Для сдачи тестов, рубежного контроля, а также закрепления материала используйте браузеры MS Internet Explorer, Mozilla Firefox, Chromium
    Главная страница электронного учебника План урока
    Содержание дисциплины

    Лабораторная работа №1. Определение объемов экономической информации
    Содержание дисциплины

    Структура ПК. Классы вычислительных машин

    Учебная тема
    Структура ПК. Классы вычислительных машин

    Структура ПК. Классы вычислительных машин

    ПК состоит, таким образом, из системного блока и внешних устройств.

    Системный блок ПК

    Системный блок реализует все основные процессы по переработке информации, осуществляя хранение программ и данных, управляет работой всех блоков, обеспечивая их системное взаимодействие. Возможности ПК во многом определяются начинкой системного блока. Он содержит: системную материнскую плату (состав которой будет рассмотрен ниже), контроллеры внешних устройств, внешнюю память – накопитель на жестких магнитных дисках, дисководы для гибких магнитных дисков и пр.

    Корпусы системного блока могут существенно различаться габаритами и ориентацией максимального размера: вертикальной (Tower – «башня», Bigtower, Miditower, Minitower, Babytower) и горизонтальной (Desktop – «настольный», Slim – «плоский»). Чем меньше корпус ПК, тем сложнее его модернизировать и ремонтировать.

    Задняя панель имеет разъем для подключения питания и несколько разъемов на 5, 9, 15 и 25 контактов для подключения внешних устройств. Соединители имеют уникальную форму, обеспечивающие однозначное подключения к ним.

    Структурная схема системного блока представлена на рис. 2.2.

    На системной плате располагаются различные по форме и величине интегральные схемы следующих элементов:

    ·                   микропроцессор (МП);

    ·                   сопроцессор;

     

     

     

     

     

     

     

     

    Рис. 2.2. Состав системного блока


    внутренняя память машины: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);

    ·                   генератор тактовых импульсов;

    ·                   устройство управления;

    ·                   контроллер клавиатуры.

    В зависимости от производителей системные платы могут отличаться друг от друга, однако основной состав остается (могут отсутствовать сопроцессор, или присутствовать дополнительная КЭШ память и т.д.).

    Главным элементом (мозгом) ПК является микропроцессор. Микропроцессор – устройство, реализующее все основные операции по обработке информации и управлению, выполненное в виде небольшой интегральной схемы (габаритом со спичечную коробку).

    Скорость работы микропроцессора определяет быстродействие ПК. МП отличаются друг от друга типом (моделью) и тактовой частотой. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) выполняется в одну секунду и измеряется в мегагерцах (МГц). Чем выше модель МП тем выше быстродействие при той же тактовой частоте, так как одна и та же операция выполняется за меньшее количество тактов.

    В истории развития МП (фирмы Intel – основного производителя МП) выделяются 7 поколений представленных в таблице 1.

    Сопроцессор – устройство обеспечивающее повышение быстродействия ПК (в 10-15 раз). Работает не всегда , а только по мере необходимости.

    Внутренняя память машины состоит из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ, ПП - постоянная память или ROMRead Only Memory) и оперативного запоминающего устройства (ОЗУ, ОП – оперативная память или RAM - Read Access Memory).

    ПЗУ содержит программы и данные, определяющие работу ПК после включения питания. Информация в ПЗУ записывается на заводе изготовителе и не может быть изменено пользователем (т.е. информация с нее только считывается). В ПЗУ хранятся следующие программы:

     

    Таблица 2.1. Сравнительные характеристики МП фирмы Intel

    Поко-ление МП

    Тип

    Год выпуска

    Тактовая частота

    МГц

    Встроенная КЭШ память

    Разрядность

    бит

    Адресуемая память

    Гб

    1

    8086,8088

    80186,

    80188

    1978-

    1981

    4,7-12

     

    Нет

    20

    1 МБ

    2

    80286

    1982

    12-25

    Нет

    24

    1 Мб

    3

    80386

    1985

    25-40

    Нет

    32

    4 Гб

    4

    80486

    1989

    25-66

    8Кб

    32

    64 Тб

    5

    Pentium

    Pentium ММХ

    1993

    60-200

    2 КЭШ

    16 Кб

    64

     

