Слайд 1Компьютер как средство обработки информации
Слайд 2Принципы Джон фон Неймана (опубликованы в 1945г.):
Основными блоками машины являются
блок управления, арифметико-логическое устройство, память и устройство ввода-вывода;
Информация кодируется в
двоичной форме и разделяется на единицы, называемые словами;
Алгоритм представлен в форме последовательности команд, которые определяют смысл операции. Совокупность команд, представляющая алгоритм, называется программой;
Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Разнотипные слова различаются по способу использования, но не по способу кодирования;
Устройство управления и арифметико-логическое устройство обычно объединяют в одно, называемое центральным процессором. Процессор выполняет программу считывая ее команды из оперативной памяти.
Слайд 3Универсальная ЭВМ по фон Нейману
Слайд 4Классификация ЭВМ
По принципу действия
По поколениям на основе элементной базы
По назначению
По
производительности и характеру использования
Слайд 5Классификация по принципу действия
Слайд 7По поколениям на основе элементной базы
Первое поколение (электронные лампы)
Второе поколение
(транзисторы)
Третье поколение (интегральные микросхемы)
Четвертое поколение (большие интегральные схемы)
Пятое поколение –
проект (на основе нечеткой логики)
Слайд 8Поколения ЭВМ
Первое поколение построено на электронных лампах
Слайд 9Поколения ЭВМ
Логический элемент (ячейка) ЭВМ Урал -1
Слайд 11Поколения ЭВМ
Второе поколение построено на транзисторах (полупроводниковых аналогах ламп)
Слайд 13ЭВМ третьего поколения Урал-14
Третье поколение построено на микросхемах
Слайд 16ЭВМ четвертого поколения
На больших микросхемах, содержащих десятки-сотни миллионов логических элементов
Слайд 17Общие черты ЭВМ элементной базы первых четырех поколений
Реле
Слайд 18Общие черты ЭВМ элементной базы первых четырех поколений
Электронная лампа
Слайд 19Общие черты ЭВМ элементной базы первых четырех поколений
Транзистор
Слайд 20ЭВМ пятого поколения
Построены на принципах нечеткой логики
Логический элемент компьютера может
находиться более чем двух устойчивых состояниях
Ориентированы на обработку знаний, а
не данных
Слайд 21Классификация по назначению
Универсальные ЭВМ
Проблемно-ориентированные ЭВМ
Специализированные ЭВМ
Слайд 22Универсальные ЭВМ
Высокая производительность
Разнообразие форм обрабатываемых даны при большом диапазоне их
изменения и высокой точности их представления
Обширная номенклатура выполняемых операций (как
арифметических, так и логических)
Большая емкость оперативной памяти
Развитая организация системы ввода-вывода информации, обеспечивающая подключение разнообразных устройств.
Слайд 23Проблемно-ориентированные ЭВМ
служат для решения более узкого круга задач, связанных, как
правило, с управлением технологическими объектами, регистрацией, накоплением и обработкой относительно
небольших объемов данных, выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам. Они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами.
Слайд 24Специализированные ЭВМ
Специализированные ЭВМ используются для решения узкого круга задач или
реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет
четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности работы.
Слайд 25Классификация По производительности и характеру использования
микрокомпьютеры, в том числе —
персональные компьютеры;
миникомпьютеры;
мэйнфреймы (универсальные компьютеры);
суперкомпьютеры.
Слайд 26
Микрокомпьютеры — это компьютеры, в которых центральный процессор выполнен в
виде микропроцессора.
Слайд 27
Миникомпьютерами и суперминикомпьютерами называются машины, конструктивно выполненные в одной стойке,
т.е. занимающие объём порядка половины кубометра.
Слайд 28
Мэйнфреймы предназначены для решения широкого класса научно-технических задач и являются
сложными и дорогими машинами. Их целесообразно применять в больших системах
при наличии не менее 200 — 300 рабочих мест (IBM z900).
Слайд 29Суперкомпьютеры — это компьютеры с производительностью свыше 100 мегафлопов (1
мегафлоп — миллион операций с плавающей точкой в секунду). Они
называются сверхбыстродействующими. Эти машины представляют собой многопроцессорные и (или) многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств.
Суперкомпьютеры построены на принципах параллелизма и конвейеризации вычислений.
BlueGene/L System, 478,2 TFlop/s, 294,912- процессоров, 72-системные стойки
Слайд 30Персональный компьютер. Понятие архитектуры.
