Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Контрольные вопросы - Развитие современных информационных технологий

1. Что понимается под современными информационными технологиями? С чем связано их развитие?

Современные информационные технологии - компьютеры и связанные с ним устройства. Их развитие связано с совершенствованием аппаратного и программного обеспечения компьютеров, с возможностью их применения для работы с различными видами данных.

2. Что понимается под поколением ЭВМ? Чем определяется смена поколений ЭВМ?

Поколение ЭВМ - совокупность электронно-вычислительных машин, относящихся к определенному периоду развития ЭВМ, в котором отмечается относительная стабильность их архитектуры, технической реализации, функциональных возможностей, аппаратного и программного обеспечения. Смена поколений ЭВМ определяется развитием электроники и высоких технологий производства.

3. Что понимается под элементной базой ЭВМ? Как она влияет на смену поколений ЭВМ?

Элементная база ЭВМ - классификация элементов и узлов ЭВМ. Переход к новой элементной базе влияет на разработку нового программного обеспечения, что дает возможность открывать новые области применения компьютерной техники.

4. Перечислите элементные базы четырех поколений ЭВМ. Почему машины всех четырех поколений можно назвать электронно-вычислительными?

Элементная база ЭВМ первого поколения: электронно-вакуумные лампы.

Элементная база ЭВМ второго поколения: полупроводниковые элементы(транзисторы, диоды).

Элементная база ЭВМ третьего поколения: интегральные схемы.

Элементная база ЭВМ четвертого поколения: большие интегральные схемы(микросхемы).

Машины всех четырех поколений можно назвать электронно-вычислительными, потому что все они зависят от элементной базы и каждое последующее поколение использует новые разработки в области электроники, которые обеспечивают  машину большей скоростью расчетов и большей памятью по сравнению с предыдущим поколением.

5. Перечислите основные характеристики вычислительной техники первого поколения.

ЭВМ первого поколения работали на электронно-вакуумных ламп, сами машины занимали огромные пространства, потребляли много электроэнергии, были ненадежны в эксплуатации. Быстродействие составляло десятки тысяч операций в секунду. Машина работала только с числовыми данными.

6. Какое программное обеспечение использовала вычислительная техника первого поколения? Каковы области применения ЭВМ первого поколения?

Вычислительная техника первого поколения использовала только двоичные машинные коды и использовалась для проведения расчетов в науке.

7. Перечислите основные характеристики ЭВМ второго поколения.

ЭВМ второго поколения работали на транзисторах и диодах. Машины были выполнены в виде стоек, чуть выше человека и занимали значительно меньше места чем ЭВМ первого поколения, быстродействие составляло сотни тысяч операций в секунду.

8. Какое программное обеспечение использовала вычислительная техника второго поколения? Каковы области применения ЭВМ второго поколения?

ЭВМ второго поколения работала на программах написанных преимущественно на Алголе, Фортране, Коболе и других алгоритмических языках. ЭВМ второго поколения обрабатывали числовые данные для решения научных, инженерных и экономических задач.

9. Перечислите основные характеристики вычислительной техники третьего поколения.

ЭВМ третьего поколения работала на интегральных схемах, быстродействие увеличилось до миллионов операций в секунду, размеры стали такими, что для ЭВМ уже не требовалось отдельного помещения.

10. Какое программное обеспечение использовала вычислительная техника третьего поколения? Каковы области применения ЭВМ третьего поколения?

ЭВМ третьего поколения использовали операционные системы(DOS) и прикладные программы, машины могли обрабатывать числовые и текстовые данные, поэтому использовались для решения научно-технических  и управленческих задач.

11. Перечислите основные характеристики вычислительной техники четвертого поколения.

ЭВМ четвертого поколения работает с использованием больших интегральных схем (микросхем), быстродействие составляет миллионы и миллиарды операций в секунду. Компьютеры компактны.

12. Какое программное обеспечение используется вычислительной техникой четвертого поколения? Каковы области применения компьютеров?

ЭВМ четвертого поколения используются во всех сферах жизнедеятельности. Большое внимание уделяется пользовательскому интерфейсу, для удобной работы человека с компьютером.

13. Каковы возможности направления дальнейшего развития компьютерной техники?

Размеры и стоимость компьютеров и в дальнейшем будут уменьшаться, а быстродействие и возможности - увеличиваться. С помощью единой компьютерной сети каждый член общества будет иметь доступ к нужной ему информации в любой точке нашей планеты и иметь возможность работать сразу с несколькими компьютерами.

 

14. Почему современные информационные технологии можно назвать информационно-коммуникационными технологиями?

В настоящее время информационные технологии очень часто называют информационно-коммуникационными, подчеркивая значимость локальных и глобальных компьютерных сетей для обеспечения информационного единства всей человеческой цивилизации. Очевидно, что развитие и внедрение таких технологий направлено на совершенствование информационного обеспечения всех сфер деятельности человека.

Поколения ЭВМ

Поколения ЭВМ

Поколения ЭВМ.

Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ. Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная, нестрогая классификация по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.

Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.

Этот прогресс показан в данной таблице:

П О К О Л Е Н И Я   Э В М

ХАРАКТЕРИСТИКИ

I

II

III

IV

Годы применения

 

1946-1958

1958-1964

 

1964-1972

 

  1972 - настоящее время

 

Основной элемент

 

Эл.лампа

Транзистор

 

ИС

БИС

Количество ЭВМ

в мире (шт.)

Десятки

Тысячи

Десятки тысяч

Миллионы

Быстродействие (операций в секунду) 

103-144

104-106

105-107

106-108

Носитель информации

Перфокарта, Перфолента

Магнитная Лента

 

Диск

Гибкий и лазерный диск

Размеры ЭВМ

 

Большие

Значительно меньше

 

Мини-ЭВМ

микроЭВМ

НАЗАД                                                                              ВПЕРЕД

 


Четвертое поколение

после 1975 года

Особенность:

Конструктивно-технологической основой вычислительной техники четвертого поколения становятся большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные схемы, созданные в 70-80-х годах. С помощью БИС на одном кристалле можно создать устройства, содержащие тысячи и десятки тысяч транзисторов. Компактность узлов при использовании БИС позволяет строить ЭВМ с большим числом вычислительных устройств - процессоров (так называемые многопроцессорные вычислительные системы). При этом, БИС - технология частично использовалась уже и в проектах предыдущего поколения (IBM/360, ЕС ЭВМ ряд-2 и др.).

Наиболее важный в концептуальном плане критерий, по которому ЭВМ четвертого поколения можно отделить от ЭВМ третьего поколения, состоит в том, что первые проектировались уже в расчете на эффективное использование современных языков программирования и упрощения процесса программирования для проблемного программиста. В аппаратном отношении для них характерно широкое использование ИС- технологии и быстродействующих запоминающих устройств. Наиболее известной серией ЭВМ четвертого поколения можно считать IBM/370, которая в отличие от не менее известной серии IBM/360 третьего поколения, располагает более развитой системой команд и более широким использованием микропрограммирования. В старших моделях 370-й серии был реализован аппарат виртуальной памяти, позволяющий создавать для пользователя видимость неограниченных ресурсов оперативной памяти.

Парк всех машин четвертого поколения можно условно разделить на пять основных классов:

  • микро-ЭВМ,

  • персональные компьютеры (ПК),

  • мини-ЭВМ, специальные ЭВМ,

  • ЭВМ общего назначения,

  • супер-ЭВМ.

В отличие от вычислительной техники первых трех поколений ЭВМ четвертого поколения правильнее было бы характеризовать тремя основными показателями:

  1. элементной базой (СБИС),

  2. персональным характером использования (ПК),

  3. нетрадиционной архитектурой (супер-ЭВМ).

Элементная база на основе СБИС позволила достичь больших успехов в деле миниатюризации, повышения надежности и производительности, позволив создавать микро- и мини-ЭВМ, превосходящие по возможностям средние и большие ЭВМ предыдущего поколения при значительно меньшей стоимости. Существенные изменения претерпела и архитектура вычислительной техники, рост сложности которой удалось добиться также благодаря элементной базе. Технология производства процессоров на базе БИС и СБИС позволила избавиться от контроля производства средств ВТ со стороны государства и крупных фирм-разработчиков, дав возможность любому, обладающему определенными знаниями и навыками, человеку довольно легко создавать в домашних условиях, что существенно приблизило ее к массовому пользователю и ускорило темпы компьютерной революции и массовой информатизации общества.