    6

    Pentium Pro, Pentium II,

    Celeron,

    Pentium III,

    Pentium II,III Xeon

    1995

    -

     

    1999

    500-1000

    512 КБ-2Мб

    64

    До 20 Гб

    7

    Pentium IV

    2001

    1300-2000

    2 Мб и выше

    64

    40 Гб и выше

     

    ·                   самотестирование устройств компьютера после включения питания;

    ·                   начальной загрузки операционной системы и опрос клавиатуры – начальную подготовку ПК к работе;

    ОЗУ – энергозависимая память (информация с нее стирается после выключения машины) для оперативной работы с информацией пользователю (для хранения программ, исходных данных и результатов обработки).

    Микросхемы памяти ставятся на небольшие платки называемые модулями SIMM, DIMM, RIMM (время доступа от 70-100 нс).

    Как ранее отмечалось, технология изготовления микропроцессоров постоянно совершенствуется, их быстродействие растет, это требует в свою очередь увеличения быстродействия ОП. Для этого используют так называемую КЭШ (СОЗУ - сверхоперативное запоминающее устройство) – память повышенного быстродействия, в которой хранятся наиболее часто используемые участки ОП (время доступа 10-20 нс). КЭШ-память находится между ОП и МП. СОЗУ бывает трех уровней: L1, L2 и L3. Первый уровень располагается на кристалле самого микропроцессора (начиная с 486-го); второй уровень на системной плате либо внутри картриджа микропроцессора (начиная с Pentium II и Pentium Pro); третий уровень – это кэш-память, образованная выделением и использованием некоторой части обычного ОЗУ специальными системными программами.

    Контроллеры и шина данных. Для работы ПК необходим непрерывный обмен информацией между устройствами ПК вообще, а также между ОП и внешними устройствами. Такой обмен называется вводом – выводом. Для организации такого обмена необходимы два промежуточных звена:

    1)                для каждого внешнего устройства имеется специальная микросхема – контроллер или адаптер, которая управляет соответствующим внешним устройством программно (с помощью программы -драйвера).

    2)                все котроллеры и адаптеры взаимодействуют с ОП и микропроцессором через системную магистраль данных – шину данных.

    Совокупность этих двух звеньев образуют интерфейс ввода–вывода – программные и аппаратные средства ввода-вывода.

    Шина данных это системная магистраль передачи микро-адресов, данных и управляющих сигналов внутри ПК, состоящая из проводников (полосковые линии передачи),, и осуществляющая обмен информацией между МП и ОП, а также между контроллерами и адаптерами внешних устройств. Число проводников в шинах ПК задает разрядность шин.

    Внешние устройства ПК

    Внешние устройства по назначению делятся на четыре группы:

    1) устройства хранения данных,

    2) устройства ввода данных,

    3) устройства вывода данных,

    4) устройства обмена данными.

    Опишем назначение и состав каждого из перечисленных групп внешних устройств.

    1) Устройства хранения данных - внешняя память. Роль памяти в ПЭВМ трудно переоценить. Основное назначение – хранить большие массивы программ и данных, воспринимать (записывать) и выдавать (считывать) необходимую информацию с предельно возможной скоростью. Память компьютера состоит из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ – команды. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств машины. Единицами объема памяти являются бит и байт. Бит – минимальный объем памяти способный хранить одну двоичную цифру – 0 или 1. Байт – 8 бит, минимально возможный объем памяти, способный хранить один символ (букву, цифру и другие др.) Это исходит из американского стандарта ASCII (American Standard Code for Information Interchange), который требует 8 битов для представления любого символа. Для измерения больших объемов памяти используются следующие измерения:

    1 Кб (килобайт) =1024 байт = 210байт,

    1 Мб (мегабайт) = 1048576 байт = 1024 Кб = 210Кб,

    1 Гб (гегабайт) = 1073741824 байт = 1024 Мб =210Мб,

    1 Тб (терабайт) = 1024 Гб =210Гб.

