Понятие сетей и систем. Аппаратное обеспечение современных вычислительных машин

Вопросы лекции:
Понятия сетей и вычислител.систем
Системный блок и его содержимое
Периферийные устройства
Основное сетевое оборудование

1. Вопрос лекции:
Понятия сетей и систем

● Коммуникационная сеть — система, состоящая из объектов, называемых пунктами (узлами) сети, осуществляющих функции генерации, преобразования, хранения и потребления продукта и линий передачи (связей, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу продукта между пунктами (производные сети - телекоммуникационные).
Физические сети
Логические сети
● Информационная сеть — коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является Информация ( телефонные, телевизионные, радиовещательные, вычислительные...)
● Вычислительная (компьютерная) сеть — информационная сеть, в состав которой входит вычислительное оборудование – вычисл.узлы (производные – РС, ИРС).
– Компоненты ВС — компьютеры, периферийные устройства, сетевое оборудование (активное и пассивное) и среда передачи (каналы связи).

● Локальная вычислительная сеть (ЛВС) — объединяет узлы, расположенные на относительно небольшом расстоянии (обычно в пределах помещения и/или этажа здания);
– количество узлов редко превышает несколько десятков.
● Глобальная вычислительная сеть — объединяет множество локальных сетей и сотни тысяч — миллионы разнотипных ЭВМ по всему миру.
- Интернет
● Корпоративная вычислительная сеть (Canvas) — локальная вычислительная сеть (крупной) организации, работающая на протоколах Интернет (стек TCP/IP) и использующая сервисы Интернет. При непосредственном подключении к глобальной сети — еще и телекоммуникационную среду Интернета.

Сеть – соединение компьютерных средств с целью передачи и обработки данных.
Узел сети – компьютер, маршрутизатор, терминал, банкомат и др.
Преимущества сетей в обобщенном понимании:
1. Позволяет объединять территориально распределенные средства.
2. Общий доступ к данным.
3. Резервирование данных.
4. Возможность создания гибкой рабочей среды.
Мы будем рассматривать сети 1-го - 3-го типа, в последнее время разница сохраняется.

Узел (host) — подключенное устройство, идентифицируемое
собственным адресом
– локальный хост (local)
– удаленный хост (remote)
Сетевое взаимодействие — процесс установления связи, передачи, обработки, приема информации и завершения соединения между узлами информационной сети.
– Регламентируется сетевыми протоколами.
Сетевой протокол — это набор синтаксических и семантических правил и согласований, определяющих порядок взаимодействия между узлами.
Сетевой протокол описывает методы и средства представления информации и ее интерпретации, используемой всеми участниками информационного обмена
======================================
Системы – Автоматические и Автоматизированные

Условная классификация ВМ
(компьютеров , узлов сети)

Задачи сверхбыстрых ВС (не ВМ!):
Математические расчёты, лежащие в основе реализации математических моделей многих процессов (погода, миграции, ядерные взрывы).
Поиск информации в гигантских базах данных, достигающих по объёму хранимой информации нескольких миллионов терабайт.
Моделирование интеллекта и др.

Направления развития архитектуры ВМ и ВС определяются
требованиями большей эффективности и скорости обработки информации (быстродействие);
появлением новых технических возможностей.

Единицы измерения
быстродействия ВМ и ВС:
МИПС – миллион операций над числами с фиксированной запятой;
МФЛОПС – миллион операций над числами с плавающей запятой;
ГФЛОПС – миллиард операций над числами с плавающей запятой.