Феномен персонального компьютера (ПК) восходит к созданию в 1965 г. первой мини-ЭВМ PDP-8, которая появилась в результате универсализации специализированного микропроцессора для управления ядерным реактором. Машина быстро завоевала популярность и стала первым массовым компьютером этого класса; в начале 70-х годов число машин превысило 100 тыс. шт. Дальнейшим важным шагом был переход от мини- к микро- ЭВМ; этот новый структурный уровень вычислительной техники начал формироваться на рубеже 70-х годов, когда появление БИС дало возможность создать универсальный процессор на одном кристалле. Первый микропроцессор Intel-4004 был создан в 1971 г. и содержал 2250 элементов, а первый универсальный микропроцессор Intel-8080, явившийся стандартом микрокомпьютерной технологии и созданный в 1974 г., содержал уже 4500 элементов и послужил основой для создания первых ПК. В 1979 г. выпускается один из самых мощных и универсальных 16-битный микропроцессор Motorolla-68000 c 70.000 элементами, а в 1981 г. - первый 32-битный микропроцессор Hewlett Packard с 450 тыс. элементами. Выпускались и другие микропроцессоры, но отмеченные были лидерами своего времени; на сегодня ВТ располагает большим набором превосходных универсальных микропроцессоров.

Первым ПК можно считать Altair-8800, созданный на базе микропроцессора Intel-8080 в 1974 г. Э. Робертсом. Компьютер рассылался по почте, стоил всего 397 $ и имел возможности для расширения периферийными устройствами. Для Altair-8800 П. Аллен и У. Гейтс создали транслятор с популярного языка Basic, существенно увеличив интеллектуальность первого ПК (впоследствии они основали теперь знаменитую компанию MicroSoft Inc). Доработка ПК цветным монитором привела к созданию конкурирующей модели ПК Z-2. Через год после появления первого Altair-8800 в производство ПК включилось более 20 различных компаний и фирм. Начала формироваться ПК-индустрия (собственно производство ПК, их сбыт, периодические и непериодические издания, выставки, конференции и т.д.). А уже в 1977 г. были запущены в серийное производство три модели ПК Apple-2 (фирма Apple Computers), TRS-80 (фирма Tandy Radio Shark) и PET (фирма Commodore), из которых в конкурентной борьбе сначала отстающая фирма Apple становится вскоре лидером производства ПК (ее модель Apple-2 имела огромный успех). К 1980 г. корпорация Apple выходит на Уолл-стрит с самым большим акционерным капиталом и годовым доходом в 117 млн. $. Такой успех позволил сформироваться мнению, что именно модель Apple-2 является первым ПК.

Но уже в 1981 г. фирма IBM, во избежание потери массового рынка, начинает выпуск своих ныне широко известных серий ПК IBM PC/XT/AT и PS/2,открывших новую эпоху персональной ВТ. Выход на арену ПК-индустрии гиганта IBM ставит производство ПК на промышленную основу, что позволяет решить целый ряд важных для пользователя вопросов (стандартизация, унификация, развитое программное обеспечение и др.), которым фирма уделяла большое внимание уже в рамках производства серий IBM/360 и IBM/370.

Супер-ЭВМ характеризуются как высокой производительностью ( 2х107 оп/с.), так и нетрадиционной архитектурой. Развитие супер-ЭВМ обусловлено необходимостью решения сложных задач, требующих большого времени и не поддающихся обработке вычислительными средствами других классов. К таким задачам относятся многие задачи математической физики, космологии и астрономии, моделирования сложных систем и др. Наряду с этим вполне естественным желанием является получить ЭВМ с максимальным быстродействием - именно ускорение счета лежало в основе создания вычислительной техники вообще.

История создания отечественной ЭВМ первого поколения — М-1/ИНЭУМ

М-1 Первая отечественная ЭВМ И.С. Брука, 1951 г.

Основные разработчики первой ЭВМ — М-1

Брук И.С., Матюхин Н.Я., Карцев М.А., Александриди Т.М., Лавренюк Ю.А., Залкинд А.Б., Белынский В.В., Карибский В.В., Шидловский Р.П.

Одна из первых цифровых вычислительных машин с программой, хранимой в оперативной памяти. Отчет Принстонского университета, в котором были сформулированы архитектурные принципы Дж. фон Неймана, в то время не был известен разработчикам М-1.
ЭВМ М-1 имела двухадресную систему команд в отличие от общепринятой в то время и считавшейся наиболее естественной трехадресной.

ЭВМ М-1 — первая отечественная малогабаритная ЭВМ с использованием полупроводниковых диодов в логических схемах и памяти на обычных осциллографических электронных трубках.

Технические характеристики первой ЭВМ — М-1

Серьёзные трудности при проектировании ЭВМ М-1 и реализации проекта создавало почти полное отсутствие комплектующих изделий. И. С. Брук нашёл оригинальный выход, воспользовавшись имуществом со складов военных трофеев. С этих складов в лабораторию электросистем поступили некоторые наиболее дефицитные и необходимые для работы приборы и комплектующие элементы (осциллографы, генераторы импульсов, радиолампы, купроксные выпрямители и др.). В одном из своих авторских свидетельств на изобретение — “Однозначный сумматор двоичных чисел” (№ 366940 от 7.02.1949 г.) И. С. Брук указывал на возможность использования селеновых или германиевых выпрямителей в качестве элементов, выполняющих логические и арифметические операции в цифровых вычислительных машинах.

Для представления чисел с фиксированной точкой использовалась двоичная система счисления (24 разряда — модуль числа и 1 разряд — знак числа). Оперативная память М-1 емкостью 512 25-разрядных чисел была реализована в виде быстродействующего электростатического запоминающего устройства из 8 электронно-лучевых трубок ЛО-737 и блоков развертки и управления. Эффект запоминания основывался на явлении вторично-электронной эмиссии. При определённой величине ускоряющего напряжения коэффициент вторичной эмиссии экрана больше единицы, т. е. при бомбардировке экрана лучом число вторичных электронов, покидающих экран, больше числа первичных электронов, попадающих на него. Вследствие этого облучаемый участок экрана приобретает положительный заряд. Для записи двоичной информации использовалась система чтения-записи “фокус-дефокус”, при котором «1» записывалась сфокусированным лучом, «0» - расфокусированным лучом. Считывание выполнялось расфокусированным лучом. При считывании «1» появлялся положительный сигнал, но при этом информация стиралась.2 . 

Одинаковые результаты решения для положительного и отрицательного значений Х давали возможность определить правильность работы машины, сравнивая распечатки симметричных значений результатов решения. Можно считать, что эта программа явилась первой тестовой программой машины М-1.

Элементная база:

  • лампы 6Н8С, 6Ж4, купроксные выпрямители КВМП-2-7.

Параметры купроксного выпрямителя КВМП-2-7:

  • допустимый прямой ток 4 мА;
  • прямое сопротивление (при величине тока 3—4 мА) 3...5 кОм;
  • допустимое обратное напряжение 120 В;
  • обратное сопротивление 0,5...2 МОм.

Монтаж всех электронных схем машины осуществлялся на стандартных панелях двух типов (десяти- и двадцати двухламповые панели). Общее количество электронных ламп в М-1 — 730 шт. Число ламп уменьшено благодаря использованию полупроводниковых диодов в логических схемах.

Конструктивно ЭВМ М-1 была выполнена в трех стойках, расположенных по бокам прямоугольной вентиляционной колонны, и содержащими:

  • главный программный датчик (устройство управления), арифметический узел;
  • запоминающие устройства двух видов.

Устройства ввода и вывода информации — немецкий рулонный телетайп и фототрасмиттер ввода с перфоленты — располагались на отдельном столе и при помощи разъемных кабелей соединялись со стойками. Питание ЭВМ М-1 осуществлялось от 4-х машинного агрегата постоянного тока. Блоки электростатического запоминающего устройства и некоторые узлы памяти на магнитном барабане имели питание от электронных стабилизаторов напряжения. Площадь, занимаемая ЭВМ М-1, составляла 9 кв.м. 15 декабря 1951 г. отчёт о работе «Автоматическая цифровая вычислительная машина М – 1» был утвержден директором Энергетического института АН СССР академиком Г. М. Кржижановским.

ПРИМЕНЕНИЕ. Одним из первых решал на ЭВМ M-1 свои задачи академик С. Л. Соболев, в то время заместитель по научной работе у академика И. В. Курчатова. Для его коллектива требовалось провести расчеты по обращению матриц большой размерности, что было выполнено на М-1 в самом начале 1952 года. Свои расчеты осуществляли сотрудники академика А. И. Берга. Решали на этой машине свои задачи и ученые ряда институтов Академии наук СССР. ЭВМ М-1 находилась в эксплуатации более трех лет.

Код для размещения ссылки на данный материал в блоге: История создания отечественной ЭВМ первого поколения — М-1

1951 г. Первая отечественная ЭВМ И.С. Брука. Одна из первых цифровых вычислительных машин с программой, хранимой в оперативной памяти и первая отечественная малогабаритная ЭВМ с использованием полупроводниковых диодов в логических схемах и памяти на обычных осциллографических электронных трубках.

ineum.ru

Как будет выглядеть ссылка: История создания отечественной ЭВМ первого поколения — М-1

1951 г. Первая отечественная ЭВМ И.С. Брука. Одна из первых цифровых вычислительных машин с программой, хранимой в оперативной памяти и первая отечественная малогабаритная ЭВМ с использованием полупроводниковых диодов в логических схемах и памяти на обычных осциллографических электронных трубках.

ineum.ru

Экзамен по информатике - Архитектура, структура, элементная база ЭВМ.

