Технические средства компьютерных систем. Тема 2

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
2
Архитектура фон Неймана
Шевченко А. В.
Джон фон Нейман
1903 - 1957
Архитектура фон Неймана основывается на принципе совместного хранения данных и команд в памяти компьютера

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
3
Принципы архитектуры фон Неймана
Шевченко А. В.
Использование двоичной системы счисления для данных и команд
Программное управление (процессор исполняет команды из памяти)
Однородность памяти (команды и данные хранятся в одной памяти)
Адресуемость памяти (все ячейки имеют адрес и доступны процессору)
Последовательное выполнение команд (одна за другой)
Условный переход (возможность изменения последовательности команд)

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
4
Представление данных в двоичной системе счисления
Шевченко А. В.
…
1
1
1
1
1
1
1
0
20
21
22
23
24
25
26
1
2
3
4
5
6

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
5
Представление целых чисел
Шевченко А. В.
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
unsigned char
char
Знаковый разряд
(0 = +, 1 = -)
11111111 = 255 00000000 = 0
01111111 = 127
00000000 = 0
11111111 = -1 10000000 = -128
0
7

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
6
Представление чисел с плавающей точкой
Шевченко А. В.
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
float
Знаковый разряд
(0 = +, 1 = -)
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
15
31
16
порядок
мантисса
Число = (1+мантисса)*2(порядок-127)
мантисса
2-1
2-2
2-3

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
7
Центральная и периферийная части компьютера
Шевченко А. В.
Центральная часть
Периферийные устройства
Процессор
Оперативная
память
Устройства ввода-вывода
Диски
Ленты
...

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
8
Шины компьютера
Шевченко А. В.
Кэш L2
Централь-ный процессор
PCI-мост
Оперативная память
SCSI
USB
ISA-мост
Графический адаптер
Монитор
IDE-диск
Шина кэша
Локальная шина
Шина памяти
Шина PCI
Шина ISA
Шина SCSI
Модем
Звуковая карта
Принтер
Мышь
Клавиатура
Шина IDE
Шина USB

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
9
Архитектура процессора
Шевченко А. В.
Процессор
Регистр
Регистр
Регистр
Регистр
Программный счетчик
Указатель стека
АЛУ
Система команд
Разрядность
16 бит
32 бит
64 бит
CISC
RISC
CISC: Intel x86
RISC: Alpha, POWER, SPARC, PA-RISC, MIPS
EPIC: Intel Itanium
Ведущие производители: Intel, AMD, Motorola, IBM, HP, Sun

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
10
Команды процессора
Шевченко А. В.
Процессор PDP 11
CLR
INC
DEC
TST
очистка
инкремент
декремент
тестирование
MOV
CMP
ADD
SUB
пересылка
проверка
сложение
вычитание
BNE
BEQ
переход
переход
JMP
RTS
вызов
возврат
ROR
ROL
ASR
ASL
цикл. сдвиг
цикл. сдвиг
сдвиг
сдвиг

Оперативная память
Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
11
Процессор и память. Адресация. Адресное пространство
Шевченко А. В.
Процессор
Регистр
Регистр
Регистр
Регистр
PC - программный счетчик
SP - указатель стека
АЛУ
00000000
00000001
00000002
00000003
00000004
…
Адресное пространство:
16 бит = 64К, 32 бита = 4G
команды
данные

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
12
Многопроцессорные архитектуры
Шевченко А. В.
SMP (Symmetric Multiprocessing) - симметричная многопроцессорная архитектура
MMP (Massive Parallel Processing) - массивно-параллельная архитектура
ASMP (Assymmetric Multiprocessing) - ассимметричная многопроцессорная архитектура
NUMA (Non-Uniform Memory Architecture) - архитектура с неравномерным доступом к памяти
SISD
SIMD
MISD
MIMD

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
13
Периферийные устройства
Шевченко А. В.
Устройства хранения данных
Устройства взаимодействия с пользователем
Устройства ввода-вывода информации
Устройства передачи информации
Перфокарта
Перфолента
Жесткий диск
Гибкий диск
Оптический диск
Магнитная лента
Твердотельный накопитель
Дисплей
Клавиатура
Планшет
Мышь
Трекбол
Трекпойнт
Тачпад
Сенсорный экран
Световое перо
Принтер
Плоттер
Сканер
Сканер штрих-кода
Аудио
Видео
Модем
Сетевая карта

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
14
Устройства хранения данных
Шевченко А. В.
Перфокарта
Наиболее распространённым форматом перфокарт был «формат IBM», введённый в 1928 г. — 12 строк и 80 колонок, размер карты 187 × 83 мм. Подсчитано, что гигабайт информации, представленной в виде перфокарт, весил бы примерно 22 тонны.