распараллеливание вычислений (более 18 методов) – процессы обработки данных, в которых одновременно могут выполняться несколько машинных операций;
принципиально новые архитектуры, отличные от архитектуры фон Неймана.
многопроцессорные вычислительные комплексы
Реализации:

Распределённые вычисления
- способ реализации параллельных вычислений путём использования множества компьютеров, объединённых в сеть.
мультикомпьютерные системы

Кластеры
несколько компьютеров, связанных в локальную сеть и объединённых специальным программным обеспечением, реализующим параллельный вычислительный процесс (прим. SETI, Росреестр, ЦОД).
многомашинные вычислительные комплексы

Вопросы для теста:
Для каких классов задач нужны сверхпроизводительные вычислительные системы?
Что такое параллельные вычисления?
Что такое распределённые вычисления?
Чем отличаются мультикомпьютерные системы от мультипроцессорных?

2. Вопрос лекции:
Системный блок и его содержимое

Аппара́тное обеспе́чение, аппаратные средства, компьютерные комплектующие, «железо» (англ. hardware) — электронные и механические части (компоненты), входящие в состав вычислительного устройства, исключая программное обеспечение и данные.

Персональный компьютер

Устройство ВМ – ПК (АРМ)

Системный блок
- основная часть персонального компьютера в виде шасси, наполняемого аппаратным обеспечением

Материнская плата
- печатная плата (схема) для сопряжения всех комплектующих ПК

Северный и южный мост на материнской плате

Центральный процессор
ЦП; также центра́льное проце́ссорное устро́йство — ЦПУ; англ. central processing unit, CPU) - электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера
Характеристики ЦПУ:
- Разрядность (16, 32, 64, 86, 128, 256) – количество обработанной информации за единицу времени;
- Тактовая частота (МГЦ) – количество операций в секунду;
- Производительность (флопс) - это скорость выполнения определённых операций на компьютере;
Архитектура - внутреннее устройство схемы и расположение её элементов;
Количество ядер (2>) – количество внутренних схем процессора, реализующих параллельные задачи;
Кэш-память - небольшой набор ячеек памяти, выполняющих роль буфера (оперативной памяти) – L1, L2, L3…
- Контроллер памяти
Разъём ЦПУ (Socket) – гнездовой, щелевой и др.
Энергопотребление рабочая температура ЦПУ, защита от перегрева
Нормы литографического процесса (22 нм -> 14 yv)
Интерфейс QuickPath (QPI) - кэш-когерентная шина типа точка-точка для соединения между процессорами и внутри процессора для связи ядер

Оперативная память
От англ. Random Access Memory, RAM, память с произвольным доступом) или операти́вное запомина́ющее устро́йство (ОЗУ) - энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код (программы), а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором.
Типы ОЗУ:
- статическое (SRAM); память в виде массивов триггеров;
- динамическое (DRAM); память в виде массивов конденсаторов;
Основные характеристики:
- тактовая частота (МГц) - скорость обмена информацией с процессором
- объём оперативной памяти (Гб) ;

Динамическая память DRAM
Динамическая память с произвольным доступом (DRAM, Dynamic random access memory) — тип энергозависимой полупроводниковой памяти с произвольным доступом.
DRAM широко используемая в качестве оперативной памяти современных компьютеров, а также в качестве постоянного хранилища информации в системах, требовательных к задержкам.

Конструктивные исполнения
памяти DRAM
Память типа DRAM конструктивно выполняют и в виде отдельных микросхем:
в корпусах типа DIP, SOIC и BGA
в виде модулей типа SIPP, SIMM, DIMM (SO-DIMM) и RIMM.
SIPP
SIММ
DIMM
RIMM

BIOS
англ. basic input/output system, базовая система ввода-вывода» (БСВВ) - набор микропрограмм, реализующих API для работы с аппаратурой компьютера и подключёнными к нему устройствами, хранящихся в ПЗУ.
Назначение BIOS:
- проверка работоспособности оборудования;
- загрузка операционной системы (ОС);
- предоставление API для работы с оборудованием;
- настройка оборудования.

Этапы работы BIOS
Включение питания системы.
Загрузка программы BIOS-а в ЦПУ.
инициализация аппаратых компонентов BIOS-ом.
Тестирование оборудования (POST).
Загрузка
BIOS-ом кода загрузчика.
Передача управления загрузчику.