Архитектура, структура, элементная база ЭВМ.


С середины 60-х годов очень сильно изменился подход к созданию вычислительных машин. Вместо разработки аппаратуры и средств математического обеспечения стала проектироваться система, состоящая из синтеза аппаратных (hardware) и программных (software) средств. При этом на главный план выдвинулась концепция взаимодействия. Так возникло новое понятие -- архитектура ЭВМ.
Под архитектурой ЭВМ принято понимать совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их основных характеристик, определяющая функциональные возможности вычислительной машины при решении соответствующих типов задач.
Архитектура ЭВМ охватывает значительный круг проблем, связанных с созданием комплекса аппаратных и программных средств и учитывающих большое количество определяющих факторов. Среди этих факторов основными являются: стоимость, сфера применения, функциональные возможности, удобство в эксплуатации, а одним из основных компонентов архитектуры считаются аппаратные средства.
Архитектуру вычислительного средства необходимо отличать от структуры ВС. Структура вычислительного средства определяет его текущий состав на определенном уровне детализации и описывает связи внутри средства. Архитектура же определяет основные правила взаимодействия составных элементов вычислительного средства, описание которых выполняется в той мере, в какой необходимо для формирования правил взаимодействия. Она устанавливает не все связи, а только наиболее необходимые, которые должны быть известны для более грамотного использования применяемого средства.
Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно - математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.
Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру ЭВМ.
Современную архитектуру компьютера определяют следующие принципы:
Принцип программного управления.
Принцип программы, сохраняемой в памяти.
Принцип произвольного доступа к памяти..
На основании этих принципов можно утверждать, что современный компьютер - техническое устройство, которое после ввода в память начальных данных в виде цифровых кодов и программы их обработки, выраженной тоже цифровыми кодами, способно автоматически осуществить вычислительный процесс, заданный программой, и выдать готовые результаты решения задачи в форме, пригодной для восприятия человеком.
Реальная структура компьютера значительно сложнее, чем рассмотренная выше (ее можно назвать логической структурой). В современных компьютерах, в частности персональных, все чаще происходит отход от традиционной архитектуры фон Неймана, обусловленный стремлением разработчиков и пользователей к повышению качества и производительности компьютеров. Качество ЭВМ характеризуется многими показателями. Это и набор команд, которые компьютер способный понимать, и скорость работы (быстродействие) центрального процессора, количество периферийных устройств ввода-вывода, присоединяемых к компьютеру одновременно и т.д. Главным показателем является быстродействие - количество операций, какую процессор способен выполнить за единицу времени. На практике пользователя больше интересует производительность компьютера - показатель его эффективного быстродействия, то есть способности не просто быстро функционировать, а быстро решать конкретные поставленные задачи.
Как результат, все эти и прочие факторы способствуют принципиальному и конструктивному усовершенствованию элементной базы компьютеров, то есть созданию новых, более быстрых, надежных и удобных в работе процессоров, запоминающих устройств, устройств ввода-вывода и т.д. Тем не менее, следует учитывать, что скорость работы элементов невозможно увеличивать беспредельно (существуют современные технологические ограничения и ограничения, обусловленные физическими законами). Поэтому разработчики компьютерной техники ищут решения этой проблемы усовершенствованием архитектуры ЭВМ.
Так, появились компьютеры с многопроцессорной архитектурой, в которой несколько процессоров работают одновременно, а это означает, что производительность такого компьютера равняется сумме производительностей процессоров. В мощных компьютерах, предназначенных для сложных инженерных расчетов и систем автоматизированного проектирования (САПР), часто устанавливают два или четыре процессора. В сверхмощных ЭВМ (такие машины могут, например, моделировать ядерные реакции в режиме реального времени, прогнозировать погоду в глобальном масштабе) количество процессоров достигает нескольких десятков.
Скорость работы компьютера существенным образом зависит от быстродействия оперативной памяти. Поэтому, постоянно ведутся поиски элементов для оперативной памяти, затрачивающих меньше времени на операции чтения-записи. Но вместе с быстродействием возрастает стоимость элементов памяти, поэтому наращивание быстродействующей оперативной памяти нужной емкости не всегда приемлемо экономически.
В истории развития вычислительной техники принято выделять поколения ЭВМ. Переход от одного поколения к другому связан со сменой элементной базы на которой построен компьютер. Выделяют следующие четыре поколения ЭВМ:
первое поколение: 1946-1957 годы; элементная база – электронные вакуумные лампы; оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – до 100 байт; быстродействие — до 10000 операций в секунду;
второе поколение: 1958-1964 годы; элементная база – транзисторы; ОЗУ — до 1000 байт; быстродействие — до 1 млн. операций в секунду;
третье поколение: 1965-1975 годы; элементная база – малые интегральные схемы; ОЗУ — до 10 Кбайт; быстродействие – до 10 млн. операций в секунду;
четвертое поколение: 1976 год; элементная база — большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные схемы; ОЗУ — от 100 Кбайт и выше; быстродействие — свыше 10 млн. операций в секунду.
Следует заметить, что граница между третьим и четвертым поколениями ЭВМ по признаку элементной базы достаточно условна: произошло, скорее количественное изменение параметров элементной базы.
Кроме того, единица измерения быстродействия компьютера "операции в секунду" устарела. Она не достаточно правильно отражает быстродействие. Для компьютеров первых поколений под "операцией" часто понимали сложение двух целых чисел определенной длины. Операция умножения выполнялась в десятки раз медленнее, чем сложение. Поэтому для современных компьютеров чаще используется характеристика — тактовая частота. Тактовая частота – это количество импульсов в секунду (герц), генерируемых тактовым генератором компьютера. Тактовая частота — более мелкая единица измерения, чем операции в секунду. Фирмы — производители компьютеров стремятся к тому, чтобы уменьшить количество тактов, необходимых для выполнения базовых операций, и, тем самым, повысить быстродействие компьютеров.

7.Элементная база современных компьютеров.

Современная классификация ЭВМ

В настоящее время в мире продолжают работать и производятся миллионы вычислительных машин, относящихся к различным поколениям, типам, классам, отличающихся своими областями применения, техническими характеристиками и вычислительными возможностями. Электронную вычислительную технику подразделяют на аналоговую и цифровую (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Структура электронной вычислительной техники

В настоящее время цифровая электронная вычислительная техника является наиболее широко используемой в профессиональной и повседневной деятельности.

По назначению выделяют следующие виды компьютеров:

а) универсальные – предназначены для решения различных задач, типы которых не оговариваются. Эти ЭВМ характеризуются:

– разнообразием форм обрабатываемых данных (числовых, символьных и т. д.) при большом диапазоне их изменения и высокой точности представления;

– большой емкостью внутренней памяти;

– развитой системой организации ввода-вывода информации, обеспечивающей подключение разнообразных устройств ввода-вывода;

б) проблемно-ориентированные – служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами, регистрацией, накоплением и обработкой небольших объемов данных, выполнением расчетов по несложным правилам. Они обладают ограниченным набором аппаратных и программных средств;

в) специализированные – применяются для решения очень узкого круга задач. Это позволяет специализировать их структуру, снизить стоимость и сложность при сохранении высокой производительности и надежности. К этому классу ЭВМ относятся компьютеры, управляющие работой устройств ввода-вывода и внешней памятью в современных компьютерах. Такие устройства называются адаптерами, или контроллерами.

Типовая конфигурация ПК типа IBM PC включает (базовый комплект):

● системный блок;

● дисплей;

● клавиатуру.

К базовому комплекту обычно добавляют принтер. Возможности базового комплекта расширяются, если в его состав также включить внешние устройства (см. подразд. 2.5).

Примерная логическая схема ПК как совокупность основных составляющих его элементов представлена на рис. 2.11, а примерная физическая схема ПК – на рис. 2.12.

Рис. 2.11. Логическая схема ПК

Рис. 2.12. Физическая схема ПК

ЭВМ имеет процессор, основную память и внешние устройства.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) обеспечивает выполнение процедур преобразования данных.

Устройство управления (УУ) обеспечивает управление процессом обработки данных. УУ выбирает команды программы из основной памяти, интерпретирует тип команды и запускает нужную схему АЛУ.

Запоминающие устройства процессора обеспечивают промежуточное хранение обрабатываемых процессором данных. Основная память ЭВМ включает оперативную и постоянную память.

Оперативная память – устройство, обеспечивающее временное хранение команд и данных в процессе выполнения программы.

Постоянная память – устройство, обеспечивающее постоянное хранение и возможность считывания критически важной для функционирования ЭВМ информации.

Внешние устройства – устройства, обеспечивающие ввод и вывод данных из основных устройств ЭВМ (устройства ввода-вывода) и долговременное хранение информации, не обрабатываемой процессором в данный момент времени (внешние запоминающие устройства).