    В связи с тем, что разные устройства ПК работают с разным быстродействием, существует и иерархия памяти: внутренняя память, внешняя память и архив (рис.2.3.).

    Задача внутренней памяти, которая состоит из ПЗУ, ОЗУ и СОЗУ (кэш-памяти), обеспечить оперативность работы машины. Она представлена набором микросхем, свойства которых поддерживаются своими технологиями. Оперативная память, как уже известно – энергозависима и имеет относительно небольшой объем, хотя имеет постоянную тенденцию к увеличению как видно из таблицы 1.

    Внешняя память «питает» внутреннюю. Внешняя память осуществляет длительное хранение больших массивов данных. Внешнюю память составляют НЖМД - накопители на жестких магнитных дисках, НГМД – накопители на гибких магнитных дисках и НОД – накопители на оптических дисках.

    НГМД имеет дисковод и магнитный диск. Важные характеристики диска – это диаметр (размер – измеряется в дюймах) и плотность записи. Типовые размеры - 3,5’’ и 5,25’’, кроме того существуют 2,5 и 1,8 дюймовые диски. Для каждого из них, разумеется, есть свои дисководы. Дисковод (иногда его называют приводом) обеспечивает запись и считывание информации на диске с помощью специальной магнитной головки. Гибкий магнитный диск (флоппи-диск, дискета) представляет собой пластину с магнитным покрытием, помещенную в пластиковый чехол. Хранителем информации является магнитное покрытие. Пластмассовый чехол обеспечивает защиту покрытия от механических воздействий. В трехдюймовых дисках щель для магнитной головки защищена от рук пользователя металлической шторкой. Работать с диском можно только после того, как на нем создана определенная магнитная структура. Процесс создания магнитной структуры на диске называется форматированием.

     

    Рис. 2.3. Иерархия памяти ПК

     

    В результате форматирования на диске формируются дорожки, намагниченные определенным образом и сгруппированные по концентрическим окружностям частицы магнитного слоя. Дорожки делятся на части, снабженные адресными метками, позволяющими в дальнейшем осуществить поиск информации. Такие части называют секторами. Они являются основной единицей объема внешней памяти, выделяемого для хранения данных, т.к. независимо от объема записываемой/считываемой информации при обращении к диску записывается/считывается целое число секторов. Нумерация поверхностей и дорожек начинается с нуля, а секторов – с единицы. Стандартная емкость диска отражает его тип, указанный на этикетке. У 3,5 дюймовых дисков, наиболее популярных в настоящее время емкость составляет – 1,4 Мб. Для увеличения плотности записи используются современные технологии, такие как применение лазерного луча для точного позиционирования магнитной головки устройства, эффекта Бернулли для бесконтактного способа записи/чтения, при этом емкость увеличивается до 100-200 Мб.

    НЖМД типа «винчестер» (hard) имеет дисковод и диски. предназначены для постоянного хранения информации, используемой при работе с ПК: программ операционной системы (ОС), часто используемых программ пользователя, различных приложений. НЖМД представляют собой систему, состоящую из привода, головок чтения/записи, нескольких дисков-носителей и контроллера, обеспечивающего работу всего устройства и передаче данных. Магнитная головка (несколько магнитных головок в специальном позиционере) является одной из наиболее важных частей устройства. Конструкция ее постоянно совершенствуется. Различают следующие типы: монолитные, изготовленные из ферритов; композиционные, состоящие из нескольких видов материалов (стекло, сплавы, керамика); тонкопленчатые, изготавливаемые методом фотолитографии; магниторезистивные, состоящие из двух головок – для записи и для чтения. Каждый из дисков имеет две рабочие поверхности. Скорость вращения дисков может быть: 3600, 4500, 5400,7200,10000,12000 об/мин. С увеличением скорости вращения увеличивается производительность всей системы. Винчестер, также как и гибкие диски, форматируется. К основным параметрам винчестера относятся: среднее время доступа (в современных ПК приблизительно 5-6 мс), скорость обмена данными (в современных ПК приблизительно от 20 до 160 Мб/с в зависимости от интерфейса).

