Понятие архитектуры Информационно-вычислительных систем. Типы вычислительных систем.

Вычислительная машина – это комплекс технических и программных средств, предназначенных для автоматизации подготовки и решения задач пользователя.

Вычислительная система – это совокупность взаимосвязанных и взаимосоединенных процессоров или вычислительных машин, периферийного оборудования и программного обеспечения для решения задач пользователя.

Основной отличительной чертой вычислительных систем является наличие в них средств, реализующих параллельную обработку за счет построения параллельных ветвей вычисления, что как правило не предусматривается в вычислительных машинах.

Очевидно, что различия между вычислительными машинами и вычислительными системами не могут быть точно определены (вычислительные машины даже с одним процессором обладает разными средствами распараллеливания, а вычислительные системы могут состоять из традиционных вычислительных машин или процессоров.

Архитектура ВС – совокупность характеристик и параметров, определяющих функционально-логичную и структурно-организованную систему и затрагивающих в основном уровень параллельно работающих вычислителей. Понятие архитектуры охватывает общие принципы построения и функционирования, наиболее существенные для пользователя

 

5. Классификация ЭВМ по различным признакам (принцип действия, назначение, вычислительная мощность и так далее). Примеры ЭВМ различных типов.

6. Состав и назначение основных составляющих ПК.

Компоненты компьютера

Компьютер – это электронное устройство, предназначенное для работы с информацией, а именно введение, обработку, хранение, вывод и передачу информации. Кроме того, ПК представляет собой единое двух сущностей – аппаратной и программной частей (что и отражено на следующей схеме).

На компьютерном рынке сложилось следующее разделение конфигураций персональных компьютеров.

Рабочая станция (Work Station) представляет собой мощный компьютер, основанный обычно на двухпроцессорной платформе, оснащенный максимальным объемом быстрой оперативной памяти, массивом жестких дисков и часто включенный в локальную сеть предприятия. В зависимости от решаемых задач рабочие станции бывают графическими, для научных расчетов или иного назначения.

Графическую рабочую станцию комплектуют ЗD-видеокартой профессионального класса, устройствами оцифровки и захвата сигналов телевизионного формата, высокоточными сканерами и другим необходимым оборудованием.

Настольный компьютер (Desktop) предусматривает самый обширный спектр возможных конфигураций, как платформы, так и дополнительных устройств.

Принято классифицировать настольные компьютеры по предназначению или по производительности. По назначению компьютеры подразделяют на офисные, домашние, игровые, дизайнерские. По производительности различают компьютеры начального уровня (Easy PC), среднего уровня (Mainstream), высшего класса (High End).

Офисный компьютер ориентирован на работу с программами офисного класса, может подключаться к локальной сети и не отличается высокой производительностью. Главное требование к нему – надежность.

Домашний компьютер обычно используют для развлечений и выполнения не слишком сложных учебных (рабочих) заданий. Мультимедийная направленность домашнего ПК выражается в оснащении его процессором и видеокартой среднего класса, приводом DVD, качественным монитором и комплектом хорошей акустики. Зачастую предусматривается подключение компьютера к телевизору для просмотра фильмов в форматах MPEG-4 и DVD на экране ТВ. Непременным условием является подключение к Интернету через модем или сетевую карту. Дополнительным оборудованием для домашнего компьютера являются ТВ-тюнер, сканер, струйный фотопринтер, WEB-камера.

Игровой компьютер требует наличия самой мощной графической подсистемы. Поэтому главным его элементом является графическая карта и адекватный потребностям процессор при достаточном объеме оперативной памяти. Игровой компьютер дополнительно комплектуют джойстиком, рулем (штурвалом), педалями, устройствами виртуальной реальности (шлемы, очки, перчатки).

Дизайнерский компьютер предназначен для выполнения сложных графических работ (кроме ЗD-графики кинематографического уровня) и обработки видео в режиме реального времени. По сути, это рабочая станция начального уровня, в достаточно компактном исполнении. Конкретная конфигурация дизайнерского ПК зависит от специфики решаемых задач. Для работы с ЗD-графикой требуется мощная видеокарта, для работы с видео – самый производительный процессор и так далее.

Ноутбук (Notebook) является переносным персональным компьютером. Помимо компактных габаритов, ноутбук отличается от настольного компьютера возможностью работы от аккумуляторов. Автономное функционирование обусловило высокие требования режиму энергопотребления компонентов. Обычно в ноутбуках используют специальные модификации процессоров, графических чипсетов, жестких дисков с низким энергопотреблением и автоматическим регулированием производительности в зависимости от решаемой задачи.

Обычно ноутбуки классифицируют по размеру, диагонали дисплея и числу “шпинделей” (отдельных приводов: жесткий диск, дисковод CD-ROM, дисковод гибких дисков и др.). Например, выражение “двухшпиндельный” ноутбук подразумевает наличие в компьютере жесткого диска и еще одного дисковода (чаще комбинированного привода DVD/CD-RW).

Настольный ноутбук (DeskNote). Этот класс компьютеров возник и развился в 2002 году. Его отличие от ноутбуков заключается в отсутствии аккумуляторов (и, как следствие, невозможности автономной работы), использовании процессоров для обычных настольных ПК, а иногда и адаптеров ЗD-графики высокого класса.

Планшетный ПК (Tablet PC) характеризуется наличием отдельного сенсорного дисплея с возможностью рукописного ввода и специального электронного пера. Некоторые модели комплектуются клавиатурой, трекболом, приводом CD-ROM, жестким диском.

Карманный ПК (Personal Digital Assistant, PDA) примыкает к товарной нише персональных компьютеров. Невысокая производительность, ограниченный набор программ и неудобный интерфейс пользователя сужают сферу применения КПК. Однако многие КПК позволяют подключаться к настольному компьютеру для переноса данных: телефонного справочника, записной книжки и прочих, позволяют читать литературные произведения в электронном виде, просматривать видео и т.д.

Персональные компьютеры являются наиболее широко используемыми, их мощность постоянно увеличивается, область применения расширяется. Однако их возможности ограничены, и для решения специфичных задач, требующих объемных вычислений, высочайшего быстродействия, применяют “не-персональные” компьютеры: супер-ЭВМ, большие ЭВМ (мэйнфреймы), мини-ЭВМ.

 

7. Системы счисления. Позиционная и непозиционная системы счисления.

Система счисления – это способ записи чисел. Обычно, числа записываются с помощью специальных знаков – цифр (хотя и не всегда). Если вы никогда не изучали данный вопрос, то, по крайней мере, вам должны быть известны две системы счисления – это арабская и римская. В первой используются цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и это позиционная система счисления. А во второй – I, V, X, L, C, D, M и это непозиционная система счисления.

В позиционных системах счисления количество, обозначаемое цифрой в числе, зависит от ее позиции, а в непозиционных – нет. Например:

11 – здесь первая единица обозначает десять, а вторая – 1.
II – здесь обе единицы обозначают единицу.

345, 259, 521 – здесь цифра 5 в первом случае обозначает 5, во втором – 50, а в третьем – 500.

XXV, XVI, VII – здесь, где бы ни стояла цифра V, она везде обозначает пять единиц. Другими словами, величина, обозначаемая знаком V, не зависит от его позиции.

Сложение, умножение и другие математические операции в позиционных системах счисления выполнить легче, чем в непозиционных, т.к. математические операции осуществляются по несложным алгоритмам (например, умножение в столбик, сравнение двух чисел).

В мире наиболее распространены позиционные системы счисления. Помимо знакомой всем с детства десятичной (где используется десять цифр от 0 до 9), в технике широкое распространение нашли такие системы счисление как двоичная (используются цифры 0 и 1), восьмеричная и шестнадцатеричная.

Следует отметить, важную роль нуля. «Открытие» этой цифры в истории человечества сыграло большую роль в формировании позиционных систем счисления.

Основание системы счисления – это количество знаков, которое используется для записи цифр.

Разряд - это позиция цифры в числе. Разрядность числа - количество цифр, из которых состоит число (например, 264 - трехразрядное число, 00010101 - восьмиразрядное число). Разряды нумеруются справа на лево (например, в числе 598 восьмерка занимает первый разряд, а пятерка - третий).

Итак, в позиционной системе счисления числа записываются таким образом, что каждый следующий (движение справа на лево) разряд больше другого на степень основания системы счисления. (придумать схему)

Одно и тоже число (значение) можно представить в различных системах счисления. Представление числа при этом различно, а значение остается неизменным.

8. Устройство системного блока. Типы корпусов и блоков питания.

Системный блок – корпус компьютера, в котором находятся основные элементы персонального компьютера или сервера. Его задача в защите внутренней компоновки компьютера от воздействия извне и механических повреждений. Так же не маловажное назначение системного блока это поддержка нужной температуры внутри корпуса, так же для экранирования электромагнитного излучения внутренних частей компьютера.

· Горизонтальные (размеры указаны в миллиметрах):

· Desktop (533×419×152)

· FootPrint (406×406×152)

· SlimLine (406×406×101)

· UltraSlimLine (381×352×75)

· Вертикальные (размеры указаны в миллиметрах):

· MiniTower (152×432×432)

· MidiTower (173×432×490)

· BigTower (190×482×820)

· SuperFullTower (разные размеры)

 

9. Устройство и параметры материнской платы.

Материнская плата (англ. motherboard, MB, также используется название англ. mainboard — главная плата; сленг. мама, мать, материнка) — сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера либо сервера начального уровня (центральный процессор, контроллер оперативной памяти и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода). Именно материнская плата объединяет и координирует работу таких различных по своей сути и функциональности комплектующих, как процессор, оперативная память, платы расширения и всевозможные накопители.

Основные компоненты, устанавливаемые на материнской плате:

Центральный процессор (ЦПУ).

Набор системной логики (чипсет — англ. chipset) — набор микросхем, обеспечивающих подключение ЦПУ к ОЗУ и контроллерам периферийных устройств. Как правило, современные наборы системной логики строятся на базе двух СБИС: «северного» и «южного мостов».

Северный мост (англ. Northbridge), MCH (Memory controller hub), системный контроллер — обеспечивает подключение ЦПУ к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.

Для подключения ЦПУ к системному контроллеру могут использоваться такие FSB-шины, как HyperTransport и SCI.

Обычно к системному контроллеру подключается ОЗУ. В таком случае он содержит в себе контроллер памяти. Таким образом, от типа применённого системного контроллера обычно зависит максимальный объём ОЗУ, а также пропускная способность шины памяти персонального компьютера. Но в настоящее время имеется тенденция встраивания контроллера ОЗУ непосредственно в ЦПУ (например, контроллер памяти встроен в процессоры в AMD K8 и Intel Core i7), что упрощает функции системного контроллера и снижает тепловыделение.

В качестве шины для подключения графического контроллера на современных материнских платах используется PCI Express. Ранее использовались общие шины (ISA, VLB, PCI) и шина AGP.

Южный мост (англ. Southbridge), ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер — содержит контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI Express и USB), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности (LPC — используется для подключения загрузочного ПЗУ; также шина LPC используется для подключения мультиконтроллера (англ. Super I/O) — микросхемы, обеспечивающей поддержку исторических низкопроизводительных интерфейсов передачи данных: последовательного и параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши).

Как правило, северный и южный мосты реализуются в виде отдельных СБИС, однако существуют и одночиповые решения. Именно набор системной логики определяет все ключевые особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.

Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кэш-память. ОЗУ изготавливается как отдельный блок; также может входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера в виде оперативной памяти.

Загрузочное ПЗУ. Хранит ПО, которое исполняется сразу после включения питания. Как правило, загрузочное ПЗУ содержит BIOS, однако может содержать и ПО, работающие в рамках EFI.