАЛЬНЫХ ЭВМ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ, ИХ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.

Тема №1 Архитектура персонального компьютера, структура вычислительных систем. Программное обеспечение вычислительной техники.

В состав ЭВМ входят центральное устройство и периферийные устройства, взаимодействие и работа которых происходит под управлением программ. Центральное устройство ЭВМ включает в себя центральный процессор (англ. central processing unit - CPU) и запоминающее устройство (ЗУ). Периферийные устройства ЭВМ представляют собой устройства ввода/вывода и хранения информации. Сопряжение этих основных составляющих узлов ЭВМ обеспечивается каналами связи (внутримашинным интерфейсом) (рис.1).

Принцип действия, информационные взаимосвязи и соединение этих основных узлов определяют архитектуру ЭВМ, общность которой для разных компьютеров обеспечивает их совместимость для пользователя.

Архитектура - структура компьютерной системы и взаимосвязей компонентов, аппаратных и/или программных средств, описанная. схематически или с подробным указанием параметров.

Термин «архитектура» шире, чем структура, поскольку применяется к системе систем, структуре из структур, а также для сети компьютеров. Архитектура может носить характер рекомендации в отношении модели компьютера, отдельного устройства (архитектура процессора) или операционной системы. Каждая подсистема имеет свою архитектуру, так что термин «архитектура» зависит от контекста. Например, процессор сам является сложной системой, обладающей архитектурой.

В основе построения большинства ЭВМ лежат три общих принци­па, сформулированных в 1945 г. Дж. фон Нейманом: программное уп­равление, однородность памяти, адресность.

Принцип программного управления заключается в том, что выполне­ние программ процессором производится автоматически без вмешательства человека. Реализуется этот принцип за счет того, что программа, состоящая из набора команд, выполняется в строго определенной последовательности. Порядок выполнения команд обеспечивается счетчиком команд, который производит выборку команд из памяти, где они расположены в порядке следования друг за другом.

Принцип однородности памяти заключается в том, что в памяти компьютера хранятся как программы, так и данные. Это позволяет строить более гибкие программы, так как в процессе своего выполне­ния они могут подвергаться переработке.

Принцип адресности состоит в том, что все пространство основной памяти компьютера структурно состоит из пронумерованных ячеек и процессору всегда доступна любая ячейка памяти.

Основными классическими типами архитектур ЭВМ являются: звезда, иерархическая и магистральная.

Архитектура звезда представляет собой классическую архитектуру фон Неймана - однопроцессорный компьютер (рис. 2, а). Такая архитектура была реализована в вычислительных машинах первых двух поколений и содержала следующие основные блоки:

· управляющее устройство, организующее процесс выполнения программ;

выполняющее арифметические и логические операции;

оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) для хранения выполняемой программы и текущих данных;

внешнее запоминающее устройство для хранения внешних программ и данных;

устройства ввода-вывода информации.

Взаимодействие основных устройств компьютера реализуется в со­ответствии с принципами фон Неймана. В оперативное запоминающее устройство ЭВМ с внешнего запоминающего устройства вводится про­грамма для выполнения. ОЗУ реализовано в виде пронумерованных ячеек памяти, где могут находиться команды программы и данные. Устройство управления считывает команды из памяти последовательно, в соответствии с нумерацией ячеек, и организует их выполнение, направляя данные для обработки в АЛУ. Результат выполнения команды может записываться в ОЗУ, выводиться на устройство вывода, сохраняться во внешнем запоминающем устройстве. Устройство управления обменивается информацией с другими устройствами ЭВМ. После выполнения программы устройство управления переходит в режим ожидания каких-либо сигналов от внешних устройств, например для ввода информации.

В ЭВМ третьего поколения за счет применения интегральных микросхем существенно увеличилось быстродействие процессора и скорость обмена информацией внутри центрального устройства стала значительно превышать скорость работы с внешними устройствами. В связи с этим функции обмена информацией с внешними устройствами были переданы специальным схемам управления работой внешних устройств - кон­троллерам. Контроллер представляет собой устройство управления (специализированный процессор) внешним устройством с помощью встроенных программ обмена. Такая иерархическая архитектура постро­ена на основе подключения к центральному процессору контроллеров, к которым подключены периферийные внешние устройства (рис. 2, б). На архитектуре такого типа были построены ЭВМ системы IBM 360-375.

Магистральный тип архитектуры построен на базе подключения центрального процессора (процессоров), оперативных запоминающих устройств и контроллеров внешних устройств к одной общей магистрали (шине) (рис. 2, в). Эта системная магистраль (общая шина) представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. В общей шине выделяют отдельные группы: шину адреса, шину данных, шину управления. На этом принципе построены современные компьютеры типа IBM PC. Такая открытость архитектуры ЭВМ позволяет свободно выбирать состав внешних устройств и тем самым конфигурировать компьютер.

Вычислительная система - это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для сбора, хранения, обработки и распределения информации. Создание вычислительных систем позволяет повысить производительность вычисле­ний за счет ускорения процессов обработки данных, повышения их надежности и достоверности. Отличительной особенностью вычислительной системы по отношению к классическим ЭВМ является наличие нескольких вычислителей, выполняющих параллельную обработку данных. С одной стороны, параллелизм выполнения операций позволяет существенно повысить быстродействие системы и ее надежность, но с другой - значительно усложняет управление вычислительным процессом. Основными архитектурами вычислительных систем являются многомашинные и многопроцессорные.

Многомашинная ВС включает в себя несколько процессоров, каждый из которых работает со своей оперативной памятью. Каждый компьютер в такой многомашинной системе имеет классическую архитектуру и выполняет свою вычислительную задачу, слабо связанную с вычислительными задачами других компьютеров, входящих в вычислительную систему.

Многопроцессорная архитектура строится на базе нескольких процессоров, параллельно выполняющих вычисления, составляющие одну задачу. Таким образом, в такой вычислительной системе может быть организовано несколько потоков данных и несколько потоков команд. Архитектура вычислительных систем с параллельной обработкой данных может включать в себя четыре базовых класса, в основе которых лежит понятие потока. Под потоком понимается последовательность элементов, команд или данных, обрабатываемая процессором.

Архитектура с одним потоком команд и с одним потоком данных (ОКОД) охватывает все однопроцессорные одномашинные варианты систем (рис. 3, а). Параллельность вычислений в таких системах обеспечивается путем совмещения операций отдельными арифметико- логическими блоками, а также параллельной работой устройств ввода-вывода и процессора. В этот класс входят все классические ЭВМ. Архитектура с множественным потоком команд и одним потоком данных (МКОД) представляет собой своеобразный конвейер, где результаты обработки от одного процессора передаются следующему (рис. 3, 6). Архитектура лежит в основе магистральных (конвейерных) многопроцессорных вычислительных систем, где процессоры одновременно выполняют разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных. Конвейерная схема нашла применение r так называемых скалярных процессорах суперЭВМ.

Архитектура с одним потоком команд и многими потоками данных (ОКМД) применяется для задач обработки матриц и массивов данных (рис. 4, а). Процессорные элементы в такой архитектуре однородны и управляются одной и той же последовательностью команд, но обрабатывают свои потоки данных. На базе такой архитектуры строятся так называемые векторные многопроцессорные вычислительные системы. Структура вычислительных систем такого типа применяется в специализированных суперЭВМ. Векторная архитектура была заложена в основу первой суперЭВМ 3NIAC-1V, а также использовалась в серии суперЭВМ Gray фирмы Gray Research, а также суперЭВМ Cyber 205 фирмы Control Data и др.

Архитектура с множественным потоком команд и данных (МКМД) предполагает, что процессорные системы обрабатывают программы со своим потоком команд (рис. 4, б). На базе этой архитектуры строятся так называемые матричные многопроцессорные вычислительные системы, в которых микропроцессоры одновременно выполняют разные операции над несколькими последовательными потоками обрабатываемых данных. В простейшем случае такие процессоры могут быть автономными и независимыми.

Архитектура персонального компьютера

Архитектура персонального компьютера определяется в первую очередь его внутренней архитектурой: центральным процессором и подсистемами памяти, внутримашинным интерфейсом, а также подсистемами ввода-вывода информации. Структурная схема персонального компьютера представлена на рис. 5.

Центральным блоком персонального компьютера является микро­процессор, управляющий всеми блоками компьютера и выполняющий арифметические и логические операции с данными. В состав микро­процессора входят:

устройство управления, которое формирует на основе опорных сигналов тактового генератора сигналы управления, а также адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает их в соответствующие блоки;

арифметико-логическое устройство, предназначенное для выполнения всех арифметических и логических операций над данными;

микропроцессорная память, которая служит для кратковременного хранения, записи и выдачи данных, непосредственно используемых в вычислениях в ближайшие такты машины. Микропроцессорная память реализована в виде регистров - быстродействующих устройств, предназначенных для временного хранения данных ограниченного размера. Обычно регистры имеют ту же разрядность, что и машинное слово;

интерфейсная система микропроцессора, реализующая сопряжение микропроцессора с другими устройствами компьютера. Она включает в себя внутренний интерфейс микропроцессора, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной.

Основной интерфейсной системой компьютера, обеспечивающей сопряжение и связь всех его устройств между собой, является системная шина (магистраль), включающая в себя:

шину данных, предназначенную для параллельной передачи всех разрядов машинного слова данных;

шину адреса, состоящую из проводов и схем сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

шину управления, служащую для передачи управляющих сигналов
во все блоки компьютера.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

1) между микропроцессором и основной памятью;

2) между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;

3) между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки (их порты ввода-вывода) через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется, как правило, контроллером шины, формирующим основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.

Основная память компьютера предназначена для хранения и оперативного обмена информацией между блоками компьютера. Она содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство.

ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной информации и позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию. В постоянной памяти хранятся программы тестирования оборудования ПК, программы, связанные с обслуживанием ввода/вывода, некоторые данные и др. При выключении электропитания компьютера содержимое постоянной памяти сохраняется.

ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в процессе работы ПК. Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). Память называется оперативной потому, что работает так быстро, что процессору не приходится ждать при чтении данных из памяти и записи в нее. При выключении питания ПК вся информация в ОЗУ стирается. Объем установленной в компьютере оперативной памяти определяет, с каким программным обеспечением можно на нем работать. При недо­статочном объеме оперативной памяти многие программы либо не работают, либо работают очень медленно.

Внешняя память ПК относится к внешним ее устройствам и ис­пользуется для долговременного хранения информации. Все про­граммное обеспечение компьютера хранится во внешней памяти. К внешней памяти компьютера относятся разнообразные виды запоминающих устройств, основными из которых являются накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках. Назначение этих накопителей - хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. Различаются НЖМД и НГМД лишь конструктивно, объемами хранимой информации и временем поиска, записи и считы­вания информации. В качестве устройств внешней памяти используются также запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте (стримеры), накопители на оптических дисках и др.

Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических импульсов. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы компьютера. Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, так как каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

Переход к моделированию режима ввода-вывода базовой ЭВМ осуществляется вхождением в меню (нажатием клавиш "Shift +F4") и выбором из меню режима "Работа с ВУ" (клавиши "стрелка вниз","стрелка вверх" - для перемещения курсора и клавиша "En­ter" - для выбора режима), после чего на экране появляется кар­тинка, соответствующая рис. 2.1..

Устройства ввода-вывода базовой ЭВМ.

В базовой ЭВМ используются простейшие внешние устройства: одно устройство вывода (ВУ1), одно устройство ввода (ВУ2) и одно устройство ввода-вывода (ВУ3). Между внешними устройствами вклю­чены простейшие контроллеры, каждый из которых содержит: регистр данных для обмена данными между ВУ и процессором; дешифратор ад­реса и приказов, позволяющий выделить обращение к данному ВУ и декодирующий приказы от процессора на выполнение тех или иных операций; регистр состояния, в котором хранится информация о го­товности ВУ к обмену данными с процессором. Здесь используются однобитовые регистры готовности, называемые флагом. Контроллеры ВУ связаны с процессором шинами, служащими для передачи информа­ции, адресов, сигналов управления и сведений о состоянии внешних устройств.

Программно-управляемая передача данных.

При использовании программно-управляемого обмена должна быть составлена программа, обеспечивающая пересылку данных из памяти ЭВМ в аккумулятор и далее в регистр данных контроллера ВУ или из регистра данных контроллера ВУ в аккумулятор и затем в память ЭВМ.

В такой программе можно реализовать один из трех видов об­мена: синхронный, асинхронный и по прерыванию. Синхронный обмен очень редко используется в ЭВМ и не будет рассматриваться в дан­ных методических указаниях.

К командам ввода-вывода относятся: CLF, TSF, IN, OUT. Команда CLF B служит для установки в нуль флага ВУ с адресом В.

Команда TSF B служит для проверки готовности к обмену ВУ с адресом В. Если флаг этого ВУ сброшен (ВУ не готово к обмену), то выполняется команда, расположенная вслед за TSF B. В против­ном случае эта команда пропускается и выполняется команда, рас­положенная через одну за TSF B.

Команда IN B служит для пересылки содержимого регистра дан­ных контроллера ВУ с адресом В в восемь младших разрядов аккуму­лятора.

Команда OUT B служит для пересылки содержимого восьми млад­ших разрядов аккумулятора в регистр данных контроллера ВУ с ад­ресом В.

Для организации обмена с ВУ в состав устройства управления базовой ЭВМ включены два устройства: регистр состояния внешних устройств и контроллер прерываний. Связь контроллеров ВУ с этими устройствами осуществляется по линиям "Состояние флагов ВУ" и "Запрос прерывания". Данные передаются по шинам ввода и вывода.

Асинхронный обмен.

Программа такого обмена строится следующим образом: сначала проверяется готовность ВУ к обмену и, если оно готово, дается команда на обмен. ВУ сообщает о готовности установкой флага.

Пример 2.1. С помощью ВУ-2 записать в ячейку 006 коды сим­волов слова "ДА".