Шина
англ. computer bus - подсистема, служащая для передачи данных между функциональными блоками компьютера.

Компьютерная шина
В устройстве Компьютерной шины можно различить механический, электрический (физический) и логический (управляющий) уровни.

Блок питания
- источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электроэнергией постоянного тока путём преобразования сетевого напряжения до требуемых значений
Входное напряжение:
220В
Выходное напряжение:
±5 / ±12 / +3,3 V

Форм-факторы
БП:
Классификация БП по их применению:

Система охлаждения
- набор средств для отвода тепла от нагревающихся в процессе работы компьютерных компонентов
По способу утилизации тепла:
1) В атмосферу (радиаторные системы охлаждения):
- Пассивное охлаждение (отвод тепла от радиатора осуществляется излучением тепла и естественной конвекцией)
- Активное охлаждение (отвод тепла от радиатора осуществляется излучением тепла и принудительной конвекцией
2) Вместе с теплоносителем (системы жидкостного охлаждения)
3) За счет фазового перехода теплоносителя (системы открытого испарения)
По способу отвода тепла:
1) Системы воздушного (аэрогенного) охлаждения
2) Системы жидкостного охлаждения
3) Фреоновая установка
4) Системы открытого испарения

Запоминающее устройство
- устройство, предназначенное для записи и хранения данных
По форме записанной информации:
- аналоговые;
- цифровые.

Типы запоминающих устройств
По устойчивости записи и возможности перезаписи:
постоянные (ПЗУ);
записываемые (ППЗУ);
многократно перезаписываемые (ПППЗУ);
Оперативные (ОЗУ).
По энергозависимости:
энергозависимые;
энергонезависимые: статические и динамические.
По типу доступа:
с последовательным доступом;
с произвольным;
с прямым;
с ассоциативным.

Типы запоминающих устройств
Современные запоминающие устройства:
Магнитные ЗУ – на магнитных носителях (ленты, FDD, блины НЖМД), на пластиковых картах (СКУД) и ключах-таблетках
Флеш-память: USB-накопители, карты памяти (в телефонах, фотоаппаратах и др.), SSD
Оптические диски: CD, DVD, Blu-Ray и др.
Жёсткие диски (НЖМД)
Микросхемы SDRAM (DDR SDRAM и др.)

Твердотельный накопитель
(англ. solid-state drive, SSD) - компьютерное немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти

Видеокарта
- специализированное устройство, являющиеся главным компонентом формирования видеоизображения
Основные компоненты:
Графический процессор;
Видеоконтроллер;
Видео-ОЗУ;
Видео-ПЗУ;
Цифро-аналоговый преобразователь;
Интерфейс.
Характеристики:
Объем памяти (Гб);
Частота (ГГц);
Пиксельная скорость (млн. п./с).

Звуковая карта
- дополнительное оборудование ПК, позволяющее обрабатывать звуковые сигналы

3. Вопрос лекции:
Периферийные устройства

Устройства ввода

Устройства ввода
Оборудование, предназначенное для занесения данных или сигналов в компьютер.
Устройства ввода подразделяются на следующие категории:
- устройства ввода графической, звуковой и видео информации;
- механические устройства ввода;
- непрерывные устройства ввода;
- устройства ввода для пространственного использования;

Устройство ввода текстовой информации
Клавиатура

Раскладка клавиатуры
Соответствие типографических символов (букв, цифр, знаков препинания и т. д.) письменного языка клавишам клавиатуры компьютера.

Типы клавиатур
- Мембранная;
- Купольная;
- Резиновая;
- Резиномембранная;
- Ёмкостная;
- Механическая;
- Проекционная;
- Оптическая (фотоэлектрическая);
- Виртуальная.

Устройства ввода графической информации
- сканер;
- видео- и веб-камера;
- цифровой фотоаппарат;
плата видеозахвата.

Сканер
Устройство, выполняющее считывание расположенного на плоском носителе (чаще всего бумаге) изображения для передачи информации на расстояние или для преобразования его в цифровой формат.

Типы сканеров
Сканер изображений:
- Ручной;
- Рулонный;
- Планшетный;
- Проекционный;
- Штрих-кода;
-Кинопленки;

Типы сканеров
- 3D – сканер:
- контактный;
- бесконтактный:
- активный;
- пассивный.
- Биометрический.

Устройства ввода
звуковой информации
Микрофон;
Диктофон.

Указательные (координатные) устройства ввода
Устройство для управления курсором и отдачи различных команд компьютеру (манипуляторы).
Виды манипуляторов:
компьютерная мышь;
трекбол;
тачпад;
световое перо;
графический планшет;
сенсорный экран или тачскрин;
джойстик;
устройства, основанные на компьютерном зрении, типа Kinect.

Манипуляторы

Устройства вывода

Устройства вывода
Периферийные устройства, преобразующие результаты обработки цифровых машинных кодов в форму, удобную для восприятия человеком или пригодную для воздействия на исполнительные органы объекта управления.
- Устройства для вывода графической информации;
- Устройства для вывода звуковой информации;
- Устройства для вывода прочей информации.

Устройства вывода графической информации
- Монитор (дисплей);
Принтер;
Графопостроитель (плоттер);
Проектор.

Монитор
Устройство, предназначенное для воспроизведения видеосигнала и визуального отображения информации, полученной от компьютера.
Состоит из:
- Экран (дисплей);
Блок питания;
Платы управления;
Корпус.

Основные характеристики:
Соотношение сторон экрана — стандартный (4:3), широкоформатный (16:9, 16:10) или другое соотношение (например, 5:4).
Размер экрана — определяется длиной диагонали, чаще всего в дюймах.
Разрешение — число пикселей по горизонтали и вертикали.
Глубина цвета — количество бит на кодирование одного пикселя (от монохромного до 32-битного).
Размер зерна или пикселя.
Частота обновления экрана (Гц).
Время отклика пикселей (не для всех типов мониторов).
Угол обзора.

Виды мониторов
По типу экрана (дисплея):
ЭЛТ;
ЖК;
Плазменный;
LED-монитор;
OLED-монитор;
Виртуальный ретинальный монитор;
Лазерный;

Проектор
Мультимедийные (цифровые: жидкокристаллические – LCD, DLP, LCOS; пико-проекторы; 3D - проекторы);
- Лазерные проекторы;
- устройство, предназначенное для преобразования сигнала в действительное изображение большого масштаба.

Основные характеристики
разрешение матрицы и ее физический формат (4:3, 16:9, 16:10 и т.д.);
технология, по которой проектор изготовлен;
световой поток (яркость);
наличие \ отсутствие сетевых интерфейсов;
вес.

Принтер
Внешнее периферийное устройство компьютера, предназначенное для вывода текстовой или графической информации, хранящейся в компьютере, на твёрдый физический носитель, обычно бумагу или полимерную плёнку, малыми тиражами (от единиц до сотен) без создания печатной формы.
Основные характеристики:
- Разрешающая способность (dpi);
- Скорость передачи (л/мин.).

Типы принтеров
Матричные;
Струйные;
Лазерные;
Плоттеры;
3D-принтеры.
- устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до A0

4. Вопрос :
Основное сетевое оборудование

Основное сетевое оборудование

Сетевые устройства
Устройства, необходимые для работы компьютерной сети.
Выделяют:
Активные (сетевые платы, коммутаторы, маршрутизаторы, мультиплексоры, патч-панели, концентраторы, репитеры и др.);
Пассивные (кабельные системы, стойки, шкафы и др.);

Сетевая плата
- дополнительное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами (компьютерами) в сети
Типы:
Внутренняя; Внешняя; Встраиваемая.
Проводная; Беспроводная; Комбиниров.
Одноинтерфейсная; Многоинтерфейсная.