В одной ЭВМ может использоваться от единиц до нескольких сотен внешних устройств разных типов. Состав устройств ввода-вывода, как правило, переменный и определяется составом задач, решаемых на конкретной ЭВМ.

Производительность и эффективность использования ЭВМ определяется не только составом и характеристиками ее устройств, но также и способом организации их совместной работы. Связь между устройствами ЭВМ осуществляется с помощью сопряжений, которые в вычислительной технике называются интерфейсами.

Интерфейс представляет собой совокупность стандартизированных аппаратных и программных средств, обеспечивающих обмен информацией между устройствами. В основе построения интерфейса лежат унификация и стандартизация (использование единых способов кодирования данных, форматов данных, стандартизация соединительных элементов – разъемов и т. д.). Наличие стандартных интерфейсов позволяет унифицировать передачу информации между устройствами независимо от их особенностей.

В ПК, как правило, используется структура с шинным интерфейсом.

В этом случае все устройства компьютера обмениваются информацией и управляющими сигналами через шину, которая представляет собой систему функционально объединенных проводов, обеспечивающих передачу трех потоков данных (рис. 2.7):

– непосредственно информации;

– адресов;

– управляющих сигналов.

Количество проводов в системной шине, предназначенных для передачи непосредственно информации, называется разрядностью шины. Разрядность шины определяет число битов информации, которые могут передаваться по шине одновременно. Количество проводов для передачи адресов, или адресных линий, определяет, какой объем оперативной памяти (ОП) может быть адресован.

3.1. Поколения ЭВМ. Основы информатики: Учебник для вузов

3.1. Поколения ЭВМ

В соответствии с элементной базой и уровнем развития программных средств выделяют четыре реальных поколения ЭВМ, краткая характеристика которых приведена в таблице 1.

Таблица 1

ЭВМ первого поколения обладали небольшим быстродействием в несколько десятков тыс. оп./сек. В качестве внутренней памяти применялись ферритовые сердечники.

Основной недостаток этих ЭВМ – рассогласование быстродействия внутренней памяти и АЛУ и УУ за счет различной элементной базы. Общее быстродействие определялось более медленным компонентом – внутренней памятью – и снижало общий эффект. Уже в ЭВМ первого поколения делались попытки ликвидировать этот недостаток путем асинхронизации работы устройств и введения буферизации вывода, когда передаваемая информация «сбрасывается» в буфер, освобождая устройство для дальнейшей работы (принцип автономии). Таким образом, для работы устройств ввода-вывода использовалась собственная память.

Существенным функциональным ограничением ЭВМ первого поколения являлась ориентация на выполнение арифметических операций. При попытках приспособления для задач анализа они оказывались неэффективными.

Языков программирования как таковых еще не было, и для кодирования своих алгоритмов программисты использовали машинные команды или ассемблеры. Это усложняло и затягивало процесс программирования. К концу 50-х годов средства программирования претерпевают принципиальные изменения: осуществляется переход к автоматизации программирования с помощью универсальных языков и библиотек стандартных программ. Использование универсальных языков повлекло возникновение трансляторов.

Программы выполнялись позадачно, т. е. оператору надо было следить за ходом решения задачи и при достижении конца самому инициировать выполнение следующей задачи.

Начало современной эры использования ЭВМ в нашей стране относят к 1950 году, когда в институте электротехники АН УССР под руководством С.А. Лебедева была создана первая отечественная ЭВМ под названием МЭСМ – Малая Электронная Счетная Машина. В течение первого этапа развития средств вычислительной техники в нашей стране создан ряд ЭВМ: БЭСМ, Стрела, Урал, М-2.

Второе поколение ЭВМ – это переход к транзисторной элементной базе, появление первых мини-ЭВМ.

Получает дальнейшее развитие принцип автономии – он реализуется уже на уровне отдельных устройств, что выражается в их модульной структуре. Устройства ввода-вывода снабжаются собственными УУ (называемыми контроллерами), что позволило освободить центральное УУ от управления операциями ввода-вывода.

Совершенствование и удешевление ЭВМ привели к снижению удельной стоимости машинного времени и вычислительных ресурсов в общей стоимости автоматизированного решения задачи обработки данных, в то же время расходы на разработку программ (т. е. программирование) почти не снижались, а в ряде случаев имели тенденции к росту. Таким образом, намечалась тенденция к эффективному программированию, которая начала реализовываться во втором поколении ЭВМ и получает развитие до настоящего времени.

Начинается разработка на базе библиотек стандартных программ интегрированных систем, обладающих свойством переносимости, т. е. функционирования на ЭВМ разных марок. Наиболее часто используемые программные средства выделяются в ППП для решения задач определенного класса.

Совершенствуется технология выполнения программ на ЭВМ: создаются специальные программные средства – системное ПО.

Цель создания системного ПО – ускорение и упрощение перехода процессором от одной задачи к другой. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программы за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило, в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий. Этот элемент жив до сих пор: так называемые пакетные (или командные) файлы MS DOS есть не что иное, как пакеты заданий (расширение в их имени bat является сокращением от английского слова batch, что означает пакет).

К отечественным ЭВМ второго поколения относятся «Проминь», «Минск», «Раздан», «Мир».

В 70-х годах возникают и развиваются ЭВМ третьего поколения. В нашей стране это ЕС ЭВМ, АСВТ, СМ ЭВМ. Данный этап – переход к интегральной элементной базе и создание многомашинных систем, поскольку значительного увеличения быстродействия на базе одной ЭВМ достичь уже не удавалось. Поэтому ЭВМ этого поколения создавались на основе принципа унификации, что позволило комплексировать произвольные вычислительные комплексы в различных сферах деятельности.

Расширение функциональных возможностей ЭВМ увеличило сферу их применения, что вызвало рост объема обрабатываемой информации и поставило задачу хранения данных в специальных базах данных и их ведения. Так появились первые системы управления базами данных – СУБД.

Изменились формы использования ЭВМ: введение удаленных терминалов (дисплеев) позволило широко и эффективно внедрить режим разделения времени и за счет этого приблизить ЭВМ к пользователю и расширить круг решаемых задач.

Обеспечить режим разделения времени позволил новый вид операционных систем, поддерживающих мультипрограммирование. Мультипрограммирование – это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ. Пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном выполнении программ (однопрограммный режим), а выполняет другую программу (многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается в свой участок внутренней памяти, называемый разделом. Мультипрограммирование нацелено на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного использования вычислительной машины, поэтому такие операционные системы носили интерактивный характер, когда в процессе диалога с ЭВМ пользователь решал свои задачи.

С 1980 года начался современный, четвертый этап, для которого характерны переход к большим интегральным схемам, создание серий недорогих микро ЭВМ, разработка суперЭВМ для высокопроизводительных вычислений.

Наиболее значительным стало появление персональных ЭВМ, что позволило приблизить ЭВМ к своему конечному пользователю. Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами, что потребовало разработки «дружественного» программного обеспечения. Возникают операционные системы, поддерживающие графический интерфейс, интеллектуальные пакеты прикладных программ, операционные оболочки. В связи с возросшим спросом на программное обеспечение совершенствуются технологии его разработки – появляются развитые системы программирования, инструментальные среды пользователя.

В середине 80-х стали бурно развиваться сети персональных компьютеров, работающие под управлением сетевых или распределенных операционных систем. В сетевых операционных системах хорошо развиты средства защиты информации от несанкционированного доступа. Распределенные операционные системы обладают схожими с сетевыми системами функциями работы с файлами и другими ресурсами удаленных компьютеров, но там слабее выражены средства защиты.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Пять основных компонентов компьютерной системы

Внутренняя архитектура компьютеров отличается от одной модели системы к другой. Однако базовая организация всех компьютерных систем остается неизменной. Следующие пять блоков (также называемые «Функциональные блоки» ) соответствуют пяти основным операциям, выполняемым всеми компьютерными системами.

Блок ввода

Данные и инструкции должны поступить в компьютерную систему, прежде чем какие-либо вычисления могут быть выполнены с предоставленными данными.Блок ввода, который связывает внешнюю среду с компьютерной системой, выполняет эту задачу. Данные и инструкции вводят единицы ввода в формах, которые зависят от конкретного используемого устройства. Например, данные вводятся с клавиатуры так же, как при вводе текста, и это отличается от способа ввода данных с помощью мыши, которая является другим типом устройства ввода. Однако, независимо от формы, в которой они получают свои входные данные, все устройства ввода должны предоставлять компьютеру данные, которые преобразуются в двоичные коды, которые первичная память компьютера предназначена для приема.Это преобразование выполняется модулями, которые называются входными интерфейсами. Интерфейсы ввода предназначены для согласования уникальных физических или электрических характеристик устройств ввода с требованиями компьютерной системы.

См. Также: Типы компьютеров по назначению

Вкратце, блок ввода выполняет следующие функции.

  1. Принимает (или читает) список инструкций и данных из внешнего мира.
  2. Преобразует эти инструкции и данные в компьютерный формат.
  3. Он передает преобразованные инструкции и данные в компьютерную систему для дальнейшей обработки.