Для обозначения символов будем использовать следующие коды:

Программа для выполнения этого задания имеет вид:

Адрес	Содержимое	Комментарий
Код	Мнемоника
.. 2A 2B 2C	FFF8 E102 C020 E202 E002 F600 0005 C024 E102 C027 E202 E002 3006 F000	TSF 2 BR 20 IN 2 CLF 2 ROL ISZ 5 BR 24 TSF 2 BR 27 IN 2 CLF 2 MOV 6 HLT	Константа -8, используемая для сдвига Ячейка для записи слова "ДА". Опрос флага контроллера ВУ-2 и повторение этой операции, если ВУ-2 не готово к обмену (флаг=0). Эта команда выполняется, если флаг=1 (команда BR 20 в этом случае пропускается). Содержимое РД ВУ-2 пересылается в 8 младших разрядов ак-кумулятора. Сброс готовности ВУ-2 (очистка флага ВУ-2) Код первого символа сдвигается на 8 разрядов влево и освобождает место для ввода следующе- го символа. Опрос флага контроллера ВУ-2 и повторение этой операции, если ВУ-2 не готово к обмену (флаг=0). Ввод кода символа содержащегося в РД ВУ-2. Эта команда выполняется, если флаг=1. Сброс готовности ВУ-2. Пересылка кода слова "ДА" в ячейку 006. Останов ЭВМ.

Две первые команды этой программы "заставляют" ЭВМ ожидать го­товности ВУ-2 к выдаче данных. Поэтому до первого нажатия клави­ши F2 необходимо занести в РД ВУ-2 код символа "Д" (для ввода данных в РД ВУ-2 необходимо нажать клавиши Shift+F2 и осущест­вить ввод с клавиатуры, после чего нажать клавишу "Enter"). За­тем нажать клавишу F2 и (после сброса флага ВУ-2) приступить к набору символа "A". В процессе набора этого кода ЭВМ занята сдвигом кода символа "Д" в старшие разряды аккумулятора, чтобы подготовиться к приему символа "А", и ожиданием поступления нового сигнала готовности ВУ-2 к выдаче информации. После набора ко­да символа "А" (набирается аналогично символу "Д") можно сразу нажимать клавишу F2. Теперь в аккумулятор перепишется все слово "ДА", а затем оно перепишется в ячейку 006 и выполнение программы прекратится.

Легко заметить, что при асинхронном обмене ЭВМ должна тратить время на ожидание момента готовности, а так как готовность проверяется программным путем (команда TSF), то в это время ЭВМ не может выполнить никакой другой работы по преобразованию дан­ных.

1. Микропроцессор

2. Основная (материнская) плата и шина

4. Накопители на подвижном магнитном носителе

5. Накопители на гибких магнитных дисках

• 6. Оптические диски
• 7. Блоки расширения
• Список литературы

1. Микропроцессор

Центром вычислительной системы является ее процессор. Это основное звено, или "мозг" компьютера. Именно процессор обладает способностью выполнять команды, составляющие компьютерную программу. Персональные компьютеры строятся на базе микропроцессоров, выполняемых в настоящее время на одном кристалле (чипе).

Внутреннее устройство процессоров непрерывно совершенствуется, и каждый следующий тратит на одну и ту же работу вдвое меньше тактов, чем предыдущий. В 8088 одна команда занимала 5-15 тактов, в Pentium - 0,5-1 (внутреннее дублирование схем позволяет ему выполнять несколько команд одновременно). Поэтому с точки зрения производительности микропроцессора, т. е. сколько он выполняет миллионов операций в секунду (MIPS - Million Instruction Per Second), каждое его следующее поколение даже при одной и той же тактовой частоте работает быстрее.

При переходе от одного поколения микропроцессоров к другому разработчики стремились сохранить набор основных команд, чтобы обеспечить преемственность и совместимость. При этом в формировании набора команд микропроцессора наметилось два направления. С одной стороны, программисту очень удобна машина, выполняющая одной командой какую-нибудь сложную операцию, например, команду извлечения квадратного корня. Но чем сложнее команды, тем сложнее схемы и дороже процессор. Поэтому программисты уже давно определили, какого минимального набора команд достаточно, чтобы программы из них было легко и удобно строить. А инженеры разработали схемы быстрого выполнения именно таких удобных команд. Программа, составленная из подобных простейших команд, - длиннее. Однако она исполняется настолько быстро, что в целом, все равно, ее исполнение занимает меньше времени. Кроме того, легче учесть взаимовлияние простых команд. Значит, проще оптимизировать программу, а затем эту оптимизацию автоматизировать.

С начала 1998 года Intel избрал новую политику - дробить рынок на части и для каждой делать свой продукт. Так наряду с производительными и дорогими Pentium II (с начала 1999 г. Pentium III) появилось семейство Celeron (рис.1-1), нацеленное на низшую ценовую категорию для конкуренции с микропроцессорами фирмы AMD.

В последние годы Intel развивает серию Pentium 4: 2000г.- Intel Pentium 4 (Willamette, Socket 423). Принципиально новый процессор с гиперконвейеризацией (hyperpipelining) - с конвейером, состоящим из 20 ступеней. Согласно заявлениям Intel, процессоры, основанные на данной технологии, позволяют добиться увеличения частоты примерно на 40 процентов относительно семейства P6 при одинаковом технологическом процессе. Применена 400 МГц системная шина (Quad-pumped), обеспечивающая пропускную способность в 3,2 ГБайта в секунду против 133 МГц шины с пропускной способностью 1,06 ГБайт у Pentium III. Кодовое имя: Willamette. Технические характеристики: технология производства - 0,18 мкм; тактовая частота - 1.3-2 ГГц; кэш первого уровня - 8 Кб; кэш второго уровня - 256 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (400 МГц); разъём Socket 423.

2. Основная (материнская) плата и шина

Для того чтобы микропроцессор мог работать, необходимы некоторые вспомогательные компоненты. Когда данные передаются внутри компьютерной системы, они проходят по общему каналу, к которому имеют доступ все компоненты системы. Этот путь получил название шины данных. Необходимо отметить, что понятие «шина данных» имеет общее значение, конкретно же и микропроцессор имеет свою шину данных и оперативная память. Когда нет специального уточнения, то речь идет, как правило, об общей шине, или иначе шине ввода-вывода.

Эта шина формируется на сложной многослойной печатной плате - основной, или иначе, материнской (motherboard рис. 1-2).

Системная шина представляет собой совокупность сигнальных линий, объединённых по их назначению (данные, адреса, управление). Основной функцией системной шины является передача информации между базовым микропроцессором и остальными электронными компонентами компьютера. По этой шине так же осуществляется не только передача информации, но и адресация устройств, а также обмен специальными служебными сигналами.

Концепция шины представляет собой один из наиболее совершенных методов унификации при разработке компьютеров. Вместо того чтобы пытаться соединять все элементы компьютерной системы между собой специальными соединениями, разработчики компьютеров ограничили пересылку данных одной общей шиной.

Эта идея чрезвычайно упростила конструкцию компьютеров и существенно увеличила ее гибкость. Чтобы добавить новый компонент, не требуется выполнять множество различных соединений, достаточно присоединить его к шине через специальный разъем (Slot). Чтобы упорядочить передачу информации по шине используется контроллер шины.

3. Память

Одним из основных элементов компьютера, позволяющим ему нормально функционировать, является память. Внутренняя память компьютера (оперативная память и кэш-память) - это место хранения информации, с которой он работает. Она является временным рабочим пространством. Информация во внутренней памяти не сохраняется при выключении питания, на диске же или дискете может храниться годами без потребления питания. В постоянной памяти (ROM) персонального компьютера записан набор программ базовой системы ввода-вывода (BIOS). Эта память энергонезависима и BIOS всегда готова к чтению при включении питания компьютера.

Основная (оперативная) память (RAM - Random Access Memory - память с произвольным доступом) компьютера отличается от прочих устройств памяти, прежде всего тем, что к любому ее месту можно обратиться одинаково быстро, даже если делать это в случайном (произвольном) порядке (random access).

Большинство старых программ, работающих под управлением DOS, укладываются в сотни килобайт - ведь DOS адресует только 640 Кбайт. Современные операционные системы многозадачные. Они позволяют нескольким программам действовать одновременно, а главное, взаимодействовать между собой. Поэтому для их работы требуется значительный объем оперативной памяти, например, для операционной системы Windows ME - 64 Мбайт, для Windows XP - 128 Мбайт. Причем эти требования минимальные. Для приемлемой скорости работы с наиболее часто используемыми комбинациями программ эти цифры надо хотя бы удвоить или лучше учетверить.

Физически оперативная память устанавливается в виде модулей SIMM (Single In-line Memory Modules) или DIMM (Double In-line Memory Modules) в специальные гнезда на материнской плате (рис. 1-3).

На системной (материнской) плате модули памяти организуются в банки памяти. В компьютерах последних лет разъемы для модулей SIMM полностью исключены, так что используются только DIMM модули объемом 64 МВ и выше. Оперативная память подвержена многим помехам. Поэтому обычно к каждому байту добавляют девятый бит - для контроля на четность. Существуют также способы автоматического восстановления информации при сбоях. Однако они требуют большей избыточности памяти и соответственно повышают ее цену. Поэтому память с расширенным корректирующим кодом (ЕСС - Extended Correction Code) используют, прежде всего, в мощных машинах, решающих серьезные задачи.

4. Накопители на подвижном магнитном носителе

Для первых персональных компьютеров разработали винчестеры диаметром 5,25", затем для портативных компьютеров - 3,5"; а в ноутбуки уже ставят накопители диаметром 2,5" и даже 1,8". Винчестеры размером 5,25" теперь не используются даже в настольных компьютерах, чаще устанавливаются 3.5" (рис. 1-4). Устройства управления винчестерами - контроллеры - раньше размещались на отдельных печатных платах. Теперь почти все нужные схемы встраивают в корпус винчестера - Integrated Drive Eiectronic (IDE), а немногие оставшиеся компоненты обычно включены в motherboard (или на плате расширения, называемой MultiCard) и подключаются через плоский специальный многожильный кабель.

В 2003 году появились первые экземпляры контроллеров Serial ATA на популярных материнских платах. Прежде всего, кабель у нового интерфейса принципиально отличается от прежнего плоского и широкого (40- или 80-жильного), у него количество сигнальных проводов сокращено до четырех (есть дополнительная «земля»), и до метра увеличена допустимая длина. Это способствует более компактной упаковке и лучшим условиям охлаждения внутри корпуса компьютера, удешевляет конструкцию. Тут компактные семиконтактные разъемы соединяются узким уплощенным кабелем шириной примерно 8 мм и толщиной около 2 мм. Внутри кабеля Serial ATA находятся две пары сигнальных проводов (одна пара на прием, другая - на передачу), отделенных тремя жилами общего провода («земли»). На разъеме, расположенном на дисках и материнских платах, три «земляных» контакта выступают чуть дальше сигнальных контактов, чтобы облегчить «горячее» подключение (рис. 1-5).

5. Накопители на гибких магнитных дисках

Гибкий (floppy) диск (дискета) - круг лавсановой пленки с магнитным покрытием, помещенный в защитный конверт еще недавно был единственным сменным носителем информации в компьютере, ведь первые PC (до РС ХТ) других дисков не имели. Первые дискеты для РС были размера 5,25", портативные РС потребовали формата 3,5", однако позднее они стали применяться на всех компьютерах, и вытеснили дискеты 5,25".

Информация на дискету записывается с двух сторон, с каждой из которых располагается 80 дорожек. Головки на верхней и нижней сторонах дискеты смещены друг относительно друга, чтобы они не мешали подтягивать (для уменьшения зазора) поверхность дискеты к головкам за счет аэродинамических эффектов при вращении носителя. Также в зависимости от формата каждая сторона разбивается на определенное количество секторов.

В дисководах (рис. 1-6) для гибких дисков (дискет) головки записи/чтения при его работе непосредственно касаются поверхности дискеты, поэтому скорость вращения значительно ниже (300 или 360 оборотов в минуту) и дискеты быстрее выходят из строя. Для уменьшения трения дискеты покрывают защитным слоем тефлона (фр. тефаль) - материала с очень низким коэффициентом трения. Они дороже раза в полтора, но зато служат гораздо дольше.

6. Оптические диски

В эту группу объединены носители, которые для считывания информации используется чисто оптический принцип, когда 1 или 0 распознаются по различной фазе отраженного лазерного луча от поверхности с различным состоянием, созданным при записи данных.

WORM - накопители (Write Once Read Many - одна запись много считываний) представляют собой диск, помещенный обычно в прочный картридж 5,25", по конструкции подобный дискете 3,5" . Запись информации сводится к тому, что на светлой поверхности диска там, где это нужно, выжигаются лазерным лучом микроскопические темные пятнышки. Емкость накопителя составляет от 650 Мбайт до 1,3 Гбайт.

Для записи поверхность магнитооптического диска прогревают лазерным лучом до температуры легкого перемагничивания (точки Кюри). Обычно сначала при постоянном нагреве намагничивают записываемый участок в одном направлении, а потом импульсным нагревом перемагничивают нужные точки. Это долго, требуется два оборота диска. Новейшие устройства способны создавать быстропеременное магнитное поле нужной силы и записывают за один оборот. Так что и по скорости записи магнитооптика догоняет винчестер. При этом, как и винчестер позволяют многократно перезаписывать информацию и подобно дискете заменять носитель. Такое сочетание свойств объясняет большую популярность МО в мире.

В конце 70-х годов компания Philips выпустила первые компакт-диски (CD - Compact-Disk). Вначале они предназначались для 14-разрядной звуковой записи продолжительностью звучания 60 минут. Диаметр тех дисков был несколько меньше диаметра современных компакт-дисков, который равен 12 см (4,75 дюйма). Вскоре Philips обменялась патентами с Sony, в результате чего был издан совместный стандарт. Стандарт определял характеристики аудиодисков (CD-DA - Compact-Disk Digital Audio - компакт-диск для цифровой аудиозаписи). Запись звука стала 16-разрядной, а продолжительность звучания не менее 72 минут (говорят, что длительность определялась возможностью записи на один диск Девятой симфонии Бетховена). При непрерывном чтении и воспроизведении музыки для этого оказалось достаточно скорости чтения 150 Кбайт/с. Теперь приводы CD-ROM работают с существенно большей кратностью чтения до 56Х (рис. 1-7).

Впоследствии были выпущены стандарты для других типов компакт-дисков. Компании Philips и Sony в декабре 1994 года объявили, что разработан проект стандарта, названного MMCD (MultiMedia Compact Disk). Диск с однослойной записью мог иметь емкость 3,7 Гбайт. При помощи компании ЗМ была разработана технология 2-cлoйной записи для проекта MMCD. В этом случае емкость диска удваивалась. Такие параметры уже могли обеспечить проигрывание цифрового видео в формате MPEG-2 (Motion Picture Experts Group) в течение 135 и 270 минут соответственно.

