ЭВМ и ПУ. Вычислительные машины, системы и сети - курс лекций. Вычислительные машины, системы и сети. Курс лекций

• Название: Вычислительные машины, системы и сети. Курс лекций
• Анкор: ЭВМ и ПУ
• Дата: 04.03.2021
• Размер: 1.45 Mb.
• Имя файла: Вычислительные машины, системы и сети - курс лекций.doc
• Тип: Курс лекций; #181794
• страница: 4 из 23

4. Функциональная и структурная организация типовой ЭВМ

Функциональная организация типовой ЭВМ


Рисунок 4.1 – Функциональная схема типовой ЭВМ
1. Процессор (центральный процессор) — основной вычислительный блок компьютера, содержит важнейшие функциональные устройства:

• 
  устройство управления с интерфейсом процессора (системой сопряжения и связи процессора с другими узлами машины);
  
• 
  арифметико-логическое устройство;
  
• 
  процессорную память.
  

Процессор, по существу, является устройством, выполняющим все функции элементарной вычислительной машины.

2. Оперативная память — запоминающее устройство, используемое для оперативного хранения и обмена информацией с другими узлами машины.

3. Каналы связи (внутримашинный интерфейс) служат для сопряжения центральных узлов машины с ее внешними устройствами.

4. Внешние устройства обеспечивают эффективное взаимодействие компьютера с окружающей средой: пользователями, объектами управления, другими машинами. В состав внешних устройств обязательно входят внешняя память и устройства ввода-вывода.
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КЛАССИЧЕСКОМУ ЭВМ:

1. Система команд должна располагаться в специальном устройстве.

2. Команды и числа имеют одну форму представления.

3. Иерархическая организация памяти.

4. АЛУ использует только операцию сложения.

5. Использование параллельного принципа организации процесса.


Структура типовой ЭВМ

ЭВМ содержит следующие основные устройства: арифметическо - логическое устройство, память, устройство управления, устройства ввода вывода.

АЛУ – производит арифметические и логические преобразования над поступающими в него машинными словами, т.е. кодами определённой длины, представляющими ту или иную информацию.

Память - хранит информацию, передаваемую из других устройств. Память как правило состоит из двух частей: быстродействующую основную(оперативную) ОП и сравнительно медленную, но способную хранить значительно больший объём информации – временную ВП.

Управляющее устройство (УУ) автоматически без участия человека управляет вычислительным процессом, посылая всем другим устройствам сигналы, предписывающие им те или иные действия.

Устройства ввода предназначены для преобразования информации, поступающей в ЭВМ из внешнего мира(окружающей среды). А устройства вывода для преобразования обработанной ЭВМ информации, удобную для человека.


Рисунок 4.2 - Структура типовой ЭВМ

5. Аппаратные и программные средства для построения ЭВМ

Аппаратное обеспечение

Аппаратное обеспечение (англ. hardware) включает в себя все физические части компьютера, но не включает информацию (данные), которые он хранит и обрабатывает, и программное обеспечение, которое им управляет.
Типичный компьютер:

Подавляющее большинство компьютеров — скрыты, «внедрены» в другие устройства, например, в автомобили, микроволновки, электрокардиографы, проигрыватели компакт-дисков, сотовые телефоны. Лишь самая малая часть компьютеров (около 0.2% всех компьютеров, произведённых в 2003 году) — это настольные и мобильные персональные компьютеры.
Персональный компьютер:

Типичный персональный компьютер состоит из корпуса и следующих частей:

• 
  Материнская плата, на которой установлен центральный процессор, оперативная память и другие части, а также слоты расширения
  
• 
  Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и кеш
  
• 
  Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)
  
• 
  Шины — PCI, PCI-E, ISA (устарела), USB, AGP
  
• 
  Блок питания
  
• 
  Контроллеры устройств хранения — IDE, SCSI или других типов, находящиеся непосредственно на материнской плате (встроенные) либо на платах расширения. К контроллерам подключены жёсткий диск (винчестер), привод гибких дисков, CD-ROM и другие устройства.
  