Архитектурой компьютера называется его описание на
некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд,
системы адресации, организации памяти и т.д.
Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств.
Слайд 32Шина
Шина это электронное устройство обеспечивающее бесконфликтный обмен данными адресами и
командами между отдельными устройствами компьютера.
Шина состоит из шины данных,
шины адресов, шины управления
Шина разделяется на системную и шину расширений
Слайд 33Основные характеристики шины
Разрядность шины
Тактовая частота шины
Архитектура шины (Chipset)
Слайд 42Интегрированная звуковая подсистема
Слайд 44Процессор ПК
Основные производители Intel, AMD
Основные характеристики:
Архитектура процессора
Тактовая частота (количество
элементарных тактов работы процессора за секунду)
Производительность (количество операций за секунду)
Разрядность
Количество
ядер
Размер кэша второго уровня
Слайд 45Производительность ≠ тактовая частота
Производительность = F(
Архитектура процессора,
Тактовая частота,
Производительность,
Разрядность,
Количество ядер,
Размер кэша второго уровня)
Слайд 46Структура процессора
АЛУ
(Арифметическо- логическое устройство целочисленной арифметики)
УУ
(Устройство управления)
Регистры (микропроцессорная
память)
Кэш-память нескольких уровней и назначений
Блок арифметики с плавающей точкой (математический
сопроцессор)
Системная шина
Слайд 47Структура современных процессоров
Слайд 49Микрофотография двухъядерного процессора Intel
Слайд 52Память ПК
Типы памяти
Внутренняя
Внешняя
Слайд 53Внутренняя память
Постоянное запоминающее устройство
Оперативное запоминающее устройство
Кэш память
Видео память
Энергонезависимая память
Слайд 54Постоянное запоминающее устройство
Объем 256 кб
Значительно медленнее ОЗУ
Содержит BIOS (Basic Input
Output System) и POST тест (Power On System Test)
Сохраняется при
выключении питания
Формируется изготовителем
Пользователь имеет возможность «прошивать» новые версии BIOS
Слайд 55Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)
Высоко быстродействующая память (работает на частоте системной
шины)
Имеет объем от сотен мегабайт до нескольких гигабайт
Содержимое памяти разрушается
при выключении питания
Выполняющиеся программы и обрабатываемые данные помещаются в ОЗУ
Слайд 57Кэш память
Сверхбыстродействующая память. Работает на частоте процессора.
Частота процессора =
частота системной шины × множитель процессора
Служит для ускорения
обмена информацией между отдельными устройствами ПК.
Кэш второго уровня процессора (L2) имеет объем от сотен килобайт до нескольких мегабайт
Слайд 59Видео память
В видео памяти хранятся и обрабатываются элементы изображения
Имеет объем
в сотни мегабайт
Содержимое памяти разрушается при выключении питания
По быстродействию занимает
промежуточное положение между ОЗУ и кэш памятью
Слайд 61Энергонезависимая память
Медленная память на микросхеме
Содержимое памяти не разрушается при выключении
сетевого питания
Память питается от аккумулятора на материнской плате
Слайд 62
Энергонезависимая память содержит значения параметров большинства устройств компьютера. Значения параметров
можно изменять средствами BIOS
Содержит системный таймер
Энергонезависимая память повышает гибкость конфигурирования
компонентов ПК
Слайд 68Внешняя память
Накопители на гибких магнитных дисках
Накопители на жестких магнитных дисках
Оптические
накопители
Flash накопители
Магнитооптические накопители
Стримеры (накопители на магнитных лентах)
Слайд 69Накопители на гибких магнитных дисках
Слайд 70Небольшой объем 1,44мб
Невысокая скорость доступа к информации
Невысокая надежность хранения информации
Низкая
цена (однако, цена мегабайта гибкого диска значительно дороже мегабайта CD
и DVD)
Характеристика накопителей на гибких магнитных дисках
Слайд 71Накопители на жестких магнитных дисках
Слайд 72Характеристики накопителей на жестких магнитных дисках
Самое высокопроизводительное устройство ПК с
механическим компонентом
Объем десятки-сотни гигабайт
Скорость доступа к данным
Скорость вращения диска 5400-7200
об/мин
Плотность данных
Объем буфера (кэша) 2-8 мб
Вид интерфейса: параллельный, последовательный
Количество магнитных пластин
Слайд 74Вид интерфейса: параллельный, последовательный
Слайд 75Логическая структура магнитного диска
Кластер – один или несколько смежных секторов.