7. Блоки расширения

Блоки (платы) расширения или карты (Card), как их иногда называют, могут использоваться для обслуживания устройств, подключаемых к IBM PC. Они могут использоваться для подключения дополнительных устройств (адаптеров дисплея, контроллера дисков и т.п.). Если оборудование умещается на одной плате, то его можно разместить внутри корпуса системного блока. Если же оно не помещается в корпус, например, в случае с монитором, то внутри размещается только плата управления или согласования, соединяющаяся с оборудованием с помощью кабеля, который можно подключить через соединитель (Connector), расположенный на задней стенке корпуса (точнее, соединитель располагается обычно непосредственно на торце платы). Каждой плате расширения, устанавливаемой в слот (Slot) на материнской плате, соответствует специальное отверстие в задней стенке корпуса, закрытое заглушкой, если оно не используется. При установке платы ее торец вместо заглушки становится элементом задней стенки компьютера.

Первой приобрела популярность, достаточную для массового выпуска, плата Sound Blaster. Сегодня почти все звуковые платы обеспечивают совместимость с нею (рис. 1-8). Современные звуковые платы могут не просто воспроизвести объемный звук, но и объемный управляемый в зависимости от изображения на экране.

В персональных компьютерах видео платы (VideoCard), прежде всего, предназначались для согласования с монитором (видеоадаптеры), затем вывода на экран графики понадобились ускорители (видео акселераторы).

РС начинают загрузку с режима VGA - Video Graphic Array (640x480 пикселей - picture element, pixel). Режим SuperVGA, формат 800 х 600 пикселей нужен, чтобы при оформлении одиночного документа было доступно все богатство шрифтов системы Windows. Для верстки журналов и газет требуется, хотя бы 1024 х 768, а лучше - 1280 х 1024 пикселей. Иначе не разглядишь, как стыкуются отдельные фрагменты. Рисование идет быстро на экране с разрешением 1280 х 1024 - 1600 х 1200, с меньшим форматом придется постоянно переключаться на крупномасштабный просмотр фрагментов и т.д.

Если умножить шаг (расстояние между центрами пикселей) на требуемое число пикселей в строке, а затем помножить на 1,25 (отношение длины диагонали экрана к длине его строки), то получится длина в миллиметрах диагонали нужного монитора. (В дюймах - поделите на 25,4). Так, что для современных персональных компьютеров требуется монитор с размером по диагонали не менее 15 (лучше 17) дюймов (рис. 1-9).

Полнотекстовый поиск:

Где искать:

везде
только в названии
только в тексте

Выводить:

описание
слова в тексте
только заголовок

Главная > Реферат >Информатика

Основные характеристики ЭВМ.

Классификация средств электронной вычислительной техники.

Комплекс технических и программных средств, предназначенные для автоматизации подготовки и решения задач пользователей. Пользователем понимают человека, в интересах которого проводится обработка данных на ЭВМ. В качестве пользователя могут выступать, программисты работ, программисты, операторы. Структура – совокупность элементов и их связей. Различают структуры технических, программных и аппаратурно-программных средств. Выбирая ЭВМ для решения своих задач пользователь интересуется функциональными возможностями технических и программных модулей при этом пользователь интересуется не конкретной технической реализацией отдельных модулей, а более общими вопросами возможности организации вычисления.

Архитектура ЭВМ – это многоуровневая иерархия аппаратно- программных средств из которых состоит ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение. Конкретная реализация уровней определяет особенности структурного построения ЭВМ. Детализацией архитектурного и структурного построения ЭВМ занимаются различные категории специалистов вычислительной техники. Инженеры схемотехники проектируют отдельные технические устройства и разрабатывают методы их сопряжения друг с другом. Системные программисты создают программы управления технического средства информационного взаимодействия между уровнями или программой вычислительного процесса. Программисты прикладники разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействия пользователей с ЭВМ и необходимый сервис при решении ими своих задач. Характеристики ЭВМ определяющих её структуру.

Технические и эксплутационные характеристики ЭВМ (быстродействие и производительность, указатель надёжности достоверности точность, ёмкость оперативной памяти, габаритные размеры, стойкость технических и программных средств, особенности эксплуатации).

Характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ; возможность расширения состава технических и программных средств возможность изменения структуры.

Состав программного обеспечения ЭВМ и сервисных услуг (оперативная система или среда, пакеты прикладных программ и средства автоматизации программирования).

Одно из важнейших характеристик ЭВМ является её быстродействие, в которой характеризуется числом команд, выполняемых ЭВМ за 1 сек.

Реальное или эффективное быстродействие, обеспечиваемое ЭВМ значительно ниже оно может сильно отличаться в зависимости от класса решаемых задач. К сравнению по быстродействию достоверных оценок, поэтому вместо характеристики быстродействия часто используют связанную с ней характеристику производительности – объём работ осуществляемых ЭВМ в единицу времени. Ёмкость заполняющих устройств: ёмкость в памяти измеряется количеством структурных единиц информации, которая может одновременно размещаться в памяти. Структурной наименьшей единицей информации является бит – одна двоичная цифра. Обычно ёмкость памяти оценивается в более крупных единицах измерения – байт.

Надёжность – это способность ЭВМ при определённых условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени.

Высокая надёжность закладывается в процессе её производства переход на новую элементную базу сверх большие интегральные схемы (СБИС – сверх большие интегральные схемы резко сокращает число используемых интегральных схем, а значит использует число их соединений друг с другом).

Точность – это возможность различать почти равные значения, точность получение результатов обработки в основном определяется разрядностью ЭВМ, а так же используемыми структурными единицами. Представление информации (байтом, словом, двойным словом).

Достоверность – свойство информации быть правильно воспитанной. Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных результатов. Заданный уровень достоверности обеспечивается аппаратурно-программными средствами контроля самой ЭВМ.

Классификация средств ЭВТ.

1. Традиционную ЭВТ разделяют на аналоговую и цифровую. В ЭВМ обрабатываемая информация представляет соответствующими знаниями аналоговых величин: тока, напряжения, угла поворота какого-то механизма и т.п. Обеспечивает приемлемое быстродействие за не очень высокую точность вычисления (0,001-0,01). Используются в основном в проектных и научно-исследовательских учреждениях в составе различных стендов для обработки сложных образцов техники. По своему назначению их можно рассматривать, как специализированные вычислительные машины. Цифровые вычислительные машины – в них информация кодируется двоичными кодами цифр, они являются самой массовой вычислительной техники.

2.В настоящее время выпускается в основном 4 класса ПК.

Большие ЭВМ (main frain) они представляют собой многопользовательские машины с центральной обработкой, с большими возможностями для работы с базами данных и с различными формами удалённого доступа.

Машины RS6000 – очень мощные по производительности, предназначенные для построения рабочих станций для работы с графикой, Unix с сервером кластерных комплексов.

Средние ЭВМ – предназначенные в первую очередь работать в финансовых структурах (ЭВМ типа AS\400-бизнес ПК 64-разрядный). Они используются в качестве серверов локальных сетей и сетей корпорации, успешно конструируют с многопроцессорными серверами других фирм.

Компьютеры на платформе микросхем фирмы Intel.

СуперЭВМ. 2.Большие ЭВМ. 3. средние ЭВМ. 4. Персональные и профессиональные ЭВМ. 5. Встраиваемые микросхемы.

Общие принципы построения современных ЭВМ.

Основной принцип построения современных ЭВМ.

Понятие алгоритма.

Понятие программы для ЭВМ.

Принцип программного управления.

1.Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление. В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычисления.

2.Алгоритм – конечный набор предписаний, определяющий решение задачи по средством конечного количества операций.

3.”Программа (для ЭВМ) – упорядоченная последовательность команд подлежащей обработки” стандарт ISO 2381/-84. Следует заметить, что строгого однозначного определения алгоритма равно, как однозначных методов преобразования алгоритмов в программу вычислений не существует.

4.Принцип программного управления может быть осуществлён различными способами: стандартом для построения практически всех ЭВМ стал способом, описанный Фон-Нейманом в 1945г. построений ещё первых образцов ЭВМ. Суть его заключается в следующем: все вычисления предписанные алгоритмом решения задач должны бать представлены в виде программы, состоящие из последовательности управляющих слов команд. Каждая команда содержит указание на конкретную выполняемую операцию места нахождения (адреса) операндов и ряд служебных признаков. Операнды – это переменные значения, которых участвуют в операциях преобразования данных, списков (массив) всех переменных (входных данных промежуточных значений и результатов вычислений) является ещё одним неотъемлемым вычислением другой программы. Для доступа к программам, командам и операциям используют их адреса . В качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ предназначенных для хранения объектов. Информация (командная и данные: числовые, текстовая, графическая и т.п.) копируется двоичными цифрами 0 и 1, поэтому различные типы информации, размещенные в памяти ЭВМ практически не различимы, идентификация их возможна только при выполнении программ согласно её логике по контексту. Последовательность битов в формате имеющая определённый смысл называется – полем. Например: каждой команде программы различают поле кода, операция поля адресов, операндов приблизительно к числовой информации выделяют знаковые разряды поля значащих разрядов чисел старшие и младшие разряды. Последовательность, состоящая из определённого принятого для данной ЭВМ числа байтов называется словом.

Алгоритм – конечный набор предписаний определённых решений задачи посредством конечного количества операций.

Программа для ЭВМ – упорядоченная последовательность команд подлежащая обработке.

Операнды – это переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных.

Поле – последовательность битов в формате, имеющие определённый смысл.

Внутренняя структура вычислительной машины.

1.Основные устройства ЭВМ.

2.Процессор или микропроцессор.

3.Память ЭВМ.

4.Оперативная память.

5.Постоянная память

6.Устройство ввода/вывода.

7.Системные интерфейсы.

8.Внешняя память.

9.Пульт управления.

Любое ЭВМ неймоновской архитектуры содержит следующие основные устройства:

1.Арифметическо-логическое устройство (АЛХ)

2.Устройство управления (УУ).

3.Заполняющее устройство (ЗУ).

4.Устройство ввода/вывода (УВВ).

5.Пульт управления (ПУ).

В современных ЭВМ АЛУ и УУ объединены в общее устройство и называются центральным процессором.

Процессор или микропроцессор является основным устройством ЭВМ он предназначен для выполнения вычислений по хранящейся в Запоминающем устройстве программы и обеспечения общего управления ЭВМ. Быстродействие ЭВМ в значительной мере определяется скорость работы процессора. Для её увеличения процессор использует собственную память небольшого объёма именуемую местной или сверхоперативной, что в некоторых случаях исключает необходимость обращения к запоминающему устройству ЭВМ. Вычислительный процесс должен быть предварительно представлен для ЭВМ в виде программы, последовательности инструкций (команд) записанных в порядке выполнения. ЭВМ выбирает определённую команду расшифровывает её, определяет какие действия и над какими операциями следует выполнить. Эту функцию осуществляет устройство управления, оно же помещает выбранные из ЗУ операнды в АЛУ, где они обрабатываются. Само АЛУ работает под управлением УУ.

2.2.Обрабатываемае данные и выполняемые программы должны находиться в ЗУ – памяти ЭВМ, куда вводятся ч/3 устройство ввода. Ёмкость памяти измеряется в величинах кратких байту. Память представляет собой сложную структуру, построенную по иерархическому принципу и включает в себя ЗУ различных типов, функционально она делится на 2 части: внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя или основная память – это ЗУ напрямую связанная с процессором и предназначенная для хранения выполняемых программ и данных непосредственно участвующих вычислению. Обращение к внутренней памяти ЭВМ осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет ограниченный объём определяемой системы адресации машин. В свою очередь делится на оперативную ОЗУ и постоянную ПЗУ память. Оперативная память по объёму составляющая большую часть внутренней памяти и служит для приёма хранения и выдачи информации. При включении питания ЭВМ содержимое оперативной памяти в большинстве случаев теряется. Постоянная память обеспечивает хранение и выдачу информации в отличии от содержимого оперативной памяти содержимое постоянной памяти заполняется при изготовлении ЭВМ и не может быть изменено в обычных условиях эксплуатации. В постоянной памяти хранятся часто используемые (универсальные) программы. Пример: некоторые программы операционной системы, программы тестирования оборудования ЭВМ и другие, при выключении ПК содержимое постоянной памяти сохраняется.

Внешняя память предназначена для размещения больших объёмов информации (диски и ленты), которые к тому же являются переносимыми. Ёмкость этой памяти практически не имеет ограничений, а для обращения к ней требуется больше времени, чем ко внутренней. В ЗУ конструктивно отделены от центральных устройств ЭВМ процессора и внутренней памяти имеют собственное управление и выполняет запросы процессора без его непосредственного вмешательства. В качестве ВЗУ используют накопители на магнитных и оптических дисках, а так же накопители на магнитных лентах. ВЗУ по принципам функционирования разделяются на устройство прямого доступа (накопители на оптических и магнитных дисках) и устройство последовательно доступа (накопители на магнитных лентах). Устройство прямого доступа обладает большим быстродействием поэтому они являются основными внешними запоминающими устройствами постоянно используемыми в процессе функционирования ЭВМ. Устройство последовательного действия используется для резервирования информации.

4.Устройство ввода/вывода (УВВ) служит для ввода информации ЭВМ и вывода из неё, а так же для обеспечения общения пользователя с машиной. Процессор ввода/вывода протекает с использованием внутренней памяти ЭВМ иногда устройство ввода/вывода называют периферийными к ним в частности относят дисплеи (мониторы), клавиатура, манипуляторы типа мышь, алфавитно цифровые печатающие устройство (принтер), графонакопители, сканеры и т.д. Для управления внешними устройствами в том числе и ВЗУ и согласование с их системным интерфейсом служат групповые устройства управления внешними устройствами, адаптеры или контролёры.

Системный интерфейс – это конструктивная часть ЭВМ предназначенная для взаимодействия её устройств и обмена информации между ними. В больших средних и супер ЭВМ в качестве системного интерфейса используются сложные устройства имеющие встроенные процессоры ввода/вывода именуемые началами такие устройства обеспечивают высокую скорость обмена данными между компонентами ЭВМ является использованием в качестве системного интерфейса системных шин. Различают ЭВМ с многошинной структурой и с общей шиной

I-Во-первых для обмена информации между устройствами используются отдельные группы шин.