Выходной блок

Работа блока вывода прямо противоположна работе блока ввода. Он поставлял информацию и результаты вычислений внешнему миру. Таким образом, он связывает компьютер с внешней средой. Поскольку компьютеры работают с двоичным кодом, полученные результаты также находятся в двоичной форме. Следовательно, прежде чем передавать результаты во внешний мир, они должны быть преобразованы в приемлемую для человека (читаемую) форму.Эта задача выполняется модулями, называемыми выходными интерфейсами.

Вкратце, блок вывода выполняет следующие функции.

  1. Он принимает результаты, выдаваемые компьютером, которые находятся в закодированной форме и поэтому не могут быть легко поняты для нас.
  2. Преобразует эти закодированные результаты в приемлемую для человека (читаемую) форму.
  3. Он предоставил преобразованные результаты во внешний мир.

Склад

Данные и инструкции, которые вводятся в компьютерную систему через блоки ввода, должны храниться внутри компьютера до начала фактической обработки.Точно так же результаты, полученные компьютером после обработки, также должны храниться где-то внутри компьютерной системы перед передачей в устройства вывода. Более того, промежуточные результаты, полученные компьютером, также должны быть сохранены для текущей обработки. Устройство хранения или первичное / основное запоминающее устройство компьютерной системы предназначено для выполнения всех этих задач. Он предоставляет место для хранения данных и инструкций, место для промежуточных результатов, а также место для окончательных результатов.

Вкратце, специфические функции блока хранения заключаются в хранении:

  1. Все данные для обработки и инструкции, необходимые для обработки (полученные от устройств ввода).
  2. Промежуточные результаты обработки.
  3. Окончательные результаты обработки до того, как эти результаты будут переданы на устройство вывода.

Центральный процессор (ЦП)

Основным блоком внутри компьютера является ЦП .Этот блок отвечает за все события внутри компьютера. Он контролирует все внутренние и внешние устройства, выполняет « арифметических и логических операций» . Операции, которые выполняет микропроцессор, называются «набором команд» этого процессора. Набор команд «жестко привязан» к ЦП и определяет машинный язык ЦП. Чем сложнее набор инструкций, тем медленнее работает процессор. Процессоры отличались друг от друга набором инструкций.Если одна и та же программа может работать на компьютерах двух разных производителей, они считаются совместимыми. Программы, написанные для IBM-совместимых компьютеров, не будут работать на компьютерах Apple, потому что эти две архитектуры несовместимы.

Блок управления и блок арифметики и логики компьютерной системы вместе известны как центральный процессор (ЦП). ЦП - это мозг любой компьютерной системы. В человеческом теле все основные решения принимаются мозгом, а другие части тела функционируют в соответствии с указаниями мозга.Точно так же в компьютерной системе все основные вычисления и сравнения производятся внутри ЦП, и ЦП также отвечает за активацию и управление операциями других блоков компьютерной системы.

Арифметико-логический блок (ALU)

Арифметико-логический блок (АЛУ) компьютерной системы - это место, где происходит фактическое выполнение инструкций во время операций обработки. Все расчеты и все сравнения (решения) производятся в ALU .Данные и инструкции, хранящиеся в первичном хранилище до обработки, передаются по мере необходимости в ALU, где происходит обработка. В первичном хранилище обработка не производится. Промежуточные результаты, сгенерированные в ALU, временно передаются обратно в основное хранилище, пока они не потребуются в более позднее время. Таким образом, данные могут перемещаться из основного хранилища в ALU и обратно в качестве хранилища много раз, прежде чем обработка будет завершена. После завершения обработки окончательные результаты, которые хранятся в блоке хранения, передаются на устройство вывода.

Арифметико-логический блок (АЛУ) - это часть, в которой происходят фактические вычисления. Он состоит из схем, которые выполняют арифметические операции (например, сложение, вычитание, умножение, деление данных, полученных из памяти и способных сравнивать числа (меньше, равно или больше).

При выполнении этих операций ALU берет данные из временного хранилища внутри названных регистров CPU. Регистры - это группа ячеек, используемых для адресации памяти, манипулирования и обработки данных.Некоторые из регистров являются универсальными, а некоторые зарезервированы для определенных функций. Это высокоскоростная память, в которой хранятся только данные непосредственной обработки и результаты этой обработки. Если эти результаты не нужны для следующей инструкции, они отправляются обратно в основную память, а регистры занимают новые данные, используемые в следующей инструкции.

Все действия в компьютерной системе состоят из тысяч отдельных шагов. Эти шаги должны выполняться в определенном порядке через фиксированные промежутки времени.Эти интервалы генерируются модулем синхронизации. Каждая операция внутри ЦП происходит в тактовом импульсе. Ни одна операция, какой бы простой она ни была, не может быть выполнена за меньшее время, чем это происходит между тактами этих часов. Но для некоторых операций требовалось более одного тактового импульса. Чем быстрее идут часы, тем быстрее работает компьютер. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц). Более крупные системы работают еще быстрее. В старых системах тактовый блок находится вне микропроцессора и находится на отдельной микросхеме.В большинстве современных микропроцессоров часы обычно встроены в центральный процессор.

Блок управления

Как устройство ввода знает, что ему пора передать данные в блок хранения? Как ALU узнает, что следует делать с данными после их получения? И как получается, что на устройства вывода отправляются только окончательные результаты, а не промежуточные? Все это возможно благодаря блоку управления компьютерной системой.Выбирая, интерпретируя и наблюдая за выполнением программных инструкций, блок управления может поддерживать порядок и направлять работу всей системы. Хотя он не выполняет никакой фактической обработки данных, блок управления действует как центральная нервная система для других компонентов компьютера. Он управляет и координирует всю компьютерную систему. Он получает инструкции из программы, хранящейся в основной памяти, интерпретирует инструкции и выдает сигналы, которые заставляют другие блоки системы выполнять их.

Блок управления направляет и контролирует работу внутренних и внешних устройств. Он интерпретирует инструкции, загруженные в компьютер, определяет, какие данные, если таковые имеются, необходимы, где они хранятся, где хранить результаты операции, и отправляет управляющие сигналы устройствам, участвующим в выполнении инструкций.

Таблица Менделеева

Вы, наверное, знакомы с периодической таблицей элементов, которая украшает стены каждого школьного класса естествознания.В этой всеобъемлющей таблице элементы разбиты по категориям и характеристикам, и даже остается место для синтетических элементов, которые еще предстоит создать. Элементы являются основными строительными блоками для химии, научного развития и всей Вселенной.

Но за пределами химической лаборатории большинство элементов встречается и в повседневном техническом снаряжении. Мы исследовали каждый элемент, чтобы узнать больше о его свойствах и типичном использовании, и нашли общие продукты, которые появляются из этого элемента. От iPhone до микроволновых печей, от щелочных батарей до объективов фотоаппаратов, от топливных элементов гибридных автомобилей до плазменных телевизоров высокой четкости - все начинается с элементов.Вот разбивка.

1. Водород является основным компонентом топливных элементов некоторых транспортных средств, таких как Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid 2007 года выпуска.

2. Гелий служит охлаждающим агентом для таких распространенных продуктов, как ЦП Bulldozer, и помогает охлаждать ЦП, побивший мировой рекорд разгона.

3. Литий используется в батареях для малой электроники. Например, внутри Apple iPhone 5 есть литиевые батареи.

4. Бериллий используется в производстве высокочастотных динамиков. Иногда продукты будут продаваться как содержащие бериллий, но это не так. Скорее всего, вы найдете бериллий в высококачественных домашних устройствах, таких как акустическая система Pioneer S-4EX.

5. Бор , как и кремний или германий, является обычным легирующим агентом в полупроводниках. По-английски это означает, что небольшие следы бора добавляются к другим элементам, чтобы изменить их свойства.Это важный шаг в производстве таких процессоров, как четырехъядерный процессор Intel Core-i5 для настольных ПК.

6. Углерод: Производители ПК часто используют углеродное волокно в конструкциях шасси ноутбуков, поскольку оно легкое, а усовершенствованные технологии производства сокращают затраты и время, необходимые для изготовления этого материала. Ноутбук Lenovo ThinkPad X1 Carbon имеет корпус из углеродного волокна.

7. Азот действует как охлаждающий агент в некоторых крайних случаях, особенно при разгоне ПК - процессе, когда компоненты вашего компьютера нагружаются сильнее и быстрее, чем разработал их производитель.Если вы планируете экстремальный разгон, вам нужно будет купить специальное оборудование для использования жидкого азота с вашим ПК.

8. Кислород используется в производстве практически всего, но его жидкая форма используется для производства полиэтилентерефталата или ПЭТ. Многие защитные пленки для сенсорных смартфонов и планшетов, например защитные пленки BodyGuardz Classic, изготовлены из ПЭТ.