Цилиндр – треки одного диаметра
Дисковая память выделяется кластерами.
Размер кластера зависит
от объема диска и операционной системы – точнее файловой системы
Слайд 76Логическая структура магнитного диска в файловой системе FAT
FAT -File Allocation
Table (таблица размещения файлов)
Системная область (нулевая дорожка)
Системный загрузчик
FAT таблица
Корневой каталог
Таблица
разделов
Область данных
Слайд 77Логическая структура магнитного диска в файловой системе FAT
Количество кластеров =
Объем диска /
Количество ячеек FAT таблицы
Потери дискового пространства могут достигать
50%
Для уменьшения потерь дисковой памяти следует переходить на более совершенную файловую систему, или делить диск на несколько логических разделов
Слайд 78Потери дисковой памяти при больших размерах кластеров
Реальный размер файла
Занимаемое файлом
пространство на диске
Неиспользуемая область диска занятая файлом
Кластер
Слайд 79Потери дисковой памяти при больших размерах кластеров
Слайд 80Файловая система NTFS (windows 2000, windows XP)
Системная область файловой системы
не ограничена по размеру нулевой дорожкой
Вместо FAT таблицы используется главная
таблица файлов (MFT – master file table)
MFT- база данных
Размер кластера на дисках любой емкости равен 4 кб
Обеспечивается более надежное хранение информации
Обеспечивается гибкое управление доступом к дискам, папкам и файлам
Слайд 81Форматирование МД
Форматирование – процесс создания логической структуры на МД.
Слайд 82Форматирование МД
Уровни форматирования
Высокоуровневое
Низкоуровневое
Виды форматирования
Полное (жесткое)
Мягкое
Быстрое
Слайд 83Высокоуровневое форматирование
Создание логической структуры диска (нулевой дорожки в файловой системе
FAT)
Слайд 84Низкоуровневое форматирование
Для жесткого диска выполняется изготовителем. Для достижения максимального использования
дискового пространства.
Слайд 85Полное форматирование
Проверка качества магнитного покрытия, в случае необходимости нечитаемые сектора
помечаются как плохие (bad)
Стирание информации с поверхности диска (запись некоторого
кода, например шестнадцатеричного FF)
Создание логической структуры диска (для системы FAT нулевой дорожки)
Слайд 86Мягкое форматирование
Проверка качества магнитного покрытия, в случае необходимости нечитаемые сектора
помечаются как плохие (bad)
Сохранение старой нулевой дорожки (для системы FAT)
Создание логической структуры диска (для системы FAT нулевой дорожки)
Слайд 87Быстрое форматирование
Сохранение старой нулевой дорожки (для системы FAT)
Создание логической
структуры диска (для системы FAT нулевой дорожки)
Слайд 88Организация винчестеров в RAID массивы
«RAID» (Redundant Arrays of Inexpensive Disks)
- избыточный массив независимых дисков.
Основные способы организации
Зеркалирование
Дуплекс
чередование
Слайд 92Накопители на оптических дисках
Типы накопителей
CD
DVD
Blu-Ray
Слайд 93Характеристика CD
Объем 650-700мб
Информация записывается лучом лазера. При этом изменяются оптические
свойства отражающего слоя
Не подвержен действию магнитных полей
Диски с однократной R
и многократной записью RW
Слайд 94Характеристика DVD
Объем 4,7-9-18 гб однослойные, двухслойные и двухсторонние)
Информация записывается
лучом лазера. При этом изменяются оптические свойства отражающего слоя
Не подвержен
действию магнитных полей
Диски с однократной R и многократной записью RW
Слайд 97Flash накопители
Построены на микросхемах аналогичных микросхемам на которых построен BIOS
Не
требуют питания
Компактны
Слайд 99Магнитооптические накопители
Имеют магнитный носитель информации
Чтение осуществляется аналогично чтению на магнитном
диске
При записи (стирании) информации записываемый участок памяти разогревается лучом лазера
до точки Кюри и намагничивается магнитной головкой как у магнитного диска
Слайд 100Точка Кюри
Точка Кюри – температура
Ферромагнетик намагниченный в точке Кюри
– может быть перемагничен только при повторном его разогреве до
точки Кюри
Слайд 101Стримеры
Последовательный метод доступа к данным
Медленные
Имеют значительные объемы памяти
Используются для
резервного хранения данных