II-Во-втором случае все устройства ЭВМ объединяются с помощью одной группы шин в которую входят подмножества шин для передачи данных, адреса и управляющих сигналов, при такой организации системы шин обмен информации между процессором памятью и периферийными устройствами выполняется с по единому правилу, что упрощает взаимодействие устройств машин.

Пульт управления служит для управления оператором ЭВМ или системным программистом системных операций в ходе управления вычислительного процесса, кроме того при техническом обслуживании ЭВМ за пультом управления работает инженерно технический персонал. Пульт управления конструктивно часто выполняется вместе с центральным процессором.

Общие принципы построения функциональной и структурной организации ЭВМ.

Функциональную организацию ЭВМ образуют коды, система команд, алгоритмы выполнения машинных операций технология выполнения различных процедур и взаимодействия аппаратного и программного обеспечения, способы использования устройств при организации их совместной работы. Функционирование ЭВМ может быть реализовано по-разному: аппаратно-программно, аппаратными или или программными средствами.

1.При аппаратно-программном и программными реализациями могут применены: регистры, дешифраторы, сумматоры, блоки жёсткого и аппаратурного управления или блоки микропрограммного с управлением программами(комплексами микроопераций). Устройства или комплексы устройств, реализованными в виде автоположных систем (программируемых или с жёстким управлением).

Регистр – это устройство в составе ЭВМ для приёма и запоминания одного числа, так же для выполнения определённых операций над ними. Регистр, представляет собой совокупность взаимосвязанных триггеров общей системой управления входными и выходными сигналами. Разрядность регистра определяется числом используемых в нём триггеров. По виду выполняемых операций над числами различают регистры для приёма, передачи и сдвига.

2.При программной реализации могут быть применены различные виды программ: обработчики прерывания, резидентные или загрузочные драйвера.

Exe, – программы

Tsr, и подфайлы

Будем считать, что способы реализации функций ЭВМ составляет структурную организацию ЭВМ. Тогда элементная база, функциональные узлы и устройство ЭВМ программные модули различных видов (обработчики прерываний, драйверы, com, exe, tsr, bat, программы и подфайлы и другие, являются структурными компонентами ЭВМ). При серьёзных конструктивных различиях, ЭВМ могут быть совместными, т.е. приспособленными к работе с одними и теми же программами (программная совместимость) и получению одних и тех же результатов при одной и той же однотипно представленной информации (информационная совместимость).

Если аппаратурная часть электронных вычислительных машин ЭВМ допускает их электрическое соединение для совместной работы и предусматривает обмен одинаковыми последовательности сигналов, то имеет место и техническая совместимость ЭВМ. Совместимые ЭВМ должны иметь одинаковую функциональную организацию: информационные элементы (символы)должны одинаково представляться при вводе и выводе из ЭВМ, системе команд должна обеспечивать в этих ЭВМ получение одинаковых результатов при одинаковых преобразованиях информации. Работой таких машин должны управлять функционально-совместимые операционные системы (а для этого должны быть совместимы методы и алгоритмы планирования и управления работой аппаратурно-программного вычислительного комплекса). Аппаратурные средства должны иметь согласование питающие напряжения, частотные параметры сигналов, а главное состав, структуру, и последовательность выработки управляющих сигналов. При неполной совместимости ЭВМ (при наличии различий в их функциональной реализации) применяют эмулятор т.е. программные преобразователи функциональных элементов.

Организация функционирования ЭВМ с магистральной архитектурой

1.ЭВМ как совокупность устройств.

2.Разделение устройств ЭВМ.

3.Системная магистраль.

4.Однопрограммный режим работы.

5.Многопрограммный режим работы.

1.ЭВМ представляет собой совокупность устройств выполненных на больших интегральных схемах каждая из которых имеет своё функциональное назначение. Комплект интегральных схем из которых состоит ЭВМ называется микропроцессорном комплектом. В состав микропроцессорных компонентов входят: системный таймер, микропроцессор, сопроцессоры, контролёр прерываний, контролёр прямого доступа к памяти. Контролёры устройств ввода/вывода.

2.В центральных устройствах основным узлом связывающий микропроцессорный комплект в единое целое является системная магистраль. Она состоит из 3 узлов: шина данных, шина управления, шина адреса. В состав системной магистрали входят регистры защёлки, в которых запоминается передаваемая информация, шинные формирователи, шинные арбитры определяющие поочерёдность системной магистрали. Логика работы системной магистрали – количество разрядов в шинах данных адреса и управления порядок разрешения конфликтных систуаций возникающих при одновременном обращении различных устройств ЭВМ системной магистрали образуют интерфейс системной шины. Состав центральных устройств ЭВМ входят: центральный процессор, основная память и ряд дополнительных устройств (узлов), выполняющих служебные функции: контролёр прерываний, таймер, и контролёр прямого доступа к памяти. Периферийные устройства делятся на два вида: внешние запоминающие устройства (магнитные диски, носители на магнитных дисках), устройство ввода/вывода (клавиатура, адаптор каналов связи, принтер и др.).

Взаимодействие микропроцессора с внешними устройствами предусматривает выполнение логической последовательности действий, связанных с поисками устройств, определения его технического состояния обмена командами и информацией. Это логическая последовательность действий вместе с устройствами реализующими её называется интерфейсом ввода/вывода.

Организация работы ЭВМ при выполнении задания пользователя.

Организация процессов ввода, преобразования и вывода (отображения) результатов относится к сфере системного программного обеспечения. Написанное задание (программы представляет собой исходный модуль сопровождаемый управляющими предложениями, указывающие ОС ЭВМ на каком языке написана программа, и что с неё надо делать. Если программа написана на алгоритмическом языке, то управляющие предложения на языке управления ОС.

Исходный модуль пред исполнением должен быть переведён на внутренний язык машины. Эта операция выполняется специальной программой транслятором . Трансляторы выполняются в виде 2 различных программ – интерпретаторы и компиляторы. Интерпретатор после перевода на язык машины каждого оператора алгоритмического языка немедленно исполняет поученную машинную программу представленную ему в виде исходного модуля (ИМ) на язык машины. Получаемая при этом машинная программа представляет собой объективный модуль (ОМ) результат работы компилятора может быть записан в библиотеку объёктных модулей (БОМ) или передан другим программам для дальнейшей обработке т.к. полученная машинная программа не готова к исполнению по двум причинам:

I. Она содержит не разрешённые внешние ссылки т.е. (обращение к программам, которые не содержатся в исходном модуле, но необходимы для работы основной программы) Например к стандартным программам алгоритмического языка таким как, вычисление корня квадратичного, вычисление тригонометрических функций и др.

II. Объектный модуль представляет собой машинную программу в условных адресах. Каждый объектный модуль начинается с адреса (0h), тогда, как для исполнения программа должна быть привязана к конкретным физическим адресам основной памяти.

Недостающие программы должны быть взяты из библиотек компилятора, которые могут быть написаны в виде исходных, либо в виде объектных модулей и добавлены к основной программе. Эту операцию выполняют редактор связей в результате работы редактора связей образуется загрузочный модуль (ЗМ), который помещает в соответствующую библиотеку ЗМ. В ЗМ все ссылки разрешены т.е. он содержит все необходимые стандартные программы, но привязки к памяти у ЗМ нет.

Привязка к памяти загрузочного модуля производится программой выборки, которая переносит ЗМ из БЗМ (обычно хранящейся на магнитном носителе) в основную память во время этого переноса корректирует адреса учитывая с какого адрес основной памяти размещается загрузочный модуль. После перемещения ЗМ в основную память программе выборки инициирует её выполнение. Представление машинной программы в виде исходных, объектных и загрузочных модулей позволяет реализовать наиболее эффективные программные комплексы.

Виртуальная память

Имея иерархическую структуру запоминающих устройств на реальном объёме памяти значительно меньше максимального. Можно имитировать работу с максимальной памятью. В этом случае программист работает так, как будто ему предоставляется реальная память максимального объёма для данной ЭВМ, хотя имеющаяся реальная память значительно меньше по объёму. Такой режим работы называется режимом виртуальной памяти. Теоретически доступная пользователь оперативная память, объём которой определяется только разрядностью адресной части команды и которая не существует в действительности – называется виртуальной памятью. Виртуальная память имеет сегментно-стороничную организацию и реализована в иерархической системе памяти ЭВМ. Часть её размещается в страничных блоках основной памяти, а часть в ячейках внешней страничной памяти. Внешняя страничная память является частью внешней памяти.

Ячейка (слод) – это записываемая область во внешней страничной памяти. Например на жёстком магнитном диске. Она того же размера, что и страница. Вычислительная система с 24-х разрядным адресом может иметь адресеное пространство 16777216 байт. С 23-х разрядным адресом – 4 Гб. Все программные страницы физически располагаются в ячейках внешней страничной памяти. Виртуальная память существует только, как продукт деятельности ОС функционирующей на основе совместного использования внешней и страничной памяти. Загрузить программу в виртуальную память, значит переписать несколько программных страниц из внешней страничной памяти в основную память. Если в процессе выполнения программы система обнаружит, что требуемой странице нет в реальной памяти она должна переслать копию этой страницы из внешней страничной памяти в реальную память – этот метод называется принудительным страничным обменом.

Система прерываний ЭВМ.

1.Работа центрального процессора в системе прерываний.

2.”Поле зрения” ЦП.

3.Виды систем прерывания.

4.Принцип действия системы прерывания.

5Группы прерываний.

2.Современная ЭВМ представляет собой комплекс автономных устройств, каждая из которых выполняет свой функции под управлением местного устройства управления независимо от других устройств, машины включают устройства в работу ЦП и передаёт устройству команду и все необходимое для её выполнения параметры. После начала работы устройства центральный процессор отключается от него и переходит к обслуживанию других устройств или к выполнению других функций. Для того, чтобы ЦП выполняя свою работу имел возможность реагировать на события происходящие вне его зоны, внимание, наступление, которых он не ожидает существует система прерываний ЭВМ. При отсутствии системы прерываний все заслуживающие внимания события должны находиться в поле зрения процессора. Что сильно усложняет программы и требует большой их избыточности. Кроме того поскольку момент наступления события заранее неизвестен, процессор в ожидании какого-либо события может находиться длительное время и чтобы не пропустить его появления ЦП не может откликаться на выполнение какой-либо другой работы. Такой режим работы (режим сканирования ожидаемого события)связан с большими потерями времени ЦП на ожидание. Таким образом система прерываний позволяет микропроцессору выполнять основную работу, не откликаясь на состояния сложных систем при отсутствии такой необходимости или прервать выполняемую работу и переключиться на анализ возникшей ситуации сразу после её выполнения.

Работа системной памяти проходит под управлением ЦП. Основы центрального процессора персональной ЭВМ (ПЭВМ) составляет микропроцессор, обрабатывающие устройства служащие для арифметических и логических преобразований данных. Для организации обращения к ОП и внешним устройствам и для управления ходом вычислительного процессора. В настоящее время существует большое кол-во разновидностей микропроцессоров различающихся назначением функциональными возможностями структурой и исполнением. Чаще всего наиболее существенным классификационным различием между ними является кол-во разрядов в обрабатываемой информационной единице – 8-битовые, 16-битовые, 32-битовые и др.

Арифметика логического устройства.

АЛУ выполняет арифметические и логические операции над данными. Основной частью АЛУ является операционный автомат в состав которого входят: сумматоры, счётчики, регистры, логические преобразователи и др. АЛУ каждый раз перенастраивается с выполнением очередной операции.

3.В зависимости от места нахождения источника прерываний, они могут быть разделены на внутренние (программные и аппаратурные) и внешние прерывания ((поступающие в ЭВМ от внешних источников) от принтера или модема).

4.При возникновении события требующей немедленной реакции со стороны машины ЦП прекращает обработку текущей программы и переходит к выполнению отложенной программы. Такой режим работы называется прерыванием. Каждое событие требующее прерывание сопровождается специальными сигналами, которые называются запросом прерывания, программы затребованная запросом прерывания называется обработчиком прерывания. Запросы не прерывания могут возникать из-за сбоев в аппаратуре (зафиксированных схемами контроля переполнения разрядной сетки, деления на ноль, выхода за установленные для данной программы области памяти затребованные периферийными устройствами, операции ввода/вывода, завершение этой операции ввода/вывода, или возникновение при этой операции особых условий и т.д.

5.Персональные ЭВМ IBM PC может выполнять 256 различных прерываний, каждая которых имеет свой номер – двухразрядное шестнадцатеричное число. Все прерывания делятся на 2 группы. Прерывания с номера 00h по номер 1Fh называются прерываниями базовой системы ввода/вывода. Прерывания с номера 20h по номер FFh называется прерыванием DOS. Прерывания DOS имеет более высокий уровень организации, чем прерывания BIOS они строятся на использовании модулей BIOS в качестве элементов.

Система команд микропроцессора

1. Команды пересылки данных (4 группы)

1.1 Команды пересылки данных внутри МП (MOV, PUSH, POP, XCHNG)

1.2 Команды ввода/вывода in/out.

1.3 Операции с флагами.

1.4 Операции с адресами.

2 . Арифметические команды.

2.1 Основные (+,-,*,/)

2.2 Дополнительные.

3. Логические команды.

3.1 Сдвиг, Дизъюнкция, конъюнкция, отрицание равнозначности и др.

4. Команды обработки строковых данных (пересылке, сравнение, сканирование, слияние/разделение и др.)

5. Команды передачи управления (безусловный переход, условный переход, прерывания, переход с возвратом).

Команды управления (“нет операций”, “внутренняя синхронизация”).

Классификация вычислительных систем

1.Закономерность в процессе развития ЭВМ.

2.Термин вычислительная система.

3.Основные принципы построения закладываемые при создании вычислительной системы.

4.Структура вычислительной системы.

5.Классификация вычислительных систем.

1.Развитие средств электронной вычислительной техники строго придерживалось к классической структуре ЭВМ (структуры фон Неймана), основной на методах последовательных вычислений. Рост производительности и быстродействия.

Комплексное совершенствование ЭВМ (электронно-конструкторная база, структурно аппаратурные решения, системно программный и пользовательский алгоритмический уровень, ощутимость пределов возможностей микроэлектроники.