9. Фтор вступает в реакцию со стеклом и действует как химическое травление, удаляя нежелательные наросты пленки при производстве стекла.Он используется в производстве настольных ЖК-мониторов и телевизоров, включая линейку мониторов Kyocera Display TFT.

10. Neon: Еще в 1920-х годах первые коммерчески доступные телевизоры содержали неон в своих трубках. Сегодня неон используется в плазменных телевизорах, таких как Panasonic Smart Viera Plasma HDTV, класс ST50.

11. Натрий: В альтернативных методах производства энергии используются натриево-серные батареи. Город Президио, штат Техас, использует большую натриево-серную батарею в качестве резервного источника энергии.

12. Магний - прочный металл и обычно используется в качестве строительного материала. Новый Microsoft Surface RT содержит магний.

13. Алюминий - прочный, легкий металл, оптимален в качестве строительного материала. Линия MacBook Pro от Apple отличается цельным алюминиевым корпусом, как и ноутбук Samsung Series 7.

14. Кремний: Производители процессоров конструируют свои микросхемы, используя кремний как своего рода «каркас», и добавляют в некоторые другие части кремния небольшое количество других элементов, чтобы сделать их более чувствительными к проводимости электричества.Intel предлагает классную инфографику, показывающую, как устроен ЦП; Все начинается с песка, который имеет высокий процент диоксида кремния.

15. Фосфор обычно используется в люминесцентных лампах.

16. Сера: Как указано в разделе натриевые (11), натриево-серные (NaS) батареи играют важную роль в альтернативных методах производства энергии. Электростанции Токио использовали аккумуляторы NaS для выработки дополнительной энергии во время пикового летнего спроса на электроэнергию в 2010 году.

17. Хлор: По данным компании Dow Chemical Company, при производстве карт памяти используется хлорная технология.

18. Аргон может светиться как ярко-синим, так и ярко-зеленым светом, поэтому лазеры на ионах аргона являются обычным явлением в лазерных световых шоу.

19. Калий: Бромид калия (калий в сочетании с бромом) действует как проявитель черно-белой пленки в пленочной фотографии. Он улучшает различие между открытыми и неэкспонированными кристаллами галогенида серебра и, таким образом, уменьшает туман.Вы можете приобрести бромид калия в качестве формулы проявителя.

20. Кальций: Линзы из фторида кальция уменьшают рассеивание света при фотографии. Этот метод был введен в 1960-х годах. Сверхширокоугольный зум-объектив Canon EF 17-40mm f / 4L USM создан на основе фторида кальция.

21. Скандий используется в лампах металлогалогенных ламп, которые производят белый источник света с высоким индексом цветопередачи, напоминающим естественный солнечный свет.Эти огни часто подходят для записи телешоу.

22. Титан , прочный металл, служит технологичным строительным материалом. Старый Apple PowerBook G4 имел титановую версию, сделанную из этого металла.

23. Ванадий: Хотя перезаряжаемые ванадиевые окислительно-восстановительные батареи еще не получили коммерческого распространения, они признаны полезными в планах использования возобновляемых источников энергии.

24. Хром является переходным металлом и имеет множество промышленных применений благодаря своей прочности и высокой стойкости к нагреванию и коррозии.Любителям виниловых пластинок стоит отметить, что иглы для проигрывателей RCA Victor сделаны на основе хрома.

25. Марганец необходим для щелочной батареи. Такие батареи работают за счет реакции между цинком и диоксидом марганца. Любая обычная щелочная батарея - например, батарейки Duracell и Energizer - содержит марганец.

Базовый вычислительный элемент (BCE): блок потока данных с простым ...

Контекст 1

... обсуждаемый DFU использует представление с плавающей запятой; Основная причина - его гибкость по сравнению с представлением с фиксированной точкой, то есть отсутствие эффектов переполнения и широкий динамический диапазон. DFU вычисляет результаты, которые с точностью до бита идентичны результатам, сгенерированным эквивалентной последовательностью операций в MicroBlaze, сконфигурированном с использованием стандартного аппаратного модуля с плавающей запятой (обратите внимание, что в MicroBlaze разные результаты получаются, когда операции с плавающей запятой вычисляются в программная библиотека с плавающей запятой и аппаратный модуль с плавающей запятой, не поддерживающий денормализацию).На рисунке 1 показана блок-схема описываемого базового вычислительного элемента (BCE). Поскольку детали внутренней организации были описаны в [12], здесь мы кратко упомянем только ключевые факты. BCE является универсальным; это означает, что пользователь может указать основные функции, вычисленные в блоке потока данных, в соответствии с областью его приложения (операции с фиксированной точкой и с плавающей точкой, произвольная точность, различные библиотеки основных операций, например, для обработки изображений или звука). В обсуждаемом случае блок потока данных реализует векторные и матричные вычисления в представлении с плавающей запятой одинарной точности, операции, используемые в блоке DFU, конвейерные, не обязательно с одинаковыми задержками конвейера.Пример переменной DFU, обсуждаемой в остальном тексте, показан на рисунке 2. В следующем обсуждении рассматривается модуль с двумя операциями с плавающей запятой одинарной точности (+, *), сгенерированный в Xilinx Core Generator. Задержка конвейера для операции + составляет 3 тактовых цикла и * 4 тактовых цикла; задержки были выбраны для достижения системной частоты 100 МГц, что является пределом, продиктованным IP-ядрами QinetiQ с плавающей запятой и PicoBlaze, используемым в качестве простого ЦП для управления блоком потока данных; эта частота также совместима с конструкцией MicroBlaze, сконфигурированной с блоком операций с плавающей запятой одинарной точности (опция MicroBlaze в Xilinx EDK), работающим на частоте 100 МГц.В следующем тексте мы анализируем DFU в трех вариантах, которые различаются по сложности поддерживаемых им пакетных операций. В базовой версии BCE BASIC устройство поддерживает передачу данных между любой из трех запоминающих устройств данных и пакетное векторное сложение и умножение. Более мощная версия BCE MAC реализует дополнительную операцию умножения-накопления (MAC), которая добавляет кратное из двух чисел, хранящихся в двух из памяти данных, к числу, хранящемуся в третьей памяти данных, и сохраняет результат там.Самая мощная версия BCE MAC DOTPROD реализует операцию дополнительного скалярного произведения (DOTPROD), которая используется в качестве основного строительного блока во многих вычислениях DSP. Заштрихованные части на рис. 2 соответствуют конструктивным особенностям, реализованным только в версиях DFU MAC и DOTPROD. Требования к ресурсам каждой из трех версий и их сравнение с MicroBlaze и его аппаратным блоком с плавающей запятой перечислены в таблице 1. Функцию вычислительного элемента можно изменить либо путем изменения содержимого любой из программной памяти P 0 или P 1 (память можно менять местами за один такт), или с помощью частичной реконфигурации во время выполнения блока потока данных.Таблица 2 показывает репрезентативное время для обоих случаев; мы предполагаем, что каждая программная память состоит из 256 ячеек, которые должны быть определены, и что реконфигурируемая область, занимаемая всем базовым вычислительным элементом в его трех вариантах, составляет 24 на 48 CLB, 30 на 64 CLB и 28 на 80 CLB соответственно, площадь используется полностью. В предельном случае необходимо перезагрузить всю память программы или перенастроить всю реконфигурируемую область для изменения вычислений. Хорошо видно, что реконфигурация с программной эмуляцией посредством изменения программной памяти происходит примерно в 400 раз быстрее.Мы предполагаем, что частичная реконфигурация среды выполнения будет использоваться только при переопределении домена приложения, и что в большинстве случаев функция вычислительного элемента будет изменена путем перезагрузки памяти программы. Другой важной особенностью является организация памяти данных A, B и Z. В нашем примере каждая память имеет длину 1024 слова данных, организованных в четыре части по 256 слов. Это позволяет замаскировать задержки связи, при условии, что вычисления, выполняемые над локальными данными, занимают больше времени, чем необходимо для считывания предыдущих результатов и загрузки нового пакета данных.Базовый вычислительный элемент был разработан таким образом, чтобы скрыть от разработчика ненужные детали реализации. Система воспринимает весь BCE как интеллектуальную память без прямого доступа к внутреннему устройству BCE (см. Рис. 3). Вычисление начинается с записи в регистр управления процессором BCE после того, как все данные были перенесены в память данных BCE, а синхронизация выполняется путем чтения регистра состояния процессора BCE (имеется возможность прервать работу центрального процессора, например, MicroBlaze).Интерфейс прикладного программирования BCE (BCE API), в настоящее время реализованный как вызовы функций C, идентичен для всех описанных разновидностей единицы потока данных. В дополнение к организации BCE, обсуждавшейся до сих пор, BCE API также охватывает SIMD-подобные варианты, которые мы также разработали, где BCE содержит несколько блоков потока данных, управляемых одним sCPU; в таких случаях разработчик использует дополнительные вызовы функций для передачи данных в дополнительные блоки памяти данных, которые обслуживаются дополнительными блоками потока данных, а взаимодействие с простым ЦП остается идентичным.Протокол между простым ЦП и блоком потока данных состоит из следующих этапов: 1. sCPU запрашивает блок потока данных для отправки идентификации его возможностей (вектор битовых значений, установленных на 1 или 0 в соответствии с доступными функциями), 2. DFU отвечает на запрос идентификатора, 3. sCPU дает команду DFU выполнить операцию с пакетом значений данных (в наших настройках типичная длина пакета составляет 1-256 значений данных) и контролирует его выполнение (тем временем sCPU может выполнять другие задачи, такие как передача данных между внешней памятью и локальной памятью данных, в обсуждаемом примере реализованной через центральный ЦП), 4.DFU подтверждает завершение и останавливается. Использование двухпортовой памяти позволяет скрыть детали реализации под стандартным доступом к памяти. Пользовательские приложения просто воспринимают вычислительный элемент как интеллектуальную память, которая может выполнять операции со своими данными. Память интерфейса также изолирует внутреннюю архитектуру элемента от сети связи; вычислительные элементы могут быть подключены либо непосредственно к шине процессора, как показано на рисунке 3 (этот случай будет рассмотрен в следующем тексте), либо они могут быть подключены в специализированной сетевой топологии, построенной с учетом потока данных в приложении. , как предлагает...

