Информатика. Ответы на билеты. Предмет информатики, ее связь с другими
 Скачать 329.5 Kb.
|
|
Состав, назначение и взаимодействие основных устройств персонального компьютера. Магистрально-модульный принцип. Основой персонального компьютера является системный блок. Он организует работу, обрабатывает информацию, производит расчеты, обеспечивает связь человека и ЭВМ. СИСТЕМНЫЙ БЛОК персонального компьютера состоит из системной платы, динамика, вентилятора, источника питания, двух дисководов. Один дисковод обеспечивает ввод-вывод информации с винчестерского диска, другой- с гибких магнитных дисков. СИСТЕМНАЯ ПЛАТА является центральной частью ЭВМ и составлена из нескольких десятков интегральных схем разного назначения. Микропроцессор выполнен в виде одной большой интегральной схемы. Имеется несколько модулей постоянной и оперативной памяти. Адаптер - это устройство, которое обеспечивает связь между центральной частью ЭВМ и конкретным внешним устройством. КЛАВИАТУРА, МОНИТОР, МЫШЬ, ПРИНТЕР, СКАНЕР. Процессор - это устройство, управляющее ходом вычислительного процесса и выполняющее арифметическое и логическое действия. Внутренняя память - это память высокого быстродействия и ограниченной емкости. Оперативная память служит для хранения оперативной, часто изменяющейся в процессе решения задачи. Постоянная память предназначена для хранения постоянной информации, которая не зависит от того, какая задача решается в ЭВМ. Внешняя память предназначена для долговременного хранения информации независимо от того, работает ЭВМ или нет. Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе. Модульный принцип позволяет пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный принцип обмена информацией. Все контроллеры устройств взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, называемую системной шиной. Системная шина выполняется в виде печатного мостика на материнской плате.
Микропроцессор характеризуется: 1) тактовой частотой, определяющей максимальное время выполнения переключения элементов в ЭВМ; 2) разрядностью, т.е. максимальным числом одновременно обрабатываемых двоичных разрядов. Разрядностть МП обозначается m/n/k/ и включает: m - разрядность внутренних регистров, определяет принадлежность к тому или иному классу процессоров; n - разрядность шины данных, определяет скорость передачи информации; k - разрядность шины адреса, определяет размер адресного пространства. Например, МП i8088 характеризуется значениями m/n/k=16/8/20; 3) архитектурой. Понятие архитектуры микропроцессора включает в себя систему команд и способы адресации, возможность совмещения выполнения команд во времени, наличие дополнительных устройств в составе микропроцессора, принципы и режимы его работы. Выделяют понятия микроархитектуры и макроархитектуры. Микроархитектура микропроцессора - это аппаратная организация и логическая структура микропроцессора, регистры, управляющие схемы, арифметико-логические устройства, запоминающие устройства и связывающие их информационные магистрали. Макроархитектура - это система команд, типы обрабатываемых данных, режимы адресации и принципы работы микропроцессора. В общем случае под архитектурой ЭВМ понимается абстрактное представление машины в терминах основных функциональных модулей, языка ЭВМ, структуры данных. ________________________________________ Структура типового микропроцессора Архитектура типичной небольшой вычислительной системы на основе микроЭВМ показана на рис. 2.1 Такая микроЭВМ содержит все 5 основных блоков цифровой машины: устройство ввода информации, управляющее устройство (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ) (входящие в состав микропроцессора), запоминающие устройства (ЗУ) и устройство вывода информации. Микропроцессор координирует работу всех устройств цифровой системы с помощью шины управления (ШУ). Помимо ШУ имеется 16-разрядная адресная шина (ША), которая служит для выбора определенной ячейки памяти, порта ввода или порта вывода. По 8-разрядной информационной шине или шине данных (ШД) осуществляется двунаправленная пересылка данных к микропроцессору и от микропроцессора. Важно отметить, что МП может посылать информацию в память микроЭВМ или к одному из портов вывода, а также получать информацию из памяти или от одного из портов ввода. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) в микроЭВМ содержит некоторую программу (на практике программу инициализации ЭВМ). Программы могут быть загружены в запоминающее устройство с произвольной выборкой (ЗУПВ) и из внешнего запоминающего устройства (ВЗУ). Это программы пользователя. В качестве примера, иллюстрирующего работу микроЭВМ, рассмотрим процедуру, для реализации которой нужно выполнить следующую последовательность элементарных операций: 1. Нажать клавишу с буквой "А" на клавиатуре. 2. Поместить букву "А" в память микроЭВМ. 