2.Термин вычислительной системы появился в начале по середину 60-х годов при появлении ЭВМ III-го поколения. В это время знаменовалось переходом на новую элементную базу интегральные схемы. Следователем этого явилось появление новых технических решений: разделение процессоров обработки информации и её ввода/вывода. Множественный доступ и коллективное использование вычислительных ресурсов в пространстве и во времени. Появились сложные работы ЭВМ многопользовательской и многопрограммной обработки. Под вычислительной системой (ВС) будем понимать совокупность взаимодействующих и взаимосвязывающих процессов или ЭВМ периферийного оборудования и программного обеспечения предназначенного для подготовки и решения задач пользователей. Отличительная особенность вычислительной системы по отношению к ЭВМ является наличие нескольких вычислителей реализующих параллельную обработку. Создание вычислительной системы преследует следующие основные цели: повышение производительности системы за счёт ускорения процессов обработки данных, повышения достоверности и надёжность вычислений, предоставленные пользователю дополнительных серверных услуг.

Параллелизм в вычислениях значительной степени усложняет управление вычислительным процессом. Использование технических и программных ресурсов. Эти функции выполняет ОС вычислительной системы.

1.Возможность работы в разных работах.

2.Модульность структуры технических и программных средств, что позволяет совершенствовать и модернизировать вычислительность системы без коренных их переделок.

3.Унификация и стандартизация технических и программных решений.

4.Иерархия в организации управления процессами.

5.Способ систем к адаптации, к самонастройки и к самоорганизации.

6.Обеспечение необходимым сервисам при выполнении вычислений.

Многопроцессорная вычислительной системы

Типичным представителем многопроцессорной системы с массовым параллелизмом (MPP) является суперкомпьютер nCUBE2, состоящий из мультипроцессора nCUBE2 и хост-компьютера, управляющего его работой. Мультипроцессор состоит из набора процессорных модулей (узлов) , объединенных в гиперкубовую структуру. В такой структуре процессоры размещаются в вершинах N- мерного куба (гиперкуба ), а коммуникационные каналы, соединяющие процессоры, расположены вдоль ребер гиперкуба. Общее число процессоров в гиперкубе размерности N равно 2 N . На Рис. 3 приведены гиперкубовые структуры для различного числа процессоров. Гиперкубовая архитектура является одной из наиболее эффективных топологий соединения вычислительных узлов. Основным показателем эффективности топологии многопроцессорной системы является количество шагов, требуемое для пересылки данных между двумя наиболее удаленными друг от друга процессорами. В гиперкубовой архитектуре максимальное расстояние (число шагов) между узлами равно размерности гиперкуба. Например, в системе с 64 процессорами сообщение всегда достигнет адресата не более, чем за 6 шагов. Для сравнения заметим, что в системе с топологией двумерной сетки для передачи данных между наиболее удаленными процессорами требуется 14 шагов. Кроме того, при увеличении количества процессоров в два раза, максимальное расстояние между процессорами увеличивается всего на 1. Совершенно очевидно, что для образования такой архитектуры на вычислительных узлах необходимо иметь достаточное количество коммуникационных каналов. В процессорных модулях nCUBE2 имеется 13 таких каналов, что позволяет собирать системы, состоящие из 8192 процессоров.

Физическая нумерация процессоров построена таким образом, что номера соседних узлов в двоичной записи отличаются только одним битом. Номер этого бита однозначно определяет номер коммуникационного канала, соединяющего эти процессоры. Это позволяет эффективно реализовать аппаратные коммутации между любой парой процессоров. Подкубом в гиперкубовой архитектуре называют подмножество узлов, которые, в свою очередь, образуют гиперкуб меньшей размерности. Каждый узел в массиве процессоров nCUBE2 состоит из 64-битного центрального процессора, коммуникационного процессора и оперативной памяти. Коммуникационный процессор отвечает за пересылку данных между узлами, освобождая центральный процессор от выполнения рутинных операций по приему, отправке и маршрутизации потока данных. Ниже приведены технические характеристики вычислительного комплекса nCUBE2, установленного в РГУ:

Доступ к вычислительным ресурсам nCUBE2 получают пользователи, зарегистрированные на хост-компьютере, роль которого выполняет рабочая станция SGI 4D/35 (Silicon Graphics), работающая под управлением операционной системы IRIX 4.0.5. С помощью хост-компьютера выполняется начальная инициализация системы, ее тестирование и подготовка программ для их выполнения на nCUBE2. В программное обеспечение хост-компьютера входит серверная программа, позволяющая организовать прямой доступ к вычислительным ресурсам nCUBE2 с хост-компьютеров второго уровня , в качестве которых могут выступать рабочие станции SUN. Для этого на них должно быть установлено программное обеспечение хост-компьютера.

На хост-компьютерах устанавливается среда параллельного программирования (Parallel Software Environment - PSE). PSE поставляется в трех вариантах: для операционных систем IRIX 4.0.5, SunOS и Solaris.

Архитектура вычислительных систем.

1.Архитектура вычислительных систем.

2.История появления классификации ВС.

3.Четыре основные архитектуры ВС:

3.1.Архитектура ОКОД.

3.2.Архитектура ОКМД.

3.3.Архитектура МКОД.

3.4.Архитектура МКМД.

1.Совокупность характеристик и параметров определяющих функционально-логических и структурную организацию систем. Понятие архитектуры охватывает общие принципы построения и функционирования наиболее существенные для пользователя, в которой дольше интересует возможности систем, а не деталей их технического исполнения.

Классификация ВС:

1.По назначению ВС делятся на универсальные и специализированные. Универсальные ВС предназначаются для решения самых различных задач. Специализированные ВС ориентированы на решение узкого класса задач.

2.По типу ВС различаются на многомашинные и многопроцессорные ВС. Многомашинные ВС (ММС) появились исторически первыми. При использовании ЭВМ первых поколений возникали задачи повышения производительности, надёжности и достоверности вычислений.

3.По типу ЭВМ или процессоров, используемых для построения ВС, различают однородные и неоднородные системы. В однородных системах значительно упрощаются разработка и обслуживание технических и программных средств. В неоднородных ВС комплексуемые элементы очень сильно отличаются по своим техническим и функциональным характеристикам. Обычно это связано с необходимостью параллельного выполнения многофункциональной обработки.

4.По степени территориальной разобщённости вычислительных модулей ВС делят на системы совмещённого (состредоточенного) и распределённого (разобщённого) типов.

Многопроцессорные системы относятся к системам совмещённого типа. Совмещённые и распределённые МВС сильно различаются оперативностью взаимодействия в зависимости от удалённости ЭВМ.

5.По методам управления элементами ВС различают централизированные и со смешанным управлением. Помимо параллельных вычислений, производимых элементами системы, необходимо ресурсы на обеспечение управления этими вычислениями. В централизированных ВС за это отвечает главная, или диспечерская, ЭВМ (процессор). В децентрализированных системах функции управления распределены между её элементами. В системах со смешанным управлением совмещаются процедуры централизированного и децентрализированного управления.

6.По принципу закрепления вычислительных функций за отдельными ЭВМ различают системы с жёстким и плавающим закреплением функций.

7.По режиму работы ВС различают системы, работающие в оперативном и неоперативном временных режимах.

ОКОД – включает все однопроцессорные и одномашинные варианты систем, т.е. С одним вычислением. Все ЭВМ классической структуры попадают в этот класс. Здесь параллелизм вычислений обеспечивается путём совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также параллельной работой устройств ввода-вывода информации и процессора.

ОКМД – предполагает создание структур векторной или матричной обработки. Системы этого типа обычно строятся как однородные, т.е. процессорные элементы входящие в систему идентичны, и все они управляются одной и той же последовательностью команд. Однако, каждый процессор обрабатывает свой поток данных. Под эту схему хорошо подходят задачи обработки матриц или векторов (массивов, задачи решения систем линейных и нелинейных управлений алгебраического и дифференциальных уравнений, задачи теории поля и др.)

В супер ЭВМ – ОКМД. В структурах данной архитектуры желательно обеспечивать соединение между процессорами соответствующие реализуемым математическим событиям. Структуры ВС этого типа по существу являются структурами специализированных super – ЭВМ.

МКОД – предполагает построение своеобразного процессорного конвейера, в котором результаты обработки передаются от одного процессора к другому по цепочке. Прототипом таких вычислений может служить схема любого производственного конвейера, в современных ЭВМ по этому принципу реализована схема совмещения операций, в которой параллельно работают различные функциональные блоки и каждый из них делает свою часть в общем цикле обработки команды.

МКМД – все процессоры системы работают со своими программами с собственным потоком команд. В простейшем случае они могут быть автономны и независимы.

Комплексирование ВС.

1.Понятие совместимости.

2.Пути передачи данных.

3.Уровень прямого управления.

4.Уровень общей оперативной памяти.

5.Уровень комплексируемых каналов ввода/вывода.

6.Уровень устройств управления внешними устройствами.

7.Уровень общих внешних устройств.

1.Для построения вычислительных систем необходимо, чтобы элементы или модули комплексируемые в систему были совместимы. Понятие совместимости имеет 3 аспекта: аппаратурный (технический), программный или информационный.

Техническая совместимость предполагает, что ещё в процессе разработки аппаратуры обеспечиваются следующие условия: 1)подключаемая друг к другу аппаратура должна иметь единые стандартные унифицированные средства соединения: кабели, число проводов в них, единое назначение проводов, разъёмы, заглушки, адаптеры, платы и т.д. 2)параметры электрических сигналов, которыми обмениваются технические устройства, тоже должны соответствовать друг к другу: амплитуды импульсов, полярность, длительность и т.д. 3)алгоритмы взаимодействия (последовательность сигналов по отдельным проводам не должны вступать в противоречие друг с другом.

2.В создаваемых вычислительных системах стараются обеспечить несколько путей передачи данных, что позволяет достичь необходимой надёжности функционирования, гибкости и адаптируемости конкретным условием работы. Эффективность обмена информации определяет сложностью передачи и возможными объёмами данных, передаваемых по каналу взаимодействия.

Машинные коды

Прямой код дворичного числа образуется из абсолютного значения этого числа и кода знака (0 - + или 1 - -) перед его старшим числовым разрядом.

A10=10 A2=1010 n=0:1010-прямой машинный код числа 10.

Обратный код дворичного числа образуется по следующему правилу. Обратный код положительных чисел совпадает с их прямым кодом. Обратный код отрицательного числа содержит единицу в знаковом разряде числа, а знающие разряды числа заменяются на инверсные, т.е. 0-заменяется 1, а 1-0.

А10=5 А2=101 [А2]4-=0:101 4=1:101

Своё название обратный код чисел получил потому, что коды цифр отрицательного числа заменены на инверсные. Наиболее важные свойства обратного кода чисел сложения положительного числа с его отрицательным значением в обратном ходе даёт машинную единицу МЕ ОN. Дополнительный код положительных чисел совпадает с его прямым кодом. Дополнительный код отрицательного числа представляет собой результат суммирования обратного кода числа с единицей младшего разряда ((2 – 1) для целых чисел) ((2) для дробных чисел).

А10-19А2=(10011)

n=oк=ДК=0:10011

А10=-13 А2=-1101

nок=ДК=1:1101

Основные свойства дополнительного кода. Сложение дополнительных кодов положительного числа с его отрицательным значением даёт машинную единицу дополнительного кода. Дополнительный код получил название потому, что представление отрицательных чисел является дополнением прямого кода чисел до машинной единицы дополнительного кода.

Модифицированные коды и обратные дворичных чисел отличаются соответственно от обратных и дополнительных кодов удвоенным значением знаковых разрядов знак + в этих кодах кодируется двумя нулевыми знаковыми разрядами, а – двумя единичными разрядами.

n=0:1001 n=1:1001

ок=0:1001 ок=1:0110

дк=0:1001 дк=1:0111

Мок=00:1001 Мок=11:0110

Мдк=00:1001 Мдк=11:0111

Программная совместимость (Soft Ware) требует чтобы программы, передаваемые из одного технического средства в другое, были правильно поняты и выполнены другим устройством.

Информационная совместимость комплексируемых средств предполагает, что передаваемые информационные массивы будут одинаково интерпретироваться стыкуемыми модулями ВС. Должны быть стандартизированы алфавиты, разрядность, форматы структура и разметка файлов, томов. В создаваемых ВС стараются обеспечить несколько путей передачи данных, что позволяет достичь необходимой надёжности функционирования, гибкости и адаптируемости к конкретным условиям работы. Эффективность обмена информацией определяется скоростью передачи и возможными объёмами данных, передаваемыми по каналу взаимодействия. Эти характеристики зависят от средств, обеспечивающих взаимодействие модулей и уровня управления процессами, на котором это это взаимодействие осуществляется сочетание различных уровней и методов обмена данными между модулями ВС наиболее плотно представлено в универсальных супер ЭВМ и больших ЭВМ, с которых сбалансировано использовались все методы достижения высокой производительности. В этих машинах предусматривались следующие уровни комплексирования:

прямого управления (процессор-процессор);

общей оперативной памяти;

комплексируемых каналов ввода\вывода;

устройств управления внешними устройствами (УВУ);

общих внешних устройств.

На каждом из этих уровней используются специальные технические и программные средства, обеспечивающие обмен информацией.

3.Уровень прямого управления служит для передачи коротких однобайтовых приказов сообщений. Последовательность взаимодействия процессоров сводится к следующему. Процессор инициатор обмена по интерфейсу прямого управления байт – сообщения и подаёт команду прямое чтение и записывает передаваемый байт в свою память, затем принятая информация расшифровывается и по ней принимается решение. После завершения передачи прерывания скрываются и оба процессора продолжают вычисления по собственным программам следовательно уровень прямого управления не может использоваться для передачи больших массивов данных, однако оперативные взаимодействия отдельными сигналами широко используется в управлении вычислениями.

4.Является более предпочтительной для оперативного взаимодействия процессора. В этом случае ООП эффективно работает при небольшом числе обслуживаемых абонентов.