Элементы вычислительных систем

Учебник с практическим подходом, который ведет студентов через постепенное построение полной и работающей компьютерной системы, включая аппаратную платформу и иерархию программного обеспечения.

На заре информатики взаимодействие оборудования, программного обеспечения, компиляторов и операционной системы было достаточно простым, чтобы студенты могли видеть общую картину того, как работают компьютеры.С ростом сложности компьютерных технологий и связанной с этим специализации знаний такая ясность часто теряется. В отличие от других текстов, которые охватывают только один аспект области, The Elements of Computing Systems дает студентам целостную и точную картину прикладной информатики, поскольку она играет роль в построении простой, но мощной компьютерной системы.

Действительно, лучший способ понять, как работают компьютеры, - это создать их с нуля, и в этом учебнике студенты проходят через двенадцать глав и проектов, которые постепенно создают базовую аппаратную платформу и современную иерархию программного обеспечения с нуля.В процессе студенты получают практические знания об аппаратной архитектуре, операционных системах, языках программирования, компиляторах, структурах данных, алгоритмах и разработке программного обеспечения. Используя этот конструктивный подход, книга раскрывает значительный объем знаний в области информатики и демонстрирует, как теоретические и прикладные методы, преподаваемые на других курсах, вписываются в общую картину.

Книга предназначена для обучения в течение одного или двух семестров и основана на парадигме «абстракция-реализация»; каждая глава представляет собой ключевую абстракцию аппаратного или программного обеспечения, предлагаемую реализацию, которая делает его конкретным, и реальный проект.Возникающую компьютерную систему можно построить, следуя главам, хотя это только один вариант, поскольку проекты являются самодостаточными и могут выполняться или пропускаться в любом порядке. Все знания в области информатики, необходимые для выполнения проектов, включены в книгу, единственное необходимое условие - это опыт программирования.

Веб-сайт книги предоставляет все инструменты и материалы, необходимые для создания всех аппаратных и программных систем, описанных в тексте, включая двести тестовых программ для двенадцати проектов.Проекты и системы могут быть изменены в соответствии с различными потребностями обучения, а все поставляемое программное обеспечение имеет открытый исходный код.

Новый элемент Intel воплощает в жизнь проект Christine

Еще на выставке CES 2014 генеральный директор Razer представил революционный концептуальный дизайн ПК, который имел одну главную объединительную плату, и пользователи могли вставлять ЦП, графический процессор, блок питания, хранилище и все остальное в модульном режиме. Перенесемся в 2020 год, и Intel стремится воплотить эту идею в жизнь.Сегодня на довольно скромном мероприятии в Лондоне Эд Баркхейзен из Intel продемонстрировал новый продукт, известный просто как «Элемент» - ЦП / DRAM / хранилище на двухслотовой карте PCIe с Thunderbolt, Ethernet, Wi-Fi, и USB, предназначенный для подключения к объединительной плате с несколькими слотами PCIe и в сочетании с графическими процессорами или другими ускорителями. Вот, Кристина настоящая, и это скоро.

«Элемент» от Intel

По правде говоря, у этого нового концептуального устройства на самом деле нет названия. Когда нас конкретно спросили, как мы должны называть эту вещь, нам сказали просто назвать это «Элемент» - продукт, который действует как расширение семейства устройств Compute Element and Next Unit of Computing (NUC).Фактически, «Элемент» является продуктом той же команды внутри Intel: Группа системных продуктов, ответственная за большинство устройств Intel с малым форм-фактором, разработала этот новый «Элемент», чтобы разбить цикл итеративного проектирования на что-то, что поистине революционен.

(Здесь циник мог бы сказать, что Razer пришла первой… В любом случае, все выигрывают.)

То, что было представлено на сцене, было не чем иным, как рабочим прототипом небольшой двухслотовой карты PCIe, работающей на процессоре BGA Xeon.На карте также было два слота M.2, два слота для памяти SO-DIMM LPDDR4, кулер, достаточный для всего этого, а затем дополнительные контроллеры для Wi-Fi, два порта Ethernet, четыре порта USB, видеовыход HDMI от интегрированная графика Xeon и два порта Thunderbolt 3.

Слоты M.2 и SO-DIMM доступны для конечного пользователя, подняв пару винтов спереди. Это ни в коем случае не окончательный дизайн, а всего лишь рабочий прототип. Точный кулер, стиль и даже название продукта еще не окончательны, но концепция прочна.

В показанном продукте использовался процессор Xeon BGA, однако было ясно, что эту концепцию можно перенести и на потребительские процессоры. Как и в случае с текущим семейством NUC, это, скорее всего, перейдет на мобильные процессоры, а не на версии BGA настольных процессоров, и тот факт, что на боковой стороне есть порты Thunderbolt 3, намекает на 10 -го поколения Ice Lake, однако Intel заявила, что все варианты на этом этапе проектирования открыты на данный момент.

Вся эта карта имеет слот PCIe, который, как мы полагаем, в настоящее время является PCIe 3.0. Само собой разумеется, что если этот элемент станет продуктом поколения, он будет мигрировать на PCIe 4.0 и PCIe 5.0 / CXL по мере того, как Intel переводит свои семейства продуктов на эти технологии. Intel планирует поставлять карту партнерам с объединительной платой - печатной платой с несколькими слотами PCIe. Один слот будет назначен слотом главного хоста, и комбинация CPU / DRAM / Storage будет вставлена ​​в этот слот. Дискретные графические процессоры, профессиональная графика, ПЛИС или контроллеры RAID - это примеры карт, которые могут поместиться в другие слоты.

В этих конфигурациях в каждом случае вычислительная карта ЦП является хостом, а не подключенным устройством. Intel предлагает процессоры на карте как на устройстве, то есть Visual Compute Accelerator (VCA) от Intel, который объединяет три процессора Xeon E3 на подчиненную карту, доступ к которой осуществляется с хоста. Мы спросили, планирует ли Intel использовать ее карты Element в качестве ведомой карты в этой конфигурации, но Intel заявила, что в настоящее время таких планов нет.

Объединительная плата также будет источником питания.Блок питания, подключенный напрямую к объединительной плате, будет обеспечивать мощность 75 Вт для каждого слота PCIe, а также любые другие функции, такие как системные вентиляторы или дополнительные контроллеры на объединительной плате. Это питание может поступать от блока питания или от входа 19 В, в зависимости от точной конфигурации системы. У карты Element, которую мы видели, был дополнительный 8-контактный разъем питания PCIe, предполагающий, что на карту можно подать еще 150 Вт, что дает в общей сложности 225 Вт для ЦП, DRAM и хранилища: что вызывает вопрос, может ли карта поддерживать что-то вроде Core i9-9900KS.

Что касается охлаждения, показанный демонстрационный блок имел очень простую систему охлаждения. Как уже говорилось, Intel заявила, что это ни в коем случае не последняя версия того, что Intel пытается здесь сделать. На вопрос, будет ли пользователям достаточно легко охлаждать ЦП жидкостью, представитель Intel сказал, что это можно будет настроить, хотя производители компонентов должны сами включить это.

Для партнеров по платам Intel заявила, что они не рассматривают этот форм-фактор Element как нечто, что партнеры создали бы сами.По сути, не было бы партнеров AIB, как на рынке графических процессоров, но для OEM-производителей, которые для создания готовых систем, они могли бы взять карту Element и настроить ее поверх дизайна Intel, а также разработать свои собственные объединительные платы и т. .

