ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1 ТЕМА: ОРГАНИЗАЦИЯ ОБЩЕЙ СТРУКТУРЫ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ Цель занятия: Изучить организацию общих структур компьютерных систем, ознакомление с историей развития вычислительной техники, ознакомление с классификациями архитектур вычислительных систем: Фенга, Шора, Хендлера, Хокни, Шнайдера, Джонсона, Скилликорна и Дзагупты. Теоретическая часть: 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. Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, представленную на рисунке. 1 1. Архитектура фон Неймана В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом. 1. Двоичная система счисления для представления чисел (на замену десятичной). Впервые система была предложена Лейбницем, но именно фонНейман обосновал удобство ее использования для ПЭВМ. 2. Структура ЭВМ: Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода). АЛУ выполняет арифметические, логические операции. УУ организует цикл выполнения команды процессора: чтение команды, расшифровка, изменение счетчика команд (СК) в УУ, выполнение команды. 3. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. 4. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. 5. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фоннеймановских. 2 2. Классификация устройств компьютера 1. Устройства программной обработки данных: процессор, оперативная память (ОЗУ), постоянная память (ПЗУ), полупостоянная память (ППЗУ), сверхбыстрая память (КЭШ – память). 2. Устройства передачи данных: материнская плата, звуковая плата, сетевая карта, видеокарта, контроллеры. 3. Устройства ввода информации: клавиатура, сканер, манипуляторы (джойстик, мышь, трекбол, трекпойнт, тачпад, световое перо), сенсорные экраны, микрофон. 4. Устройства вывода информации: принтер, плоттер, монитор, акустическая система, видеопроектор. 5. Устройства хранения данных: винчестер, дискета, лазерный диск, flash - карта. 3. Видеосистема компьютера Монитор – это устройство, предназначенное для отображения текстовой и графической информации. Видеокарта – это внутрисистемное устройство, непосредственно управляющее монитором и выводом информации на экран. Передает информацию обработанную процессором на монитор. Характеристики мониторов: 1. Диагональ экрана монитора - это расстояние между левым нижним и правым верхним углом монитора (измеряется в дюймах 14,15,17,19, 21). 2. Размер зерна (точки экрана) – определяет четкость и разрешающую способность экрана. Существуют мониторы с зернистостью от 0,28 до 0,21 мм. 3 3. Разрешение – это максимальное количество пикселей, размещающихся по горизонтали и вертикали на экране монитора. Стандартное значение разрешений экрана: 800х600, 1024х768, 1280х1024, 1600х1200 и т.д. 4. Антибликовое покрытие (antiglare coating). На поверхность экрана монитора наносится химическое вещество, обеспечивающее эффект, в результате чего свет не может отражаться от поверхности. 5. Антистатическое покрытие (anti static) – защита экрана от электрических полей. 4. Материнская плата Материнская плата – это самая большая плата компьютера, на которой укреплены электронные компоненты (микросхемы, конденсаторы) и различные разъемы. От ее качества и быстродействия напрямую зависит стабильность и скорость работы всего компьютера. На материнской плате размещены контроллеры. Контроллер – это электронная схема, которая управляет различными устройствами ПК. Контроллеры бывают внешние и встроенные. Внешние контроллеры - это электронные схемы, модель которых пользователь при желании может изменить (видеокарта, звуковая карта, сетевая карта) Внутренние (интегрированные) контроллеры – это электронные схемы, которые встроены в материнскую плату (контроллер клавиатуры, контроллер винчестера, клавиатуры, портов ввода – вывода и.т.д.). 5. Процессор Процессор – это электронная схема, которая регулирует, управляет и контролирует рабочий процесс ПК и находится в постоянном взаимодействии с другими устройствами материнской платы. 4 Характеристики процессоров: 1. Модель процессора (Intel Pentium, Celeron, Athlon) 2. Тактовая частота. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц, Ггц), показывает, сколько операций способен выполнить процессор в течение секунды. 3. Размер внутренней памяти – это сверхбыстрая память, в которую переносятся все команды и данные, непосредственно обрабатываемые процессором. 6. Внутренняя память ПК Внутренняя память – это совокупность оперативной, постоянной, буферной памяти для хранения информации внутри компьютера. Оперативная память (ОЗУ - Оперативное Запоминающее Устройство) это устройство для записи, временного хранения и считывания текущей информации. При выключении ПК вся информация в ОЗУ стирается. Сверхбыстрая память (КЭШ - память) - это устройство, хранящее копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти, поэтому время поиска информации уменьшается, т.к. время доступа к КЭШ - памяти гораздо меньше. Постоянная память (ПЗУ - Постоянное Запоминающее Устройство) это устройство для длительного хранения и считывания неизменной информации. Информация в ПЗУ записывается на заводе - изготовителе устройства и никогда не изменяется. Полупостоянная память (ППЗУ - ПолуПостоянное Запоминающее Устройство) – это устройство, предназначенное для хранения текущей даты и времени. 5 Практические задания 1. Ознакомление с историей развития вычислительной техники [2]. Обратите внимание на появление в ранних изобретениях основных архитектурных идей: - программное управление и концепция условного перехода в аналитической машине Чарльза Бэббиджа; - программируемый вычислитель с памятью на 1000 бит в первом компьютере Z1, обработка чисел с плавающей запятой в компьютере Z4 (Конрад Цузе) и др. 6 Проанализируйте последовательное развитие шести поколений компьютеров и систем [1, с. 25-35]. 2. Ознакомтесь с классификацией архитектуры вычислительной системы по Фенга. 3. Ознакомтесь с классификацией архитектуры вычислительной системы по Шора. 4. Ознакомтесь с классификацией архитектуры вычислительной системы по Хендлера 5. Ознакомтесь с классификацией архитектуры вычислительной системы по Хокни. 6. Ознакомтесь с классификацией архитектуры вычислительной системы по Шнайдера. 7. Ознакомтесь с классификацией архитектуры вычислительной системы по Джонсона. 8. Ознакомтесь с классификацией архитектуры вычислительной системы по Скилликорна. 9. Ознакомтесь с классификацией архитектуры вычислительной системы по Дзагупты. Порядок выполнения отчета по практическому занятию 1. Обязательно указать цели и задачи практического занятия. 2. Выписать задание 3. Результат выполнения задания оформить в таблице. 4. Написать вывод о проделанной работе. 7