5.Уровень общей оперативной памяти предназначается для передачи больших объёмов информации между блоками оперативной памяти сопрягаемых в вычислительной системе. Обмен данными между ЭВМ осуществляется с помощью адаптера канал-канал (АКК) и команд чтения и записи. Адаптер – это устройство согласующее скорости работы сопрягаемых сигналов. Обычно сопрягаются селекторные программы (СК) каналы машин, как наиболее быстродействующие. Скорость обмена данными определяется скоростью самого медленного канала. Скорость передачи данных по этому уровню составляет несколько Мб/1сек. В ПЭВМ данному уровню взаимодействия соответствует подключение современной аппаратуры через контролёры адаптеры.

6.Предполагает использование встроенного в УВУ двухканального переключателя и команд зарезервировать и освободить. Двухканальный переключатель позволяет УВУ одной машины и селекторными каналами различных ЭВМ. По команде зарезервировать канал инициатор обмена имеет доступ через УВУ к любым накопителям на жёстких дисках и на магнитных лентах. УВУ магнитных дисках и лент совершенно различные устройства обмен канала с накопителями продолжает до полного завершения работ и получения команды освободить. Только после УВУ может подключиться к конкурирующему каналу, только такая дисциплина обслуживания требований позволяет избежать конфликтных ситуаций на 4 уровне с помощью аппаратуры передачи данных (АПД) (мультиплексоры, адаптеры, сетевые модемы) имеется возможность сопряжения с каналами связи – эта аппаратура позволяет создавать сети ЭВМ.

7.Предполагает использование общих внешних устройств. Для подключения отдельных устройств используются автономный двухканальный переключатель.

Типовые структуры вычислительных систем.

1.Структура ВС.

2.Классификация уровней программного параллелизма.

3.Улучшение классической структуры ЭВМ.

4.Многофункциональная обработка.

5.RISC CISC компьютеры.

6.VLIW компьютеры.

7.Средства реализации программного параллелизма.

1.Каждая структура вычислительной системы эффективно обрабатывает лишь задачи определённого класса, при этом необходимо, чтобы структура вычислительной системы максимально соответствовало структуре решаемых задач, только в этом случае система обеспечивает максимальную производительность универсальную структуру вычислительной системы одинаково хорошо обрабатывающей задачи любого типа не существует.

2.Классификация уровней программного параллелизма.

1.Включает в себя 7 позиций.

2.Независимые задания.

3.Отдельные части задания.

4.Программы и подпрограммы.

5.Циклы и итерации.

6.Операторы и команды.

7.Фазы отдельных команд.

Для каждого из них имеются специфические свойства параллельной обработки апробированные в различных структурах вычислительных систем. Для каждого вида параллельных работ имеются структура вычислительных средств используемых в различных системах. Верхние три уровня включающие независимые задания или части заданий и отдельные программы имеют единое средство параллельной обработки. Мультипроцессирование т.е. многопроцессорные вычислительные системы относящиеся программные циклы и итерации требуют использования векторной обработки (ОКМД). Операторы и команды выполняемые ЭВМ ориентированы на многофункциональную обработку. Параллельная обработка фаз последовательно выполняемых команд приводит к организации конвейера команд. Рассмотрим возможные структуры ВС, которые обеспечивают перечисленные виды программного параллелизма.

3.ОКОД структуры.

Данный тип архитектуры объединяет любые системы в однопроцессорном (одновременном) варианте. За 50л. развития ЭВТ классическая структура ЭВМ претерпела значительное совершенствование, однако основной принцип программного управления не был нарушен. Данная структура оказалась сосредоточенной вокруг ОП, т.к. именно цепь “процессор ОП” во многом определяет эффективную работу ПК. При выполнении каждой команды необходимо неоднократное обращение к ОП: Выбор команды, операндов, отсылка результатов и т.д. Перечислим несколько улучшений классической структуры ЭВМ ставших в настоящее время определёнными стандартами при построении новых ЭВМ:

Иерархическое построение памяти ЭВМ, появлении сверхоперативной памяти и КЭШ памяти разделения процессов ввода/вывода и обработки задач появления систем прерывания и приоритетов и т.д. В этом ряду следует рассматривать организацию конвейера последовательно выполняемых команд: Формирование адреса команды, выбор команды, формирование адресов и выбор операндов. Выполнение команды, запись результата, однако примитивная организация памяти (память одномерна и линейна) не позволяет организовать длинный и эффективный конвейер. Линейные участки современных команд, редко превышают десяток полтора последовательно выполняемых команд, поэтому конвейер часто перезапускается, что снимает производительность ЭВМ в целом.

4.Технология сверхбыстрых интегральных схем.

Многофункциональная обработка обеспечивается следующими специализированными средствами обработки умножителями, делителями, сопроцессорами или блоками десятичной арифметики. Сопроцессорами обработки графической информации и др.

5.RISC и CISC – компьютеры.

В последние годы широко используются ещё несколько модификаций классической структуры. В связи с достижением в микроэлектронике появилась возможность построения RISC компьютера. Reduced Instruction SET Computing. ЭВМ с сокращённом набором команд. ЭВМ предыдущих поколений не имели большой сверхоперативной памяти, поэтому имели достаточно сложную систему команд. CISC – в этих машинах большую долю команд составляли команды типа “память-память”, в которых операнды и результаты операций находились в оперативной памяти. Время обращения к памяти и время вычислений относились 5 к 1.

В RISC машинах с большой сверхоперативной памятью, большой удалённый вес составляет операции регистр-регистр и отношение времени обращения к памяти по времени вычислений составляет 2 к 1, поэтому в RISC машинах основу системы команд составляет наиболее употребительные «короткие операции» типа алгебрического сложения. Сложные операции выполняются, как подпрограммы состоящие из простых операций – это позволяет значительно упростить внутреннюю структуру процессора, уменьшить фазы дробления конвейерной обработки и увеличить частоту работу конвейера. Недостатки такой системы усложнения процедур обмена данными между регистрами и сверхоперативной памяти и КЭШ памяти с оперативной памятью.

Very Large Instruction Words.

Ещё одной классической модификацией структуры ЭВМ является VLIW. ЭВМ с очень длинным командным словом. ЭВМ этого типа выбирает из памяти супер команду включающую в себя несколько команд. VLIW компьютеры могут выполнять супер скалярную обработку т.е., одновременно выполнять 2 или более команд. В целом ряде структур супер ЭВМ использовалась эта идея.

ОС микропроцессорных систем и локально-вычислительных систем.

Центральное место в структуре ПО занимает ОС. ОС – система программ предназначенная для обеспечения определённого уровня эффективности цифровой вычислительной системы за счёт автоматизированного управления её работой и предоставляемого пользователем набора услуг (ГОСТ – 15971-84). Программные компоненты ОС обеспечивают управление вычислениями и реализует такие функции, как планирование ресурсов управлением ввода-вывода информации управлением данными. Объём ОС и число составляющих её программ в значительной степени определяются типом используемых ЭВМ. Сложностью режимов работы ЭВМ и вычислительных систем составом технических средств и т.д. Применение ОС имеет следующие цели: увеличение пропускной способности ЭВМ – увеличение общего объёма работы выполняемого ЭВМ в единицу времени;

2)уменьшение времени реакции системы, т.е. сокращение интервала времени между моментами поступления заданий в ЭВМ и моментами получения результатов.

3)контроль работоспособности технических и программных средств.

4)помощь абонента и оператора при использовании ими технических и программных средств, облегчение их работы.

5)управление программами и данными в ходе вычисления.

6)обеспечение адаптации ЭВМ, её структурноё гибкости заключающейся способности изменятся, наполнятся новыми техническими и программными средствами.

Любая ОС имеет приспособление классам решаемых пользователями задач и конфигурации средств включаемых в систему.

1.Определение ОС.

2.ОС – как расширенная машина.

3.ОС – как система управления ресурсами.

4.Сетевые операционные системы.

1)ОС в наибольшей степени определяет облик всей ВС в целом, несмотря на это пользователи активно использующие вычислительную технику часто затрудняются дать определение ОС, т.к. ОС выполняет по существу 2 малосвязанные друг с другом функции: 1)обеспечение пользователю-программисту удобств по средствам предоставления для него расширенной машины, 2)повышение эффективности использования ПК путём рационального управления его ресурсов.

2)Программа, которая скрывает от программиста все реалии аппаратуры и предоставляет возможность простого удобного просмотра указанных файлов чтения или записи называется ОС. Точно также, как ОС ограждает программиста от аппаратуры дискового накопителя и предоставляет ему простой файловый интерфейса. ОС берёт на себя все малоприятные дела связанные с обработкой прерывания управлением таймерами и ОП, а так же др. низкоуровневые проблемы. С этой точки зрения функцией ОС является предоставление пользователю некоторой расширенной или виртуальной машины, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой составляющей реальную машину.

3)Идея о том, что ОС прежде всего система обеспечивающая удобный интерфейс пользователю соответствует рассмотрению сверху вниз. Другой взгляд снизу вверх об ОС, как о некотором механизме управляющим всеми частями сложной системы. Современные вычислительные системы состоят из процессоров, таймеров дисков накопителей сетевой коммуникационной аппаратура принтеров и др. устройств в соответствии со вторым подходом функцией ОС является распределение ресурсов между процессорами, памятью, устройствами и данными между процессорами конкурирующими за эти ресурсы. ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность её функционирования. Критериями эффективности может быть пропускная способность или реактивность системы. Управление ресурсами включает решение 2 общих независящих от типа ресурсов задач:

1)планирование ресурсов – т.е. определение кому, когда, а для делимых ресурсов и в каком количестве необходимо выделить данные ресурсы;

2)отслеживание состояния ресурса, т.е. содерживание оперативной информации занят или не занят ресурс, а для делимых ресурсов – какое количество ресурсов уже распределено, а какое свободно. Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, что в конечном счёте и определяет их облик в целом, включая характеристики производительности, область применения и пользовательский интерфейс. Так, например, алгоритм управления ресурсами в значительной степени определяет – является ли ОС системой разделения времени, системой пакетной обработки или системой реального времени.

Классификация сетей. Телекоммуникационные сети.

Телекоммуникационная вычислительная сеть (ТВС) - это сеть обмена и распределённой обработки информации, образуемая множеством взаимосвязанные абонентские систем и средствами связи. Средство передачи и обработки информации ориентированы в ней на коллективное использование общесетевых ресурсов, аппаратных, информационных, программных.

Абонентская система – это совокупность ЭВМ программного обеспечения периферийного оборудования, средств связи с коммуникационной подсетью вычислительной сети выполняющих прикладные процессы.

Коммуникационная подсеть или телекоммуникационная система – представляет собой совокупность физической среды передачи информации аппаратурных и программных средств обеспечивающие взаимодействие абонентской системы.

Прикладной процесс – это различные процедуры ввода хранения, обработки и выдачи информации выполняемые в интересах пользователей и описываемые прикладными программами.

Умножаемые двоичных чисел наиболее просто реализуют в прямом коде. Произведение получатся путём сложения частных произведений представляющих собой разряды множимого сдвинуться влево в соответствии с позициями разрядов множителя. Частные произведения формируются путём сложения знаковых разрядов сомножителей. Возможные переносы из знакового разряда игнорируются.

Операции деления, как и в десятичной арифметике являются обратной операцией умножения.

Классификация ТВС также наиболее характерны функциональные информационные структурные признаки.

1.По степени территориальной рассредоточенности элементов в сети (абонентских систем, узлов связи) различают глобальные (государственные), региональные и локальные вычислительные сети (ГВС, РВС, ЛВС).

2.По характеру реализуемых функций делятся на вычислительные (обработка информации), информационные (для получения справочных данных по вопросам пользователей), информационно-вычислительные (смешанные), в которых в определённом непостоянном соотношении выполняются вычислительные и информационные функции.

3.По способу управления ТВС делятся на сети с централизованным (в сети имеется один или несколько управляющих органов) децентрализованным (каждая автономная абонентская система имеет средство для управления в сети) и смешенным управлением в которых в определённом сочетании реализованные принципы централизованного и децентрализованного управления.

Арифметические операции над числами с фиксированной точкой.

1. Сложение и вычисление.

Операция вычитания приводится к операции сложения путём преобразования чисел в обратный или дополнительный код. Пусть числа а и b>=0, тогда операции алгебрического сложения выполняется в соответствии с таблицей преобразования кодов при алгебрическом сложении.

При выполнении сложения цифр необходимо соблюдать следующие правила:

1.Слагаемые должны иметь одинаковое число разрядов, для выравнивания разрядной сетки слагаемых можно дописывать незначащие нули слева к целой части числа и незначащие нули справа в дробной части числа.

2.Знаковые разряды чисел участвуют в сложении также, как и значащие.

3.Необходимые преобразования кодов производятся с изменением знаков чисел приписанные незначащие нули изменяют своё значение при преобразованиях по общему правилу.

4.При образовании единицы переноса из старшего переноса разряда в случае использования обратного кода эта единица складывается с младшим числовым разрядом. При использовании дополнительного кода единицы переноса теряется, в знак результата формируется автоматически. Результата представляется в том ходе, в котором представлены исходные слагаемые.

При сложении чисел в обратном и дополнительном коде были получены переносы в знаковый разряд и из знакового разряда. В случае обратного кода перенос из знакового разряда требует дополнительного прибавления единицы младшего разряда, в случае дополнительного кода этот перенос игнорируется.

4)Сетевые ОС.

Сетевая ОС составляет основу любой вычислительной сети. Под сетевой ОС понимается совокупность ОС отдельных ПК взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделение ресурсов по единым правилам – протоколы. Вузком смысле сетевая ОС это ОС отдельного ПК обеспечивающая ему возможность работать в сети.

В сетевой ОС, отдельной клиентской машины, можно выделить несколько частей:

1.средства управления локальными ресурсами ПК: функции распределения ОП между процессами, деспетиризация процессов, функции управления переферийными устройствами и др. функции управления ресурсами локальной ОС.

2.средство предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование.

Эти средства обеспечивают например блокировку файлов и папок и записей, что необходимо для совместного использования, ведения справочников имён сетевых ресурсов, обработка запросов удалённого доступа собственной файловой системе и базе данных и управление очередями запросов удалённых пользователей своим периферийным устройством.

3.средство запроса доступа к удалённым ресурсам и использование – клиентская часть ОС. Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов удалённым ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос поступает от приложения в локальной форме.

Системная память

1. Иерархический принцип построения и управления структуры ЭВМ.

2. Пирамидальный принцип построения памяти современных ЭВМ.

3. Память первого уровня.

4. КЭШ память и память блокнотного типа.

6. Управление памятью программы ОС.

1. Иерархический принцип построения и управления характерен не только для структуры ЭВМ в целом, но и для отдельных её подсистем например: по этому же принципу строится система памяти ЭВМ.

2. С точки зрения пользователя желательно иметь в ЭВМ оперативную память большой информационной ёмкости и высокого быстродействия однако одноуровневые построения памяти не позволяет одновременно удовлетворять этим двум противоположным требованиям. Память современных ЭВМ строится по многоуровневому пирамидальному принципу.

3. В состав процессоров может входить сверх оперативное запоминающее устройство небольшой ёмкости образования несколькими десятками регистров с быстрым временем доступа (единицы - нана секунды). Здесь обычно хранятся данные непосредственно используемые в обработке.

4. Следующий уровень образует КЭШ память или память блокнотного типа. Она представляет собой буферное запоминающее устройство предназначенное для хранения активных страниц объёмом десятки и сотни килобайт. Время обращения к данным составляет 10-20 Нс при этом может использоваться ассоциативная выборка данных. КЭШ память, как долее быстродействующее запоминающее устройство предназначается для ускорения выборки команд программ и обрабатываемых данных. Сами же программы пользователей и данные к ним размещаются в оперативном запоминающем устройстве (ёмкость – миллионы машинных слов, время выборки до 100 Нс).

5. Часть машинных программ обеспечивающих автоматическое управление вычислениями и используемых наиболее часто может размещаться в постоянном з/у (ПЗУ). На более низких уровнях иерархии находятся внешние запоминающиеся устройства магнитных носителях: на жёстких и гибких магнитных дисках, магнитных лентах, магнитно-оптических дисках и др. Их отличает наиболее низкое быстродействие и очень большая ёмкость.

6. Организация заблаговременного обмена информационными потоками между ЗУ различных уровней при децентрализованном управлении или позволяет рассматривать иерархию памяти, как единицу абстрактную кажущуюся (виртуальную) память, согласованная с работой всех уровней обеспечивается под управлением программ ОС. Пользователь имеет возможность работать с памятью на много превышающей ёмкость ОЗУ. Децентрализация управления и структуры ЭВМ позволило перейти к более сложным многопрограммным (мультипрограммным) режимам. При этом в ЭВМ одновременно обрабатывается несколько программ пользователей.

Технология сверхбыстрых интегральных схем.

При рассмотрении структуры любой ЭВМ обычно проводят её детализацию, как правило в структуре ЭВМ выделяют следующие структурные элементы: узлы, блоки и элементы. Такая детализация соответствует вполне определённым операциям преобразования информации заложенных в программе пользователя. Нижний уровень обработки реализует элементы, каждый элемент предназначается для обработки единичных электрических сигналов соответствующих битам информации. Узлы обеспечивают одновременную обработку группы сигналов информационных слов. Блоки реализуют некоторую последовательность в обработке информационных слов. Функционально обособленную часть Машиных операций (блоки выборки команд, блоки записи чтения и т.д.) Устройство предназначается для выполнения отдельных машинных операций и их последовательность. В современных вычислительных машинах всё строится на комплексах (системах), интегральных схем (ИС). Электронная микросхема называется интегральной, если её компоненты и соединения между ними выполнено в едином технологическом цикле, на едином основании и имеют общую, единую герметизацию и защиту от внешних воздействий и повреждений. Каждая микросхема представляет собой миниатюрную электронную схему сформированную послойно в кристалле проводника. В состав микропроцессорных блоков наборов включаются различные типы микросхем, но все они должны иметь единый тип межмодульных связей, оснований не стандартизации параметров сигналов взаимодействии (амплитуда, полярность, длительность импульсов и т.п.) Основу набора обычно составляют большие интегральные схемы (БИС) и СБИС. На очереди следует ожидать появление ультро большие интегральные схемы (УБИС), кроме них обычно используются микросхемы с малой и средней степенью интеграции (СИС). Функционально микросхемы могут соответствовать устройству, узлу или блоку, но каждая из них состоит из комбинаций простейших логических элементов реализующих функции формирования, преобразования и запоминания сигналов.

Выполнение на ЭВМ вычислительных операций.

Системы счисления называется способ изображения чисел с помощью ограниченного набора символов имеющих определённые количественные значения. Различают позиционные и непозиционные системы счисления. В позиционных каждая цифра числа имеет определённый вес, зависящий от позиции цифры в последовательности изображающей число. Позиция цифры называется разрядом; в позиционной системе счисления любое число можно представить в виде

Аn=аm-1·am-2·…·a0·a-1·a-2·...·a-k=am-1·N

Ai-ая – цифра числа.

k – количество цифр в дробной части числа.

m – количество цифр в части числа.

N – основание системы счисления.

Во всех современных ЭВМ для представления числовой информации используется двоичная система счисления. Это обусловлено: 1) более простой реализацией алгоритмов выполнения арифметических и логических операций. 2)более надёжной физической реализацией основных функций, т.к. они имеют всего два состояния 0 и 1. 3) экономичностью аппаратурной реализацией всех схем ЭВМ. Кроме двоичной системы счисления широкое распространение получили произведения системы.

{0;1} {0;1;2;3;4;5;6;7;}

Двоично-десятичные представления десятичных чисел

{0;1;2;3;4;5;6;7;8;9;}

Перевод дробных чисел.

Целое число с основанием Ni переводится в систему с основанием N2 путём последовательного деления An1 на основание N2 – до получения остатка. Полученное частное следует делить на основание N2 и этот процесс надо повторять до тех пор, пока частное не станет меньше делителя. Полученные остатки от деления и последнее частое записывается в обратном порядке полученному при делении; сформированное число и будет являться числом с основанием N2.

Дробное число с основанием N1 переводится в систему счисления путём последовательного умножения. An1 на основание N2. При каждом умножении целая часть произведения берётся в виде очередной цифры соответствующего ряда, а оставшаяся часть принимается за новое множимое. Число умножений определяет разрядность полученного результата, представляющего число An1 в системе счисления A10=0,625.

Процессор ввода/вывода

1.Определение операции ввода/вывода.

2.Проблемы появляющиеся при разработке систем ввода/вывода ЭВМ.

3.Стандартизация интерфейсов ввода/вывода.

4.Концепция виртуальных устройств.

5.Понятие интерфейса.

Вычислительные машины помимо процесса основной памяти образующих её ядро содержит многочисленные периферийные устройства (ПУ), внешние запоминающие устройства (ВЗУ) и УВВ. Передачи информации с периферийного устройства в ЭВМ называется операцией ввода, передачей из ЭВМ в ПУ – операцией вывода.

При разработке систем ввода/вывода ЭВМ особое внимание обращается для решения следующих проблем: должна быть обеспечена возможность реализации машин с переменным составом оборудования (машин с переменной конфигурацией), для объективного и высоко производного оборудования в ЭВМ должны реализовываться одновременная работ процессора над программами и выполнение периферийными устройствами процессов ввода/вывода, необходимо упростить для пользователя и стандартизировать программирование операции ввода/вывода, обеспечить независимость программирования ввода/вывода от особенности того или иного периферийного устройства. Необходимо обеспечить автоматизированное распознавание и реакцию ядра ЭВМ на многообразий ситуаций возникающих в периферийных устройствах (Готовность устройства, отсутствие носителя, различные нарушения нормальной работы и др.)

Стандартизация интерфейсов ввода/вывода привела и возможность гибко изменять конфигурацию вычислительных машин (количество и состав внешних устройств) расширять комплект ЭВМ за счёт подключения новых устройств.

Затем появилась концепция виртуальных устройств позволяющая размещать различные типы ЭВМ и операционные системы. Совместимость распространилась и на работу машин разной конфигурации (можно использовать соответствующее программное обеспечение и при физическом отсутствии необходимых устройств). Изменился принцип работы при отсутствии печатающих устройств файлы направлялись в виртуальное устройство, где и накапливались, а реально распечатывались на другой машине.

В общем случае для организации проведения обмена данными между двумя устройствами требуются специальные устройства: 1.специальные управляющие сигналы и их последовательности, 2.устройство сопряжения, 3. линии связи, 4. программы реализующие обмен. Весь этот комплекс линий и шин сигналов электронных схем алгоритмов и программ, предназначенных для осуществления обмена информации, называется – интерфейсом.

Список литературы:

1. Сыромятников В.С. Имитационное моделирование транспортной системы производственного участка. Автоматизация и современные технологии. 1998. № 1.

2. Кравченко В.А., Бураков С.Б. Объектно-продукционная модель знаний для управления в реальном режиме времени производственными и организационными комплексами. Приборы и системы управления. 1997. № 5.

3. Трахтенгенрц Э.А. Компьютерный анализ в динамике принятия решений. Приборы и системы управления. 1997. № 1.

4. Сабинин О.Ю., Зверев В.В. Символьная имитационное моделирование технических систем. Приборы и системы управления. 1997. №3.

5. Загидуллин Р.Р. Комплексная математическая модель оперативно-календарного планирования в гибких комплексах механической обработки./Автоматизация и современные технологии. 1999. № 9.

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

Структура, архитектура ЭВМ, систем и сетей.

Лекции: к.т.н., доц. Шарнов Александр Иванович.

Практика: Ивакин Константин Николаевич.

ВВЕДЕНИЕ

Россия стоит на пути исторической необходимости перехода на новый уровень общественного и экономического развития, определяемыми жестокими требованиями рыночной экономики. Речь идет о пути формирования информационного общества. Материальная база информационного общества является информационная экономика. Основы информационной экономики составляет создание и потребление информационных ресурсов или информационных ценностей.

Основные особенности информационной экономики:

1).Главной формой накопления является накопление знаний и другой полезной информации.

2).Это изменение характера производства процессов в основных областях.

3).Экономически оправданным является мелкосерийное и индивидуальное производство.

4).Резкое возрастание скорости экономических процессов.

5).Усиление интеграционных процессов.

Развитые страны мира стали на путь информационной экономики в 70 годах.

Такой путь имели следующие моменты:

1).Превышение суммарных затрат, чисто информационной базы над другими отраслями.

2).Возрастание доли не вещественных затрат.

3).Формирование глобальных коммуникаций сети общества.

4).Увеличение в производстве до 50% населения занятые информационной обработкой.

ПРИНЦИПЫ ПОСТОЕНИЯ И АРХИТЕКТУРА ЭВМ.

ЭВМ, компьютер – это комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Требования пользователей к выполнению вычислительных работ определяется подбором и настройкой технических и программных средств объединенных в одну структуру.

Структура ЭВМ – это совокупность ее элементов и их связей. Различают структуры технических, программных и аппаратурно-программных средств.

Архитектура ЭВМ – это многоуровневая иерархия аппаратурно-программных средств, из которых состоит ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение.

Детализацией архитектурного и структурного построения ЭВМ занимаются различные категории специалистов вычислительной техники:

1. Инженеры (схема техники) – проектируют отдельные технические устройства и разрабатывают методы сопряжения друг с другом.

2. Системные программисты – создают программы управления техническими средствами, информационного распределения между уровнями, организацию вычислительного процесса.

3. Прикладные программисты – разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействие пользователя с ЭВМ и необходимый для этого сервис.

4. Специалисты по эксплуатации ЭВМ – занимаются общими вопросами взаимодействия пользователя с ЭВМ.

1) Технические и эксплуатационные характеристики.

2) Производительность ЭВМ – объем работ осуществляющих ЭВМ в единицу времени.

3) Емкость запоминающих устройств: ОЗУ и ДЗУ.

4) Надежность – это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени.

5) Точность – это возможность различать почти равные значения.

6) Достоверность – это свойство информации быть правильно воспринятой.

Классификация ЭВМ

Величина и разнообразие современного парка ЭВМ потребовали системы квалификации ЭВМ. Предложено много принципов классификации:

1. Классификация ЭВМ по форме представления величин вычислительной машины делят на:

- аналоговые (непрерывного действия) АВМ

- цифровые (дискретного действия) ЦВМ

- аналого-цифровые (гибридные) ГВМ

В АВМ обрабатываемая информация представляется соответствующими значениями аналоговых вычислений: ток, напряжение угол поворота.

В ЦВМ (ЭВМ) информация кодируется двоичным кодом. Широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные ЦВМ.

2. Классификация ЭВМ по поколениям (по элементарной базе):

- Первое поколение (50г.): ЭВМ на электронных вакуумных лампах.

- Второе поколение (60г.): ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах).

- Третье поколение (70г.): ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой степенью интеграции.

- Четвертое поколение (80г.): ЭВМ на больших интегральных схемах.

- Пятое поколение (90): ЭВМ на сверхбольших интегральных схемах.

- Шестое и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной степенью большого числа несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Интегральная схема – электронная схема специального назначения, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяющего большое число диодов и транзисторов.

3. Классификация ЭВМ по мощности (быстродействию):

1).Супер-ЭВМ – машины для крупно-маштабных задач (фирма IBM).

2).Большие ЭВМ – машины для территориальных, региональных задач.

3).Средние ЭВМ – машины очень широкого распространения.

4).Малые ЭВМ.

5).ПЭВМ (персональные ЭВМ).

6).Микро ЭВМ и микропроцессоры.

7).Сети ЭВМ.

Общие принципы построения современных ЭВМ.

Основным принципом построения ЭВМ является программное управление, в основе которого лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.

Алгоритм – это конечный набор предписаний, определяющий решения задачи посредством конечного количества операций (ISO 2382/1-84 международный стандарт).

Программа – это упорядоченное последовательность команд подлежащих обработки.

Принцип программного управления может быть осуществлен разными способами. Стандартом для построения практически всех ЭВМ был представлен в 1945 году Нейманом. Схема ЭВМ, отвечающая программному принципу управления отражает характер действия человека по алгоритму.

программы потоки

и исходные информации

Обобщенная структура ЭВМ Джен Фон Неймана первого и второго поколений

УПД – устройство подготовки данных.

УВС – устройство ввода.

АЛУ – арифметико-логическое устройство.

УУ – устройство управления.

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство.

ДЗУ – длительно запоминающее устройство

ВЗУ – внешнее запоминающее устройство.

УВ – устройство вывода.

ЗУ+АЛУ+УУ – процессор.

