ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

1. ТЕРМИНОЛОГИЯ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ ПКЧтобы говорить о технических средствах

реализации информационных процессов, необходимо вспомнить сами эти процессы, т.к. от них зависят и средства реализации.

При преобразовании данных выделяют 4 основных информационных процесса: обработки, обмена, накопления данных и представления знаний. Для обработки данных используются ЭВМ различных классов.

Обработка данных, их преобразование и отображение, производится с помощью программ решения задач в той предметной области, для которой создана информация.

Для обмена данными используют комплексы программ и устройств, позволяющих реализовать вычислительную сеть и осуществить по ней передачу и приём сообщений с необходимой скоростью и качеством. Это модемы, усилители, коммутаторы, кабели, специальные вычислительные комплексы, осуществляющие коммутацию, маршрутизацию и доступ к сетям.

Программные компоненты здесь – программы сетевого обмена, реализующие сетевые протоколы, кодирование – декодирование сообщений и другие.

Накопление данных осуществляется в банках и базах данных, организованных на внешних устройствах компьютеров и ими управляемых. Осуществляется это при помощи компьютеров различных классов с соответствующим программным обеспечением.

Для автоматизированного формирования модели предметной области из её фрагментов и модели решаемой задачи создаётся подсистема представления знаний.На стадии эксплуатации пользователь обращается к подсистеме знаний и, исходя из постановки задачи, выбирает в автоматизированном режиме соответствующую модель решения.

Реализация этого происходит на ЭВМ, программирование которых осуществляется с помощью языков программирования.

Подсистема управления данными организуется на ЭВМ с помощью программных систем управления обработкой данных и организации вычислительного процесса, систем управления вычислительной сетью и систем управления базами данных.

Для рассмотрения конструкции ПЭВМ необходимо знать некоторую терминологию.

Системная плата (System Board) или материнская плата (Mother Board) – это основная печатная плата компьютера, на которой размещают все главные компоненты компьютера, которые, в свою очередь, могут быть платами (когда их подсоединяют через разъём) или микросхемами – это системные компоненты компьютера.

Платой расширения (Expansions Card) называют печатную плату с краевым разъёмом, устанавливаемую в слот расширения. Если она используется для подключения дополнительного устройства, то её называют интерфейсной картой, или адаптером (Interface Card, Adapter).

Слот (Slot) представляет собой щелевой разъём, в который устанавливается какая–либо печатная плата. Слот расширения в РС представляет собой разъём системной шины с прорезью в задней стенке корпуса. Есть ещё внутренние слоты на материнской плате для установки модулей оперативной памяти, кэш–памяти, процессоров, а также процессорных модулей и модулей памяти в некоторых моделях РС.

Сокет (Socket) представляет собой гнездо, в которое устанавливают микросхемы со штырьковыми выводами. ZIP–Socket имеет замок, открыв который, можно установить или изъять микросхему.

Джампер (Jumper) представляет собой съёмную перемычку, устанавливаемую на выступающие из печатной платы штырьковые контакты. Они используются как выключатели или переключатели, для которых не требуется оперативного управления.

DIP–переключатели представляют собой малогабаритные выключатели в корпусе DIP, применяемые для тех же целей, что и джампер.

Чип (Chip) – это полупроводниковая микросхема, причём неявно подразумевается её функциональная сложность.

Чипсет (Chipset) – это набор интегральных схем, при подключении которых друг к другу формируется функциональный блок вычислительной системы. Их применяют в системных платах, графических контроллерах и других сложных узлах, функции которых в одну микросхему заложить не удается.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

1) По принципу действия ПК делятся на: аналоговые; цифровые; гибридные.

В аналоговых системах переменные представлены физическими непрерывными величинами – чаще всего величиной электрического напряжения.

Аналоговые компьютеры бывают с прямой и с операторной аналогией.

Под цифровой электронно-вычислительной системой (ЭВС) будем понимать сложное устройство, воспринимающее различные виды информации в форме данных, представленных в цифровой форме, хранящее эти данные и пересылающее их внутри системы по линиям связи, перерабатывающее их с большим быстродействием (скоростью) и выдающее результаты этих действий как информацию. ЦВС оперируют с величинами, представленными в цифровой форме, т.е. с числами.

Если вычислительная система (ВС) объединяет в себе как цифровые, так и аналоговые устройства, то она называется гибридной, но мы ниже будем рассматривать только архитектуру цифровых вычислительных машин (ЦВМ) или цифровых вычислительных систем (ЦВС).

По этапам создания и используемой элементной базе ПК условно делят на поколения:

I – 50–е годы XX века – на электронных лампах;

II – 60–е годы XX века – на транзисторах; III – 70–е годы XX века – на ИС с сотнями и

тысячами транзисторов в одном кристалле; IV – 80–е годы XX века – на больших

интегральных схемах (БИС) с десятками тысяч транзисторов и сверхбольших интегральных схемах (СБИС) с миллионами транзисторов в одном кристалле;

V – 90–е годы XX века – с десятками параллельно работающих микропроцессоров;

VI – конец 90–х годов XX века – многопроцессорные ЭВМ с предсказанием ветвлений, переименованием регистров, изменением порядка инструкций, поддержкой ММХ (multimedia extension – расширения для мультимедиа);

VII – начало XXI века – оптоволоконные.

3) По основным параметрам современные ЭВМ подразделяются на классы:

суперЭВМ; большие ЭВМ; миниЭВМ; микроЭВМ.

На базе микроЭВМ в 1971 году появились персональные ЭВМ (ПЭВМ).Помимо фирмы Intel процессоры выпускают фирмы AMD, Cyrix и Texas Instruments Inc и др.

Основными параметрами ПК являются производительность (миллион операций в секунду), ёмкость оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) (Мбайт), ёмкость внешнего запоминающего устройства (ВЗУ) (Гбайт) и разрядность (бит).

Существует несколько поколений (или классов) персональных компьютеров, совместимых с IBM PC со следующими характерными особенностями:

IBM PC – первые модели имели процессор Intel 8086/88, адресуемую память 1 Мбайт, шину расширения ISA (8 бит), накопители на гибких дисках HГMД до 360 Кбайт.

IBM PC/XT (XT означает «расширенная технология») – появились винчестеры и возможность установки математического сопроцессора Intel 8087.

IBM PC/AT (AT означает «продвинутая технология») – процессор Intel 80286/80287, адресуемая память 16 Мбайт, шина ISA 16 бит, накопитель на гибком магнитном диске (НГМД, FDD) 1,2 или 1,44 Мбайт, накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД, HDD).

Сейчас появился новый класс ATX. Процессоры в нём уже64–разрядные, адресуемая в пространстве память – до 32 Гбайт, применяются более эффективные шины расширения: EISA, AGP, PCI, SCSI, USB. Расширяется состав устройств, имеющих системную поддержку на уровне BIOS.

Мультипроцессорные системы содержат на материнской плате несколько процессоров. Используются в сетевых ЭВМ.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПК

Персональный компьютер выбирают по следующим основным характеристикам.

Быстродействие, производительность, тактовая частота. Единицами измерения быстродействия являются:

MIPS – Mega Instruction Per Second – миллион операций в секунду с фиксированной точкой;

MFLOPS – Mega Floating Operations Per Second – миллион операций в секунду над числами с плавающей точкой;

GFLOPS – Giga Floating Operations Per Second – миллиард операций в секунду над числами с плавающей точкой;

KOPS – Kilo Operations Per Second – тысяча неких усреднённых операций в секунду над числами;

iCOMP Index – Intel Comparative Microprocessor Performance – в этом случае используется смесь 16– и 32–битных операций четырёх категорий: целочисленных, с плавающей точкой, скорость обработки графики и видео (за базовый для отсчёта был взят процессор Intel 486 SX–25, т.к. у него iCOMP Index равен 100);

iCOMP Index 2.0 отличается своим набором показателей и весовыми коэффициентами (базовым для отсчёта был взят Pentium 120 МГц, т. к. в нём уже используются 32–битные операции и мультимедийный текст).

Остальные фирмы используют понятие P–Rating – они сравнивают свои процессоры с производительностью процессора Pentium соответствующей частоты.

Ёмкость и тип оперативной и кэш–памяти, жёсткого диска и количество дисководов для НГМД.

Тип процессора, системного и локального интерфейса.

Разрядность машины и кодовых шин интерфейса.Тип видеомонитора, видеоадаптера и других

внешних устройств.Аппаратная и программная совместимость с

другими ПК.Имеющееся программное обеспечение и

возможность работать в многозадачном режиме и сетях ПК.

УПРОЩЁННАЯ СТРУКТУРА ПК

В широком смысле архитектурой цифровой вычислительной машины называют совокупность её свойств и характеристик, рассматриваемую с точки зрения пользователя машины.

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально–модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

ЭВМ состоит из набора устройств, связанных между собой. Физически связь между устройствами организована через интерфейс, причём часто он уточняется дополнительным определяющим словом: ввода/вывода, магистральный, пользовательский, программный.

Суть интерфейса как способа организации связи заключается в том, что устанавливаются соглашения о характере входных и выходных сигналов, которыми обмениваются взаимодействующие объекты (устройства).

Есть общая магистраль, а связь между устройствами технически реализована в виде шины – физической совокупности проводов (каналов передачи электрических сигналов). Каждый провод шины имеет своё строгое назначение: одни ведают передачей адреса объекта, с которым устанавливается связь, другие – передачей данных, третьи – управляющих сигналов.

Так как связь между всеми устройствами через одну магистраль, то в момент связи двух устройств, она может быть уже занята другой парой, а потому есть механизм прерываний, использующий приоритет устройств.

Внешняя память является автономной памятью и предназначена для длительного хранения информации. Её обработка производится после её перемещения в оперативную память.

Процессор – это устройство обработки данных. Выполняет арифметические и логические операции, а также управляет работой узлов и блоков компьютера.

Внешние периферийные устройства служат для ввода/вывода и отображения информации и обеспечивают взаимодействие человека с ЭВМ.

К устройствам ввода/вывода информации относятся клавиатура, мышь и монитор и др.