    Накопители на оптических дисках (НОД). Принцип работы всех существующих ныне НОД основан на использовании лазерного луча для записи и чтения информации. В процессе записи лазерный луч (модулированный цифровым сигналом) оставляет на активном слое оптического носителя след, который затем можно воспринять по отражению «читающего» лазерного луча меньшей интенсивности.

    Такие накопители по кратности записи информации пользователем делятся на три класса: незаписываемые, с однократной записью и перезаписываемые. Незаписываемые – CD-ROM – обеспечивают многократное использование записанной на них еще в процессе изготовления информации. На диск нанесена дорожка-спираль от центра к краю диска, состоящая из отражающих и не отражающих свет точек. Скорость считывания до 150 Кб/с, емкость – 650 Мб. НОД с однократной записью – CD-R (Recordable), WORM-диски- – луч лазера прожигает пленку на поверхности диска, меняя отражательную способность. Перезапись невозможна. Такие диски читаются на любом приводе CD-ROM. Перезаписываемые – DVD-RAM, (Digital Versatile Disk – цифровой многофункциональный диск) – «цифровые бумаги», имеют такие же размеры как CD-диск: его диметр 120 мм, толщина 1,2 мм. Может быть как односторонним (емкость – 2,58 Гб), так и двухсторонним (емкость – 5,2 Гб). Срок гарантированного хранения записанной на НОД информации, согласно официальным оценкам, составляет сто лет. Причем можно хранить информацию представленном в любом виде: текст, графику, звук, видеофильмы. Перезаписываемые НОД в свою очередь делятся на оптические и магнитооптические (МО). Магнитооптические имеют еще более лучшие характеристики: емкость 4,6 Гб, скорость обмена данными – 48 Мбит/с (тот же параметр для DVD и CD составляет 10,8 и 1,41 Мбит/с соответственно), в время доступа 17 мс. Такие параметры приближают МО-накопитель к современным моделям накопителей на жестких дисках.

    В настоящее время широко развиваются технологии флэш-памяти. Немного поподробнее об этой технологии. Бытует мнение, что название FLASH применительно к типу памяти переводится как «вспышка». Одна из версий его появления говорит о том, что впервые в 1989-90 году компания Toshiba употребила слово Flash в контексте «быстрый, мгновенный» при описании своих новых микросхем. Вообще, изобретателем считается Intel, представившая в 1988 году флэш-память с архитектурой NOR (NOR — Not OR — в булевой математике обозначает отрицание «ИЛИ»). Годом позже Toshiba разработала архитектуру NAND (NAND — Not AND — в той же булевой математике обозначает отрицание «И»), которая и сегодня используется наряду с той же NOR в микросхемах флэш. Собственно, сейчас можно сказать, что это два различных вида памяти, имеющие в чем-то схожую технологию производства.

    Флэш-технология позволяет оснастить системную память уникальными свойствами. Подобно ОЗУ, флэш-память модифицируется электрически внутрисистемно, но подобно ПЗУ, флэш энергонезависима и хранит данные даже после отключения питания. Однако, в отличие от ОЗУ, флэш нельзя переписывать побайтно. Флэш-память читается и записывается байт за байтом и предъявляет новое требование: ее нужно стереть перед тем, как записывать новые данные. Запись (программирование) флэш-памяти - это процесс замены "1" на "0". Стирание - это процесс замены "0" на "1", где флэш стирается блок за блоком. Блоки - это области с фиксированными адресами.

    NAND-флэш нашел применение в качестве хранителя больших объемов информации и для ее переноса. Наиболее распространенные сейчас устройства, основанные на этом типе памяти, это флэшдрайвы и карты памяти. Что касается NOR-флэша, то чипы с такой организацией используются в качестве хранителей программного кода (BIOS, RAM карманных компьютеров, мобильных телефонов и т.п.), иногда реализовываются в виде интегрированных решений (ОЗУ, ПЗУ и процессор на одной мини-плате, а то и в одном чипе).

    В настоящее время создан Memory Stick на основе технологии флэш-памяти, весит всего 4 г и по размеру не больше пластинки жевательной резинки. В то же время он чрезвычайно прочен и надежен. Модули памяти Memory Stick используются в видеокамерах, цифровых фотоаппаратах, персональных компьютерах, принтерах и других электронных устройствах.

    Стримеры – накопители на магнитных лентах, используются, когда необходимо записать большие объемы информации при создании архивных копий. Современные стримеры используют кассеты (картриджи) с магнитной лентой. Емкость картриджей от 250Мб до 35 Гб в зависимости от технологии изготовления.

    2) Устройства ввода данных. Клавиатура является одним из основных устройств ввода данных в ПЭВМ. Принцип действия клавиатуры достаточно прост: совокупность датчиков воспринимает давление на клавиши и замыкает тем или иным образом определенную электрическую цепь. Контроллер клавиатуры (читающий сигналы) находится на системной плате системного блока. Наиболее распространены два типа клавиатур: с механическими и мембранными переключателями. Стандартная клавиатура подключается к системному блоку с помощью О-образного (круглого) 5-контактного разъема. Манипулятор мышь также относится к устройством ввода. Различают механические и оптические мыши. В днище механических мышей монтируется маленький шар. При перемещении мыши шар вращается. Движение световой метки (указателя мыши) – есть сумма векторов движения мыши по осям координат, таким образом, осуществляется «привязка» перемещения мыши по столу, с перемещением световой метки по экрану. Механические мыши могут работать практически на любой поверхности, но лучше всего – на специальном коврике. Оптические мыши работают только на клетчатом коврике. Клетка на коврике – это координатная сетка. Луч света, пересекая линии, отсчитывает величину и направление перемещения. Такие мыши весьма требовательны к чистоте коврика. Важным параметром мыши является разрешение. Оно определяется числом импульсов, генерируемых электроникой мыши при перемещении манипулятора на единицу длины, и измеряется в точках на дюйм (dpidot per inch). Мышь обычно подключается к системному блоку посредством 9- или 25-контактного D-образного штырькового разъема системного блока. Есть и беспроводные мыши, но они мало распространены.

    Дополнительным устройством ввода может являться сканер. Сканер – оптико – электронное считывающее устройство, обеспечивающее ввод текстов и других плоских изображений в машину. Обычно сканеры характеризуются разрешающей способностью (степень детализации воспринимаемого изображения); количеством воспринимаемых оттенков черного и белого (штриховые и полутоновые сканеры) либо цветовой гаммы (цветные); размером обрабатываемых изображений; стоимостью. В основе работы сканера лежит принцип преобразования луча, отраженного от данной точки оригинала в цифровой код, воспринимаемый машиной либо как код светового оттенка (интенсивность) в черно-белых сканерах, либо как код цвета – в цветных. Поэтому в сканере есть источник света, чувствительные датчики и преобразователи.

    3) Устройства вывода данных включают видеосистему и принтеры. Видеосистема ПК состоит из видеоадаптера, размещаемого на системной плате, и дисплея. Видеоадаптер, включающий в себя видеопамять и специализированный процессор, предназначен для преобразования информации от ПК в обычные видеосигналы для дисплея. Видеоадаптер располагается на отдельной плате и устанавливается в системном блоке. Дисплей подключается к видеоадаптеру специальным кабелем через разъем, установленный сзади платы видеоадаптера.

    Основные параметры видеоадаптера (таблица 2.2.):

    1)                разрешающая способность в пикселях по горизонтали и вертикали,

    2)                режимы работы (текстовый и графический – существует у всех современных адаптерах; в текстовом режиме экран обычно разбит на 25 строк по 80 символов и имеет, следовательно 2000 знакомест; в графическом режиме экран представлен множеством пикселей),

    3)                число цветов,

    4)                возможность программной загрузки шрифтов (существует у всех современных адаптерах).

    Технические характеристики монитора – размер экрана (14-, 15-, 17-, 19- дюймовые), масса, габариты, потребляемая мощность, стоимость.

    Таблица 2.2. Характеристики видеоадаптеров.

    Тип видеоадаптера

    разрешающая способность в

    пикселях по горизонтали и вертикали

    число цветов

    MGA

    720х340

    2

    EGA

    640х350

    16

    VGA

    640х480,

    320х200

    16,

    256

    SVGA

    800х600

    256

    XGA

    1024х768,

    1280х1024

    256,

    16,7млн.

     

    Принтеры – печатающие устройства для получения «твердых» копий документа. По типу делятся на матричные, струйные и лазерные.

    Матричные принцип действия, как у компостеров общественного транспорта, каждый символ воспроизводится совокупностью точек-иголок (бывают –9,12,18,24 или 48 игольчатые). Печатающая головка снабжена рядом иголок, которые в нужный момент ударяют через красящую ленту по бумаге. Основные производители Epson, IBM Graphics.

    Струйные – изображение формируется микро каплями специальных чернил, выдуваемых на бумагу с помощью специальных сопел.

    Лазерные – используют принцип ксерографии. Лазерный луч «рисует» изображение на светочувствительном барабане. Это изображение представлено распределением электрозарядов. При вращении барабана он проходит мимо картриджа с тонером – тонко размельченным красящим порошком. Он создает обычный рисунок, переносимый на бумагу, по которой прокатывается барабан. Нагреванием тонер расплавляется и фиксируется на бумаге. Основной производитель Hewlett-Packard.

    Потребительские качества приемлемые для лазерных принтеров:

    -                     аппаратная русификация,

    -                     скорость печати 8 страниц в минуту,

    -                     разрешение 600 точек на дюйм,

    -                     картридж на 6,5 тыс.страниц,

    -                     лоток автоматической подачи бумаги на 250 листов.

    У цветных лазерных принтеров принцип действия аналогичен черно-белым, только процесс переноса тонера повторяется 4 раза (для наката тонеров четырех цветов).

    Дополнительными устройствами вывода являются плоттер и ризограф.

    Плоттер – графопостроитель. Принцип действия – пишущий инструмент – перо - перемещается по бумаге, оставляя след.

    Ризограф - множительный аппарат, может работать и как принтер, и как сканер. Принцип действия – сначала оригинал считывается внутренним сканером и запоминается в специальном буфере памяти. После этого устройство делает трафарет и отпечатывает изображение (60-130 копий в минуту).

    Одним из дополнительных устройств ПЭВМ является звуковая карта (адаптер). Звуковая карта явилась одним из поздних усовершенствований ПК. Она подключается к одному из слотов материнской платы в виде дочерней карты и выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через внешние звуковые колонки, подключаемые к выходу звуковой карты. Специальный разъем позволяет отправить звуковой сигнал на внешний усилитель. Имеется также разъем для подключения микрофона, что позволяет записывать речь или музыку и сохранять их на жестком жиске для последующей обработки и использования. Основным параметром звуковой карты является разрядность, определяющая количество битов, используемых при обработке звуковых сигналов и преобразовании их в цифровую форму. Минимальным требованием сегодняшнего дня является 16- разрядная обработка (8-разрядные не обеспечивают стереоэффекта). Чем выше разрядность, тем выше точность преобразования звуковых (аналоговых) сигналов в цифровую форму. В настоящее время наиболее популярны 32- и 64-разрядные звуковые карты.

    4) Устройства обмена данными - включают модем, факс-модем и сетевой адаптер. Модем и факс-модем – устройства, обеспечивающие подключение ПК к телефонным линиям связи, и, следовательно, к электронной информационной службе. Бывают встраиваемые в виде платы в системный блок, либо в виде отдельного блока. Факс-модем преобразовывает компьютер в факсимильный аппарат. Сетевой адаптер - служит для объединения ПК в локальную сеть. Он скомпонован в виде стандартной платы расширения ПК.

     

    - Содержание дисциплины

    Лабораторная работа №1. Определение объемов экономической информации

    Закрепление материала
    Тестирование материала
    Содержание дисциплины

    Операционные системы. Понятие, основные функции и составные части