Любая ЭВМ имеет устройство ввода информации, с помощью которого в ЭВМ вводят программы решения задач и данные к ним.

ОЗУ – предназначено для оперативного запоминания программы хранящейся в исполнении.

ВЗУ – предназначено для долговременного хранения информации.

Кэш-память – промежуточная память между ОЗУ и ВЗУ.

УУ – предназначено для автоматического выполнения программ путем принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ.

Устройства

сопряжения

Обобщенная архитектура третьего и четвертого поколений

В ЭВМ третьего поколения усложнение структуры произошло за счет разделения процессов ввода/вывода информации, и ее обработки. Появляется понятие процессор, где неразрывно связаны СОЗУ (сверх оперативное устройство), АЛУ и УУ. Появляется понятие каналы ввода/вывода, которые делят на мультиплексные (МК) и селекторные (СК) каналы.

МК – предназначены обслуживать большое количество медленно-скоростных устройств.

СК – обслуживают высокоскоростные, отдельные устройства.

Применительно к ПЭВМ архитектура приняла упрощенный вид архитектуры малых машин (принцип открытой архитектуры, где главным элементом является системная магистраль). Ядро ПЭВМ образует процессор и основная память. Подключение всех остальных устройств осуществляется через адаптеры (устройства сопряжения).

Структурная схема ПК

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЭВМ.

Общие принципы функциональной и структурной организации ЭВМ

ЭВМ кроме аппаратурной части и ПО (Hard Ware и Soft Ware) имеет большое количество функциональных средств. К ним относятся коды, с помощью которых обрабатываемая информация представляется в цифровом виде:

1).Арифметические коды.

2).Помехозащищенные коды.

3).Цифровые коды аналоговых величин.

Кроме кодов на функционирование ЭВМ оказывают влияние:

Алгоритмы их формирования и обработки

Технологии выполнения различных процедур

Способы организации работы различных устройств

Организация системы прерывания.

Функциональную организацию ЭВМ образуют: коды, системы команд, алгоритмы выполнения машинных операций, технология выполнения различных процедур и взаимодействие Hard и Soft, способы использования устройств при организации их совместной работе, составляющие идеологию функционирования ЭВМ.

Идеологию функционирования ЭВМ можно реализовать разными способами:

1).Аппаратурными

2).Программно-аппаратурными

3).Программными средствами.

Таким образом, реализация функций ЭВМ дополняет ее структурную организацию. Сопоставление структур ЭВМ дополненных функциональной структурой приводит к понятию совместимых и не совместимых ЭВМ.

Организация функционирования ЭВМ с могестральной структурой

ЭВМ – это совокупность устройств выполненных на больших интегральных схемах имеющих функционированное назначение.

Комплект интегральных схем называют микропроцессорным комплектом.

В состав микропроцессорного комплекта входят:

Системный таймер

Микропроцессор

Сопроцессоры (организация математических процессов)

Контроллер прерываний

Контроллеры устройств ввода/вывода.

Все устройства ЭВМ делятся на:

1).Центральные (полностью электронные БИС).

2).Периферийные (частично-электронные, частично-электромеханические с электронным управлением).

В центральных устройствах основным устройством является системная шина (системная магистраль).

Системная магистраль состоит из трех узлов:

1).Шина данных (ШД)

2).Шина адреса (ША)

3).Шина управления (ШУ).

В состав системной магистрали входят также: регистры защелки, шинные арбитры.

Интерфейс системной шины – это логика работы системной магистрали, количество линий (разрядов) в шинах данных, адреса и управления, порядок разрешения конфликтных ситуаций.

В состав центральных устройств ЭВМ входят:

Центральный процессор

Основная память

Ряд дополнительных узлов выполняющих служебные функции

Контроллер прерываний

Контроллер прямого доступа к памяти

Периферийные устройства делятся на:

Внешнее запоминающее устройство (НЖМД – носитель жесткий магнитный диск, НГМД – носитель гибкий магнитный диск)

Организация работы ЭВМ при выполнении задания пользователя

Один из «прозрачных» процессов машины – это организация ввода, преобразование и отображение результатов работы системного программного обеспечения. Программа задания, написанная программистом на алгоритмическом языке называется исходным модулем.

Перевод исходной программы на машинный язык осуществляет программа translator. Он делится на: компилятор и интерпретатор.

Интерпретатор – после перевода на язык машины каждого оператора исходного модуля немедленно его исполняет.

Компилятор – сначала полностью переводит всю программу исходного модуля на машинный язык, затем его исполняет.

Объектный модуль – машинный язык.

Полученный объектный модуль записывается в библиотеку объектных модулей или сразу исполняется.

Для исполнения отлаженного объектного модуля к нему могут быть добавлены недостающие программы из библиотеки компиляторов. Такую связь выполняет программа редактор связи. В результате образуется загрузочный модуль.

Исполнение загрузочного модуля осуществляется программой – загрузчиком.

Операционная система (ОС) – выполняет функцию управления.

СТРУКТУРА АДРЕСНОГО ПРОСТРАНСТВА ПРОГРАММЫ НА ОСНОВНУЮ ПАМЯТЬ

Для выполнении программы при ее загрузки в оперативную память (ОП) ей выделяется часть машинных ресурсов. Выделение ресурсов может быть осуществлено самим программистом, но может производиться и ОС. Выделение ресурсов перед выполнением программы называется статическим перемещением, в результате, которого программа привязывается к определенному месту памяти.

Если ресурсы машины выделяются в процессе выполнения программы, то это называется динамическим перемещением , здесь программа не привязана к определенному месту.

При статическом перемещении возможны два случая:

1).Реальная память больше требуемого адресного пространства программы. В этом случае загрузка программы в реальную память производится, начиная с нулевого адреса. Эта загружаемая программа называется абсолютной программой.

2).Реальная память меньше требуемого адресного пространства. В этом случае возникает проблема организации выполнения программ.

Существует несколько методов решения этой проблемы:

Метод оверлейной структуры, в котором программа разбивается на части вызываемые ОП по мере необходимости.

Метод рентабельных модулей, в котором программа разбивается на временные модули доступными к исполнению по нескольким обращениям.

В мультипрограммном режиме имеются программы. А, В, С. При работе в мультипрограммном режиме может сложиться в ситуации, когда между программами остаются промежутки свободной памяти. Для того чтобы этого не было, применяют программу дефрагментации диска.

Виртуальная память

Реальную память можно «увеличить» имитируя работу с максимальной памятью. Программист предполагает, что ему предоставлена «реальная» память максимально доступная для ЭВМ. Такой режим называют режим виртуальной памяти.

Виртуальной памятью называется теоретически доступная ОП объем, которой определяется только адресной частью команды.

Виртуальная память имеет сигментоно-страничную организацию и реализована в иерархической системе ЭВМ. Часть ее размещается в блоках основной памяти, а часть в ячейках внешней памяти. Записываемая область во внешней страничке памяти называется ячейкой или слотом . Все программные страницы физически располагаются в ячейках внешней страничной памяти.

Загрузить программу в виртуальную память – это, значит, перезаписать несколько страниц из внешней страничной памяти в основную.

Система прерываний ЭВМ

ЭВМ – это комплекс автономных устройств каждое, из которых выполняет свои функции под управлением местного устройства управления независимого от других устройств.

Включает в работу центральный процессор (ЦП), передавая устройству команды и необходимые параметры. Таким образом, ЦП переключает свое «внимание» поочередно с устройства на устройство. Для того чтобы ЦП работал, создана система прерываний.

Принцип действия системы прерываний заключается в том, что при выполнении программы после каждого рабочего такта микропроцессора изменяется содержание регистра.

Прерывания делят на три типа:

Аппаратурные

Логические

Программные

ЦЕНТРАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ

Основная память и состав устройства

Запоминающими устройствами (ЗУ) называются комплекс программных средств, реализующих функции памяти.

ЗУ делят на:

1).Основную память (ОП)

2).Сверх оперативная память (СОЗУ)

3).Внешняя память (ВЗУ)

ОП включает в себя два типа устройств:

ОЗУ (RAM – random aces memory)

ПЗУ (ROM – read only memory)

ОЗУ – предназначено для хранения переменной информации.

ПЗУ – содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором вычислений.

Функциональные возможности ОЗУ шире ПЗУ, но ПЗУ – энергонезависимо и имеет большее быстродействие.

В современных ЭВМ микросхемы памяти изготовляют из кремния по полупроводниковой технологии, с высокой интеграцией элементов на кристалле.

Основной составной частью микропроцессора является массив элементов памяти объединенных в матрицу накопителя. Каждый элемент памяти может хранить 1 бит памяти. Каждый бит имеет свой адрес в ЗУ, позволяющий обращаться по адресу к любому элементу памяти – называется ЗУ с произвольным доступом.

8 байт – двойное слово

переменной длины

При матричной ориентации памяти реализуется координатный принцип адресации элементов памяти, когда адрес делится на X и Y. На пересечении этих элементов находятся элементы памяти, которые должны быть прочитаны.

Микросхемы памяти могут строиться на SRAM (статических) и DRAM (динамических).

В качестве статического элемента памяти (ЭП) обычно выступает статический триггер, а в качестве динамического ЭП используется электрический конденсатор внутри кремневого кристалла.

ОЗУ характеризуется объемом и быстродействием. ОЗУ в современных ЭВМ имеет модульную структуру. Сменные модули имеют различное конструктивное строение: SIM, ZIM, SIMM, DIMM. Увеличение объема ОЗУ связано с установкой дополнительных модулей, которые выпускаются в 30-контактном (30 pin) или 72-конктактном (72 pin) на 1,4,8,16,32,64 Мбайта. Время доступа к DRAM составляет 60-70 н.сек.

На производительность ЭВМ влияет тактовая частота и разрядность шины данных системной магистрали (СМ). Если тактовая частота не достаточно высока, то ОЗУ простаивает в ожидании обращения и наоборот.

Харак4теристикой производительности ОЗУ является пропускная способность, измеряемая в Мбайт/сек.

Микросхемы ПЗУ построены по принципу матричной структуры, но функции элементов памяти выполняют перемычки в виде полупроводниковых диодов. Процесс занесения информации в микросхемы ПЗУ называют программированием , а устройство – программатор .

СОЗУ пользуются для хранения не больших объемов информации, в результате скорость считывания уменьшается в 10-20 раз. СОЗУ строят на регистрах, они бывают адресные и без адресные. Регисторные структуры делятся на память магазинного типа и память с выборкой по содержанию.

Структурная схема ОЗУ

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР ЭВМ

Структура базового микропроцессора

Микропроцессор (МП) составляет основу центрального процессора ПВМ. Это обрабатываемое устройство служит для арифметических и логических преобразований данных, для организации обращения к основной памяти, внешним устройствам и для управления хода вычислительных процессов.

Существует большое число МП различающихся: названием, функциональными возможностями, структурой, исполнением. Основное различие – количество разрядов обрабатываемой информации.

К группе 8-битовых процессоров относятся:

I 8080 (INTEL) – Integrated Electonus

Фирма Zelog (z)

Наибольшее распространение получили:

Каждая следующая модификация имеет более расширенную систему команд и архитектурное строение (Например, в I 80486 появился встроенный сопроцессор). Все усовершенствования ставят с целью сделать ПЭВМ многофункциональными.

Характеристика микропроцессора

Каждый МП имеет свое наименование, тактовую частоту, ICOMP – показывает стандарт, разрядность шины данных, адресуемая память, т.е. разрядность шины адреса, наличие сопроцессора, потребляемая энергия, различные примечания.

Персональным ЭВМ фирмы INTEL аналогов МП (clone) являются фирмы:

Условно МП можно разделить на две части:

1).EU – исполнительный блок

2).BIU – устройство сопряжения СМ

В исполнительном блоке находятся арифметический блок и регистр общего назначения.

Во втором составляет адресные регистры.

Семейство МП фирмы INTEL имеет базовую систему команд, в которую входит:

1. Команды пересылки данных.

2. Арифметические данные.

3. Логические команды.

4. Команды обработки строковых данных.

5. Команды передачи управления.

6. Команды управления.

Работой МП управляет программа, записанная в ОП ЭВМ. Особое место занимает организация прерываний. Программа оболочки прерываний могут находиться в различных частях ОП, и имеет разное управление для разных DOS.

УПРАВЛЕНИЕ ВНЕШНИМИ УСТРОЙСТВАМИ

Принципы управления

Передача информации с периферийного устройства в ЭВМ называется операция ввода , а передача из ЭВМ – операция вывода .

При разработке системы ввода/вывода решают проблемы:

1).Обеспечить возможность реализации машин с переменным составом оборудования.

2).Необходимо реализовать одновременную работу процессора над программой и выполнения процедур ввода/вывода.

3).Упростить для пользователя работу с устройствами ввода/вывода.

Первый шаг в решении этих проблем был сделан при разработки ЭВМ второго поколения, когда впервые была обеспеченность автономной работе внешних устройств (интерфейс).

Интерфейс – устройство соединения центральных и периферийных устройств (устр. сопряжения).

Стандартизация интерфейса привела к возможности гибко изменять структуру ЭВМ. Затем появилась концепция виртуальных устройств позволяющая совмещать различных типов ЭВМ ОС. Дальнейшее развитие интерфейсов потребовало созданию новых устройств (сканер) и как следствие возникла необходимость распознавания, идентификации, преобразования из графического вида в символьный. Анализ снимков из космоса потребовал автоматической системы наблюдаемых объектов. Все это привело к тому, что во внешнее устройство встраивали память. В машинах 5-поколения заложено интеллектуализация и общение.

Все это легло в основу совершенствования систем сопряжения. Для создания такого интерфейса требуется:

1).Специальные управляющие сигналы и их последовательность.

2).Устройство сопряжения

3).Линии связи.

4).Программа, реализующая обмен.

Интерфейсом называется комплекс линий и шин, сигналов, электрических схем, алгоритмов и программ, предназначенных для осуществления обмена информации.

В зависимости от типов соединительных устройств различают:

1. Внутренний интерфейс

2. Интерфейс ввода/вывода

3. Интерфейсы межмашинного обмена

4. Интерфейс человек-машина.

Для каждого интерфейса характерно наличие специального комплекса.

- при большом быстродействии периферийных устройств, процессор не успевает обработать информацию.

В синхронном режиме ЦП запрашивает периферийные устройства, но не ждет ответа, а выполняет другую работу.