В конечном итоге с помощью Element Intel хочет упростить обновление интегрированной системы. Клиенты могут оставить корпус, настроить систему, оставить объединительную плату, и все, что они будут делать, это изменить карту Element, чтобы получить новейшую производительность и функции.Это была конечная цель с чем-то вроде проекта Razer's Project Christine, и, безусловно, к этому следует стремиться. Однако, сохраняя хранилище на элементе, а не как отдельную карту расширения, это несколько ограничивает, поскольку потребует замены дисков. Это не может быть большой проблемой, если один из слотов PCIe на объединительной плате использовался для дисков M.2 (или даже с дисками на самой объединительной плате).

Intel заявила, что план Element, чтобы увидеть дневной свет в руках OEM-производителей, будет где-то в первом квартале 2020 года, вероятно, в конце первого квартала.Наш представитель сказал, что точные процессоры и конфигурации все еще изменяются, и, как и следовало ожидать, цены тоже. Как именно будет называться элемент, остается загадкой, а как он будет упакован для конечных пользователей или OEM-производителей - это вопрос, на который нужно ответить.

Учитывая, что это продукт из той же группы, что и NUC, я очень ожидаю, что он будет следовать той же процедуре развертывания, что и другие продукты NUC. Лично я считаю, что этот форм-фактор был бы отличным, если бы Intel смогла стандартизировать его и открыть для партнеров по материнским платам.Я полагаю, что мы могли бы увидеть, как некоторые партнеры по плате создают копии, аналогичные тому, как у нас есть несколько вариантов NUC на рынке. Intel заявила, что у них есть план развития Element, который, вероятно, будет распространяться на несколько поколений. Я теоретизировал версию с тремя слотами с графическим процессором X e , и идея не была сразу отклонена.

Мы спросили о светодиодах RGB. Вопрос вызвал смешок, но будет интересно, ограничит ли Intel Element профессиональной средой или откроет ее для более обычных пользователей.

Мы вежливо попросили Intel сообщить нам, когда он будет готов, чтобы мы могли протестировать. Наш представитель Intel очень хотел начать отбор проб, когда он будет готов, заявив, что в данном контексте бюджет выборки не является проблемой. Думаю, нам придется их удержать.

Ссылки по теме

Основные компоненты настольного компьютера

Введение

Основными частями настольного компьютера являются корпус компьютера , монитор , клавиатура , мышь и шнур питания .Каждая часть играет важную роль всякий раз, когда вы используете компьютер.

Посмотрите видео, чтобы узнать об основных частях настольного компьютера.

Корпус компьютера
Компьютерный корпус

Корпус компьютера - это корпус из металла и пластика, в котором находятся основные компоненты компьютера. В нем размещается материнская плата, центральный процессор (ЦП), блок питания и многое другое.

Компьютерные корпуса бывают разных форм и размеров. Настольный корпус лежит на столе, а монитор обычно лежит на нем.Корпус в корпусе Tower высокий, он устанавливается рядом с монитором или на полу. На передней части корпуса обычно находится переключатель включения / выключения , а на - один или несколько оптических приводов .

Большинство персональных компьютеров, которые вы можете приобрести сегодня, включают корпусов Tower , а не настольных компьютеров; однако некоторые компьютеры производятся со всеми внутренними компонентами, встроенными в монитор, что полностью исключает возможность использования башни.

IMac все-в-одном
Монитор
Монитор

Монитор работает с видеокартой , расположенной внутри корпуса компьютера, для отображения изображений и текста на экране.Более новые мониторы обычно имеют дисплеи LCD (жидкокристаллический) или LED (светодиодные). Их можно сделать очень тонкими, и их часто называют плоскими дисплеями . В старых мониторах используются дисплеи CRT (электронно-лучевая трубка). ЭЛТ-мониторы намного больше и тяжелее, и они занимают больше места на столе.

Большинство мониторов имеют кнопок управления , которые позволяют изменять настройки отображения монитора, а некоторые мониторы также имеют встроенные динамики.

Светодиодные дисплеи на самом деле представляют собой ЖК-дисплеев с подсветкой со светодиодами. Это обеспечивает на большую контрастность , чем у традиционного ЖК-дисплея.

Шнур питания
Шнур питания, подключенный к сетевому фильтру.

Шнур питания - это звено между розеткой и блоком питания в корпусе компьютера. Если шнур питания не подключен, компьютер не включится.Чтобы защитить компьютер от скачков напряжения, вы можете подключить шнур питания к сетевому фильтру . Вы также можете использовать источник бесперебойного питания , который действует как сетевой фильтр, а также обеспечивает временное питание в случае отключения электроэнергии.

Клавиатура

Клавиатура - один из основных способов связи с компьютером и ввода данных. Существует множество различных типов компьютерных клавиатур, включая проводные, беспроводные, эргономичные, мультимедийные и другие.Хотя могут быть различия в расположении некоторых клавиш или функций, клавиатуры очень похожи на и позволяют выполнять в основном те же задачи.

Если вы хотите улучшить свои навыки набора текста, ознакомьтесь со статьей нашего блога «5 бесплатных сайтов для обучения печати».

Мышь
Мышь

Мышь - это периферийное устройство , известное как указывающее устройство . Это позволяет вам указывать на объекты на экране, щелкать на них и перемещать их.

Есть два основных типа мышей: оптические и механические. Оптическая мышь использует электронный глаз для обнаружения движения, и ее легче чистить. Механическая мышь использует катящийся шарик для обнаружения движения. Как правило, механическая мышь дешевле, хотя для ее правильной работы может потребоваться регулярная чистка.

Обычно мышь подключается к компьютеру с помощью разъема USB или PS / 2 . Однако вы также можете купить беспроводную мышь , которая уменьшит беспорядок на рабочем столе.

Чтобы научиться основам работы с мышью, ознакомьтесь с нашим интерактивным учебным пособием по работе с мышью.

Альтернативы мышам

Существуют и другие устройства, которые могут делать то же самое, что и мышь, но с другим внешним видом. Многие люди считают, что ими проще пользоваться, и они также требуют меньше места на столе, чем мышь. К наиболее распространенным альтернативам мышей относятся:

Тачпад на ноутбуке
  • Трекбол: Трекбол имеет шарик сверху, который может свободно вращаться.Вместо того, чтобы перемещать устройство как мышь, вы можете просто катать мяч пальцами, чтобы переместить указатель. На некоторых мобильных устройствах есть миниатюрные трекболы, которыми можно управлять большим пальцем.
  • Сенсорная панель: Сенсорная панель (также называемая трекпадом ) - это сенсорная панель, которая позволяет управлять указателем, выполняя «рисование» пальцем. Сенсорные панели очень распространены на портативных компьютерах.

Элементы компьютерного кода HTML


HTML содержит несколько элементов для определения пользовательского ввода и компьютерный код.



HTML

Для ввода с клавиатуры

Используется элемент HTML для определения ввода с клавиатуры. Содержимое внутри отображается в браузере моноширинный шрифт по умолчанию.

Пример

Определить текст для ввода с клавиатуры в документе:

Сохраните документ, нажав Ctrl + S

Результат:

Сохраните документ, нажав Ctrl + S

Попробуй сам "

HTML

для вывода программы

Элемент HTML используется для определить образец вывода из компьютерной программы.Содержимое внутри отображается в моноширинный шрифт браузера по умолчанию.

Пример

Определите некоторый текст как образец вывода компьютерной программы в документе:

Сообщение с моего компьютера:


Файл не найден.
Нажмите F1, чтобы продолжить

Результат:

Сообщение с моего компьютера:

Файл не найден.
Нажмите F1, чтобы продолжить

Попробуй сам "

HTML

для компьютерного кода

Используется элемент HTML для определения фрагмента компьютерного кода.Содержимое внутри отображается в моноширинный шрифт браузера по умолчанию.

Пример

Определите текст как компьютерный код в документе:


x = 5;
у = 6;
г = х + у;

Результат:

х = 5; у = 6; г = х + у;

Попробуй сам "

Обратите внимание, что элемент не сохраняет лишние пробелы и разрывы строк.

Чтобы исправить это, вы можете поместить элемент внутри элемента

 : 

Пример

 

x = 5;
у = 6;
г = х + у;

Результат:

х = 5;
у = 6;
г = х + у;

Попробуй сам "

HTML

для переменных

Используется элемент HTML для определения переменной в программировании или в математическом выражении.В содержимое внутри обычно отображается курсивом.

Пример

Определить текст как переменные в документе:

Площадь треугольника: 1/2 x b x h , где b - это основание, а h - это высота по вертикали.

Результат:

Площадь треугольника: 1/2 x b x h , где b - основание, а h - высота по вертикали.

Попробуй сам "

Краткое содержание главы

  • Элемент определяет ввод с клавиатуры
  • Элемент определяет пример вывода компьютерной программы
  • Элемент определяет часть компьютерного кода
  • Элемент определяет переменную в программировании или в математическом выражении
  • Элемент
      определяет
      предварительно отформатированный текст 

Упражнения HTML


Элементы компьютерного кода HTML

Тег Описание
<код> Определяет программный код
<КБД> Определяет ввод с клавиатуры
Определяет вывод компьютера
Определяет переменную
 
Определяет предварительно отформатированный текст


.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *