Теоретические основы информатики кандидат технических наук, доцент Полупанов

и классификация ЭВМ. Персональные компьютеры.

архитектуры ЭВМ;
проанализировать основные виды классификации ЭВМ;
изучить поколения ЭВМ;
рассмотреть основные виды

компьютеров в зависимости от их функциональности;
рассмотреть понятие и классификацию персонального компьютера;
изучить общие принципы проектирования компьютеров
дать понятие конфигурации компьютера;
рассмотреть основные виды устройств компьютеров.

или компьютер) представляет собой устройство, выполняющее заданную програм­мой последовательность операций

Вычислительная система - взаимоувязанная совокупность средств вычислитель­ной техники, в которую входят не менее двух основных процессоров либо вычислительных машин и развитая система периферийных устройств.

Под структурой ЭВМ (компьютера) понимается совокупность входящих в ее состав устройств и связей между ними. Основными структурными составляющими являются процессоры, память, устройства ввода и вывода данных.

логические операции;
Устройство управления (УУ) – организует процесс выполнения программы;
Запоминающее устройство

(ЗУ), или память – предназначено для хранения программ и данных;
Внешние устройства для ввода и вывода информации

Джон фон Нейман

двоичная система счисления.
Принцип программного управления. Программа состоит из набора

команд, которые выполняются процессором друг за другом в определённой последовательности.
Принцип однородности памяти. Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления — чаще всего двоичной). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
Принцип адресуемости памяти. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Принцип последовательного программного управления. Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой.
Принцип условного перехода. Команды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые изменяют последовательность выполнения команд в зависимости от значений данных.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фон-неймановских.

В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных.

принципам фон Неймана, должна работать следующим образом. Вначале с помощью

устройства ввода/вывода в ОЗУ помещается программа. УУ считывает содержимое ячеек памяти, в которых хранится первая команда программы. После выполнения этой команды
считывается и выполняется команда из следующей группы ячеек памяти. Команды перехода позволяют многократно использовать одну и ту же последовательность команд, т.е. выполнять цикл. Программа выполняется автоматически, без участия человека

«запрос-ответ»
ЭВМ общего назначения

Классификация вычислительных систем (ЭВМ) по электрическим сигналам:
Цифровые ЭВМ
Аналоговые

ЭВМ
Гибридные ЭВМ

отличается своей элементной базой - физической реализацией запоминающих элементов (двоичных

индикаторов).

Эти поколения будут различаться по признакам работы. Предполагается, что ЭВМ

шестого поколения будут характеризоваться голосовым общением с компьютером и доступностью работы для любого человека. Для ЭВМ седьмого поколения считается, что их не нужно будет программировать, достаточно будет только сформулировать задачу

Машины, начиная с четвертого поколения можно условно разделить на пять основных классов: микроЭВМ и персональные компьютеры (ПК), мини-ЭВМ, специальные ЭВМ, ЭВМ общего назначения и суперЭВМ. К определяющей черте четвертого поколения следует так­же отнести и создание больших информационно-вычислительных се­тей, объединяющих различные классы и типы ЭВМ, а также развитых информационно-интеллектуальных систем различного назначения.

— компьютер, предназначенный для личного использования, цена, размеры и возможности

которого удовлетворяют запросам большого количества людей.
Первый персональный серийный компьютер появился в США в 1975 году.

С 1999 года в области ПК действует международный сертификационный стандарт – спецификация PC99. Он устанавливает следующие категории ПК:
Consumer PC (массовый ПК);
Office PC (деловой ПК);
Mobile PC (портативный ПК);
Workstation PC (рабочая станция);
Entertaiment PC (развлекательный ПК);

ресурсы, т. е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу

обработки данных, связывающих воедино по адресации памяти, передачи данных и на определенный интервал времени. Архитектура современных ПК основана на магистрально-модульном принципе.
Модульный принцип позволяет потребителю самому подобрать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости его модернизацию. Регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия ПК и его конфигурация. ПК можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями. ПК легко расширяется и модернизируется за счет наличия внутренних расширительных гнезд, в которые пользователь может вставить разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту и тем самым устанавливать конфигурацию своего ПК в соответствие с личными предпочтениями.
Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации. Магистраль или системная шина -- это набор электронных линий служебных сигналов процессор, память и периферийные устройства.

– совместимыми. Эти ПК могут быть собраны из деталей, выпускаемых

различными
независимыми фирмами. Необходимое условие — каждая деталь должна удовлетворять определенному стандарту. Различают совместимость аппаратную и программную.
Аппаратная совместимость означает, что комплектующие детали, изготовленные различными фирмами, являются взаимозаменяемыми.
Программная совместимость предполагает, что программы, разработанные на одном ПК, будут правильно работать и на другом.

его состав. Основными составными частями компьютера являются:
Монитор - устройство вывода

текстовой и графической информации.
Клавиатура - устройство для ввода текстовой информа­ции и команд.
Системный блок - объединение внутренних устройств компьютера, закрытое сверху корпусом.
Другие внешние устройства, например, мышь и принтер.

Основные составные части ПК: 1- монитор, 2 – материнская плата, 3 – центральный процессор, 4 – оперативная память, 5 – карты расширений, 6 – блок питания, 7 – оптический привод, 8 – жесткий диск, 9 – мышь, 10 -клавиатура

ней подключаются все внутренние устройства.
Материнские платы собираются на основе специального

набора микросхем, называемого чипсетом (ChipSet). В зависимости от типа процессора используют различные чипсеты и таким образом получают материнские платы различных типов.

– это ядро ПК. В компьютерах типа IBM PC используются

микропроцессоры фирмы Intel и совместимые с ними микропроцессоры других фирм

всеми устройствами ПК
Регистры используются для хранения данных и адресов
Схема управления

шиной и портами – осуществляет подготовку устройств к обмену данными между микропроцессором и портом ввода – вывода, а также управляет шиной адреса и управления.
Основные характеристики процессора:
Разрядность – число двоичных разрядов, одновременно обрабатываемых при выполнении одной команды. Большинство современных процессоров – это 32 – разрядные процессоры, но выпускаются и 64 - разрядные процессоры.
Тактовая частота – количество циклов работы устройства за единицу времени. Чем выше тактовая частота, тем выше производительность.
Наличие встроенного математического сопроцессора
Наличие и размер Кэш- памяти.

устройство (ОЗУ или RAM) - область памяти, предназначенная для хранения

информации в течение одного сеанса работы с компьютером. Конструктивно ОЗУ выполнено в виде интегральных микросхем

Кэш-память – это промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий информацию, которая может быть запрошена с наибольшей вероятностью. Доступ к данным в кэше идёт быстрее, чем выборка исходных данных из оперативной (ОЗУ) или более медленной внешней (жёсткий диск или твердотельный накопитель) памяти, за счёт чего уменьшается среднее время доступа и увеличивается общая производительность компьютерной системы.

внешними устройствами называются контроллерами или адаптерами, иногда картами. Контроллеры, адаптеры

или карты имеют свой процессор и свою память, т.е. представляют собой специализированный процессор. Контроллеры или адаптеры (схемы, управляющие внешними устройствами компьютера) находятся на отдельных платах, которые вставляются в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате

видеосигнал для монитора. Современные видеокарты не ограничиваются простым выводом изображений.

Они имеют графический микропроцессор, который может производить дополнительную обработку, разгружая ЦПУ.

из аналоговой формы в цифровую. Главная возможность звуковой карты –

воспроизведение аудио – и видеофайлов, хранящихся на компьютере. Аудиоадаптер – специальная электронная плата, которая позволяет записывать звук, воспроизводить его. Аудиоадаптер содержит в себе цифровой сигнальный процессор, который производит все вычисления. Профессиональные звуковые платы позволяют производить сложную обработку звука, имеют собственное ПЗУ.

другими устройствами сети (в настоящее время интегрированы на материнской плате).

Сетевой адаптер вместе со своим драйвером выполняет две функции: прием и передача кадра. В клиентских ПК обычно, значительная часть работы перекладывается на драйвер, что позволяет удешевить адаптер, но загрузить ЦПУ. Адаптеры, предназначенные для серверов, обычно оснащены собственными процессорами, которые выполняют большую часть работы по передаче кадров из оперативной памяти в сеть и обратно. В общем виде цепочка передачи кадров : оперативная память – адаптер – физический канал – адаптер – оперативная память.

на большие расстояния по телефонным линиям связи.
Модем обеспечивает преобразование цифровых

сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона — этот процесс называется модуляцией,а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией.

обеспечивающих объединение всех устройств ПК в единую систему и их

взаимодействие. Для подключения контроллеров или адаптеров современные ПК снабжены такими слотами как PCI. Слоты PCI – E  Express для подключения новых устройств к более скоростной шине данных. Слоты AGP предназначены для подключения видеоадаптера Для подключения накопителей (жестких дисков и компакт-дисков) используются интерфейсы IDE и  SCSI. Интерфейс – это совокупность средств соединения и связи устройств компьютера. Подключение периферийных устройств (принтеры, мышь, сканеры и т.д.) осуществляется через специальные интерфейсы, которые называются портами.

несменных жестких дисках (винчестеры);
накопители на сменных жестких дисках;
накопители

на магнитооптических дисках;
накопители на оптических дисках (CD-R CD-RW CD-ROM) с однократной записью;
накопители на оптических DVD – дисках (DVD-R  DVD-RW   DVD-ROM и др.)

позволяет вводить числовую и буквенную информацию, но удобна для работы

с графическими объектами, изображенными на экране.

в компьютере. На стандартной клавиатуре размещается 101 клавиша.
Клавиатура содержит

следующие группы клавиш:
• Цифровые клавиши (1, 2, ...);
• Символьные клавиши (a, b, c, ...);
• Клавиши управления (Enter, Esc, Insert, Delete);
• Клавиши управления курсором (стрелки влево, вправо, вверх, вниз; Home, End, PageUp и PageDown);
• Функциональные клавиши (F1, F2, ... F12);
• Специальные клавиши (Shift, Alt, Ctrl);
• Дополнительный цифровой блок в правой части клавиатуры.

бумагу
Различают матричные, струйные и лазерные принтеры