3. Вывести букву "А" на экран дисплея. Это типичная процедура ввода-запоминания-вывода, рассмотрение которой дает возможность пояснить принципы использования некоторых устройств, входящих в микроЭВМ. Подчеркнем еще раз, что именно микропроцессор является ядром системы и осуществляет управление всеми операциями. Его работа представляет последовательную реализацию микропроцедур выборки-дешифрации-исполнения. Однако фактическая последовательность операций в МПС определяется командами, записанными в памяти программ. Таким образом, в МПС микропроцессор выполняет следующие функции: - выборку команд программы из основной памяти; - дешифрацию команд; - выполнение арифметических, логических и других операций, закодированных в командах; - управление пересылкой информации между регистрами и основной памятью, между устройствами ввода/вывода; - отработку сигналов от устройств ввода/вывода, в том числе реализацию прерываний с этих устройств; - управление и координацию работы основных узлов МП. современные микропроцессоры – это самые быстрые и умные микросхемы в мире. Они могут совершать до 4 млрд. операций в секунду и производятся с использованием множества различных технологий. Микропроцессор - это интегральная схема, сформированная на маленьком кристалле кремния. Кремний применяется в микросхемах в силу того, что он обладает полупроводниковыми свойствами: его электрическая проводимость больше, чем у диэлектриков, но меньше, чем у металлов. Кремний можно сделать как изолятором, препятствующим движению электрических зарядов, так и проводником - тогда электрические заряды будут свободно проходить через него. Проводимостью полупроводника можно управлять путем введения примесей. Микропроцессор содержит миллионы транзисторов, соединенных между собой тончайшими проводниками из алюминия или меди и используемых для обработки данных. Так формируются внутренние шины. В результате микропроцессор выполняет множество функций – от математических и логических операций до управления работой других микросхем и всего компьютера. Один из главных параметров работы процессора – частота работы кристалла, определяющая количество операций за единицу времени, частота работы системной шины, объем внутренней кэш-памяти SRAM. По частоте работы кристалла маркируют процессор. Частота работы кристалла определяется скоростью переключений транзисторов из закрытого состояния в открытое. Возможность транзистора переключаться быстрее определяется технологией производства кремниевых пластин, из которых делаются чипы. Технологический процесс определяет размеры транзистора (его толщину и длину затвора). Например, при использовании 90-нм техпроцесса, который был введен в начале 2004 года, размер транзистора составляет 90 нм, а длина затвора – 50 нм. Все современные процессоры используют полевые транзисторы. Переход к новому техпроцессу позволяет создавать транзисторы с большей частотой переключения, меньшими токами утечки, меньших размеров. Снижение размеров позволяет одновременно уменьшить площадь кристалла, а значит и тепловыделение, а более тонкий затвор позволяет подавать меньшее напряжение для переключения, что также снижает энергопотребление и тепловыделение.
Внутренняя память - это память высокого быстродействия и ограниченной емкости. При изготовлении блока памяти используют либо электронные схемы н полупроводниковых элементах, либо ферромагнитные материалы. Конструктивно он выполнен в одном корпусе с процессором и является центральной частью ЭВМ. Внутренняя память может состоять из оперативной и постоянной памяти. Принцип ее разделения такой же, как у человека. Мы обладаем некоторой информацией, которая хранится в памяти постоянно, а есть информация, которую мы помним некоторое время, либо она нужна только на тот момент, пока мы думаем над решением какой-то проблемы. Оперативная память служит для хранения оперативной, часто изменяющейся в процессе решения задачи. При решении другой задачи в оперативной памяти будет храниться информация только для этой задачи. При отключении ЭВМ вся информация, находящаяся в оперативной памяти, в большинстве случаев стирается. Постоянная память предназначена для хранения постоянной информации, которая не зависит от того, какая задача решается в ЭВМ. В большинстве случаев постоянной информацией являются программы решения часто используемых задач, например вычисление функций sin X, cos X, lg X, а также некоторые управляющие программы, микропрограммы и т.д. Отключение ЭВМ и включение ее в работу не влияют на качество хранения информации. Внешняя память предназначена для долговременного хранения информации независимо от того, работает ЭВМ или нет. Характеризуется она более низким быстродействием, но позволяет хранить существенно большой объем информации по сравнению с оперативной памятью. Во внешнюю память записывают информацию. которая не меняется в процессе решения задачи, программы, результаты решения и т.д. В качестве внешней памяти используют магнитные диски. магнитные ленты, магнитные карты, перфокарты, перфоленты.
- накопители на жестких магнитных дисках; - накопители на гибких магнитных дисках; - накопители на компакт-дисках; - накопители на магнито-оптических компакт-дисках; - накопители на магнитной ленте и др. Внешнее запоминающее устройство - (относительно) медленное запоминающее устройство большой емкости. Целостность содержимого ВЗУ не зависит от того, включен или выключен компьютер. Внешние запоминающие устройства. Эти устройства обеспечивают хранение больших массивов информации. Они относительно недороги, но обладают значительно меньшим быстродействием, чем устройства внутренней памяти ЭВМ. Наиболее широкое распространение получили ВЗУ на магнитных носителях (лентах и дисках). 15. Внешние запоминающие устройства, виды, назначение, принцип действия и основные характеристики. Виды запоминающих устройств Виды памяти ПК. Все виды памяти делятся на внешние и внутренние. Внутренняя: оперативная, кэш, ПЗУ. Все виды памяти находятся на системной плате в виде микросхем. Внешняя: — память на жестких дисках (объемы 30,40,80, 120, 150 Гб). Скорость вращения памяти дисков 7200, 10000, 1500 оборотов в мин. Время обращения 6–10 микросек. — Память на магнитной ленте (стример — исп-ется для создания и хранения активных файлов). — компакт-диски CD (только для чтения — CD; с однократной записью — CD-R+; перезаписываемые — CD-КЦ) — вмещают 700 Мгб емкости; 52/24/16 (скорость считывание/однократн.запись/перезаписывающ.). — DVD-диски и DVD-накопители.
Компьютерное устройство ввода-вы́вода — компонент типовой архитектуры ЭВМ, предоставляющее компьютеру возможность взаимодействия с внешним миром и, в частности, с пользователями и другими компьютерами. Устройства ввода - вывода предназначены для организации ввода информации в оперативную память компьютера или вывода информации из оперативной памяти компьютера во внешнюю память либо непосредственно пользователю. (НМЛ - накопитель на магнитной ленте НГМД - накопитель на гибких магнитных дисках, НМД - накопитель на жестких магнитных дисках, УПК-устройство ввода-вывода с перфокарт, УПЛ - устройство ввода-вывода с перфолент. Основным, и обычно необходимым, устройством ввода текстовых символов и последовательностей (команд) в компьютер остаётся клавиатура. Клавиатура — устройство, представляющее собой набор кнопок (клавиш), предназначенных для управления каким-либо устройством или для ввода информации. Как правило, кнопки нажимаются пальцами рук. Основным устройством вывода является монитор. (также проектор, принтер). Монитор — интерфейс системы «человек — аппаратура — человек». Преобразует цифровую и (или) аналоговую информацию в видеоизображение. Основные параметры мониторов: 1)Вид экрана квадратный или широкоформатный(прямоугольный); 2)Размер экрана, определяется длиной диагонали. Измеряется в дюймах. (17",22"); 3)Разрешение - число пикселов по вертикали и горизонтали; 4)Глубина цвета - число отображаемых цветов (от монохромного до 32-х битного); 5)Размер зерна или пикселя ; 6)Частота обновления экрана; 7)Скорость отклика пикселей(не для всех мониторов)
Устройства вывода информации, назначение, виды, принцип действия и основные характеристики. Устройства вывода — используются для извлечения результатов работы компьютера. Устройства для вывода визуальной информации • Монитор (дисплей) • Проектор • Принтер • Графопостроитель Устройства для вывода звуковой информации • Встроенный динамик • Колонки • Наушники Устройства ввода/вывода • Перфоратор • Магнитный барабан • Стример • Дисковод • Жёсткий диск • Различные порты • Различные сетевые интерфейсы. В соответствии с точным определением, в качестве «сердца» компьютера рассматривается центральный процессор и ОЗУ. Все операции, не являющиеся внутренними по отношению к этому комплексу, рассматриваются как операции ввода/вывода.