• 
  Накопители на сменных носителях
  
• 
  Приводы CD или DVD
  
• 
  привод гибких дисков
  
• 
  стриммер
  
• 
  Устройства хранения информации
  
• 
  Жёсткий диск (винчестер)
  
• 
  дисковый массив
  
• 
  Видео-контроллер (встроенный или в виде платы расширения — см. графическая плата), передающий сигнал на монитор
  
• 
  Звуковой контроллер (см. звуковая плата)
  
• 
  Сетевой интерфейс (см. сетевая плата)
  

Кроме того, в аппаратное обеспечение также входят внешние компоненты — периферийные устройства:
1.Устройства ввода:

• 
  Клавиатура
  
• 
  Мышь, трекбол или тачпад
  
• 
  Джойстик
  
• 
  Сканер
  

2.Устройства вывода:

• 
  Монитор (дисплей)
  
• 
  Колонки/наушники
  
• 
  Печатающие устройства
  
• 
  Принтер
  
• 
  Плоттер (графопостроитель)
  
• 
  Модем
  

Материнская плата — печатная плата, на которой осуществляется монтаж большинства компонентов компьютерной системы. Название происходит от английского motherboard, иногда используется сокращение MB или слово mainboard — главная плата.

Обычно на материнской плате располагаются гнезда для подключения центрального процессора, графической платы, звуковой платы, контроллера жёсткого диска, оперативной памяти и дополнительных периферийных устройств.
Оперативная память (ОЗУ — оперативное запоминающее устройство) — в информатике — память, предназначенная для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору команды и данные непосредственно, либо через кэш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — энергонезависимая память, используется для хранения неизменяемых данных.

Блок питания (БП) — устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого системе, из напряжения электрической сети.

Накопитель на жёстких магнитных дисках, жёсткий диск или винчестер, (англ. Hard Disk Drive, HDD) — энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах.

Устройствами ввода называются управляемые человеком приборы для занесения (ввода) данных в компьютер.

Клавиатура — набор кнопок (клавиш), предназначенных для управления каким-либо устройством или для ввода информации. Как правило, кнопки нажимаются пальцами.

Манипулятор «мышь» (в обиходе, просто «мышь» или «мышка») — одно из устройств ввода обеспечивающих интерфейс пользователя с компьютером. Мышь воспринимает свое перемещение в рабочей плоскости (обычно — на участке поверхности стола) и передает эту информацию компьютеру. Программа, работающая на компьютере, в ответ на перемещение мыши производит на экране действие, отвечающее направлению и расстоянию этого перемещения. В универсальных интерфейсах (напрмер в оконных), с помощью мыши пользователь управляет мышиным курсором — манипулятором элементами интерфейса.

Монитор, дисплей — интерфейс системы «человек — аппаратура — человек». Преобразует цифровую и (или) аналоговую информацию в видеоизображение.

Принтер (от англ. printer — печатник) — устройство печати информации на твердый носитель, обычно на бумагу. Процесс печати называется вывод на печать, а получившийся документ — распечатка.

Модем (аббревиатура, составленная из слов модулятор-демодулятор) — устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Модулятор осуществляет модуляцию, то есть изменяет характеристики несущего сигнала в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).


Программное обеспечение

Программное обеспечение (произношение обеспече?ние не рекомендуется) — наряду с аппаратными средствами, важнейшая составляющая информационных технологий, включающая компьютерные программы и данные, предназначенные для решения определённого круга задач и хранящиеся на машинных носителях. Программное обеспечение представляет собой либо данные для использования в других программах, либо алгоритм, реализованный в виде последовательности инструкций для процессора.

В области вычислительной техники и программирования программное обеспечение — это совокупность всей информации, данных и программ, которые обрабатываются компьютерными системами.
По назначению ПО разделяется на системное, прикладное и инструментальное.

1.Системное ПО

• 
  Операционные базовый комплекс компьютерных программ, обеспечивающий управление аппаратными средствами компьютера, работу с файлами, ввод и вывод данных, а также выполнение прикладных программ и утилит.
  
• 
  Загрузчик операционной системы - системное программное обеспечение, обеспечивающее загрузку операционной системы непосредственно после включения компьютера.
  
• 
  Драйверы устройств - это компьютерная программа, с помощью которой другая программа (обычно операционная система) получает доступ к аппаратному обеспечению стандартным образом. В общем случае для использования каждого устройства, подключённого к компьютеру, необходим специальный драйвер.
  

2.Программные средства защиты

• 
  Криптошлюзы
  
• 
  Средства аутентификации
  
• 
  Средства мониторинга и аудита
  
• 
  Сканеры защищенности
  
• 
  Средства разграничения доступа
  
• 
  Системы криптографической защиты, шифрования и ЭЦП
  
• 
  Антивирусные программы
  
• 
  Антиспамовые программы
  
• 
  Межсетевой экран
  

3.Инструментальное ПО

• 
  Средства разработки программного обеспечения
  
• 
  Системы управления базами данных
  

4.Прикладное ПО

• 
  Офисные приложения
  
• 
  Корпоративные информационные системы
  
• 
  Системы проектирования и производства
  
• 
  Системы логистической поддержки изделий
  
• 
  Научное ПО
  
• 
  Прочие системы