Начнем с главной и основной детали любого компьютера – процессора. Если при работе вы будете сталкиваться с сложными математическими расчетами, бухгалтерскими программами и прочими вычислительными процессами, то следует взять процессор типа Intel Pentium IV. В том случае, если вы секретарь, а ваша работа заключается в простом наборе и печати информации, в использовании программ Microsoft Office и прочих простых деталей, то особо высокая частота вам не к чему, возьмите процессор Intel Celeron. Еще одна деталь при выборе процессора – частота шины. Чем она выше, тем лучше работает сам компьютер, однако следует принять во внимание, что данная частота должна быть идентичной также и для материнской платы и для оперативной памяти. Наверное единственная деталь, про которую можно сказать чем больше, тем лучше – это оперативная память. От ее количества напрямую зависит и производительность компьютера. Следовательно, чем больше денег вы вложите в оперативку, тем и отдача в производительности от ваших денег будет выше. Довольно сложным может оказаться выбор видео карты. Проще говоря, улучшая свою видео память, добавляя к ней различный «прибамбасы» вы улучшаете работу вашего компьютера с 3D объектами и ничего другого. Если же вашей задачей является улучшение работы с объектами формата 2D, тогда следует наращивать объем оперативной памяти. Перейдем к следующей составляющей любого компьютера – жесткому диску. Важно отметить, что особую роль в работе компьютера играет не только объем самого жесткого диска, но и скорость его работы. Еще важными моментами в работе жесткого диска являются такие его спецификации, как скорость вращения и качество канала доступа к памяти. Со скоростью вращения все просто – чем больше оборотов совершает винчестер, тем выше его производительность, а значит такой диск будет вам более полезен. Материнская плата. Здесь совет один, и он очень прост – чем дороже материнка, тем ее качество выше. Особое внимание следует уделить всякого рода встроенным на материнке платам. Если, например, звуковая карта не так важна, так как в большинстве своем она устроит рядового потребителя, если вы конечно не собираетесь заниматься профессиональной звукозаписью, то такие встроенные платы, как видео, пригодятся вам лишь для простого вида работы (Интернет и прочие мелкие вещи), о работе со сложными графическими объектами тут речи быть не может.
Появление новых поколений ЭВМ обусловлено расширением сферы их применения, требующей более производительной, дешевой и надежной вычислительной техники. В настоящее время стремление к реализации новых потребительских свойств ЭВМ стимулирует работы по созданию машин пятого и последующего поколений. Вычислительные средства пятого поколения, кроме более высокой производительности и надежности при более низкой стоимости, обеспечиваемых новейшими электронными технологиями, должны удовлетворять качественно новым функциональным требованиям: • работать с базами знаний в различных предметных областях и организовывать на их основе системы искусственного интеллекта; • обеспечивать простоту применения ЭВМ путем реализации эффективных систем ввода-вывода информации голосом, диалоговой обработки информации с использованием естественных языков, устройств распознавания речи и изображения; • упрощать процесс создания программных средств путем автоматизации синтеза программ. Развитие вычислительной техники с высоким параллелизмом во многом определяется элементной базой, степенью развития параллельного программного обеспечения и методологией распараллеливания алгоритмов решаемых задач. Наряду с развитием архитектурных и системотехнических решений ведутся работы по совершенствованию технологий производства интегральных схем и по созданию принципиально новых элементных баз, основанных на оптоэлектронных и оптических принципах. В плане создания принципиально новых архитектур вычислительных средств большое внимание уделяется проектам нейрокомпьютеров, базирующихся на понятии нейронной сети (структуры на формальных нейронах), моделирующей основные свойства реальных нейронов. В случае применения био- или опто-элементов могут быть созданы соответственно биологические или оптические нейрокомпыотеры. Многие исследователи считают, что в следующем веке нейрокомпьютсры в значительной степени вытеснят современные ЭВМ, используемые для решения трудноформализуемых задач. Последние достижения в микроэлектронике и разработка элементной базы на основе биотехнологий дают возможность прогнозировать создание биокомпыотеров. Важным направлением развития вычислительных средств пятого и последующих поколений является интеллектуализация ЭВМ, связанная с наделением ее элементами интеллекта, интеллектуализацией интерфейса с пользователем и др. Работа в данном направлении, затрагивая, в первую очередь, программное обеспечение, потребует и создания ЭВМ определенной архитектуры, используемых в системах управления базами знаний, — компьютеров баз знаний, а так же других подклассов ЭВМ. При этом ЭВМ должна обладать способностью к обучению, производить ассоциативную обработку информации и вести интеллектуальный диалог при решении конкретных задач. |