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
15
Устройства хранения данных
Шевченко А. В.
Перфолента
Перфолента пришла в компьютерную технику из телеграфии, где использовалась с середины XIX в. 8-дорожечная перфолента представляла собой бумажную ленту шириной 25 мм, в которой пробивались круглые отверстия. В середине ленты шла транспортная дорожка с более мелкой перфорацией, служащая для перемещения ленты с помощью зубчатого колеса. Широко применялась в миникомпьютерах и станках ЧПУ до середины 80-х гг.

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
16
Устройства хранения данных
Шевченко А. В.
Жесткий диск (винчестер)
История развития:
1956 - первый жесткий диск.
1980 - 5,25-дюймовый диск 5 Мб.
1986 - стандарты SCSI и ATA(IDE).
1990 - емкость 320 Мб.
2000 - емкость 1 Гб.
2003 - стандарт SATA.
2007 - емкость 1 Тб.
2012 - емкость 4 Тб.
Ведущие производители: Quantum, Maxtor, Hitachi, Samsung, Seagate, Western Digital, Toshiba.

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
17
Устройства хранения данных
Шевченко А. В.
Гибкий диск
Гибкий диск (дискета) был впервые выпущен в 1971 г., их производство продолжалось до 2011 г. Гибкие диски получили широкое распространение с 1970- до 1990-х гг. как сменные носители информации. Гибкие диски имели размеры 8", 5.25", 3.5" (в хронологическом порядке) и позволяли хранить соответственно 256, 720 Кбайт и 1.44 Мбайт данных.

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
18
Устройства хранения данных
Шевченко А. В.
Оптический диск
Оптический диск это носитель информации, запись и считывание с которого осуществляется оптическим путем (лучом лазера). Оптические носители бывают однократной и многократной записи. Имеется много форматов оптических дисков, наиболее распространенными являются CD, емкостью 700 Мбайт, и DVD, емкостью 4.7 Гбайт.

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
19
Устройства хранения данных
Шевченко А. В.
Накопитель на магнитной ленте
Достоинства:
большая ёмкость; низкая стоимость и широкие условия хранения носителя; стабильность работы; надёжность; низкое энергопотребление у ленточной библиотеки большого объёма.
Недостатки:
низкая скорость произвольного доступа к данным; сравнительно высокая стоимость накопителя.
История развития:
1951 - первый ленточный накопитель.
1964 - 9-дорожечная лента.
1989 - цифровая кассета (DAT).
В настоящее время разрабатываются носители на 35 Тбайт.
Ведущие производители: IBM, HP
Ленточная библиотека на 70 петабайт.

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
20
Устройства хранения данных
Шевченко А. В.
Твердотельный накопитель (SSD)
На основе RAM памяти
(энергозависимой)
На основе Flash памяти
(энергонезависимой)
История развития:
1978 - первый RAM SSD накопитель.
1985 - первый Flush SSD накопитель.
2009 - накопитель емкостью 1 Тбайт.
Ведущие производители: Intel, Kingston, Samsung Electronics, SanDisk, Corsair, Renice, OCZ Technology, Crucial и ADATA.
Достоинства:
отсутствие подвижных частей; скорости чтения и записи зачастую вплотную приближаются к пропускной способности интерфейса (SATA III 6Гб/с); низкая потребляемая мощность; полное отсутствие шума; высокая механическая стойкость; широкий диапазон рабочих температур; стабильность времени считывания файлов; малые габариты и вес.
Недостатки:
ограниченное количество циклов перезаписи; высокая цена на единицу объёма.

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
21
Устройства взаимодействия с пользователем
Шевченко А. В.
Монитор
Ведущие производители: Acer, Apple Computer, ASUSTek, BenQ, CTX, Dell, Eizo, Hitachi, HP, iiyama, LG Electronics, NEC/Mitsubishi, Philips, Samsung, Sony, ViewSonic.
Алфавитно-цифровой
Векторный
Растровый
Параметры растровых мониторов:
* разрешение (в пикселах);
* глубина цвета (в битах).
Параметры алфавитно-цифровых мониторов:
* число знакомест (строк, столбцов);
* число символов знакогенератора.

Компьютерные, сетевые и информационные технологии
Тема 2. Технические средства компьютерных систем
22
Устройства ввода-вывода информации
Шевченко А. В.
Принтер, плоттер, сканер
Алфавитно-цифровой
Матричный
Растровый
Параметры растровых принтеров и сканеров:
* плотность в DPI (точек на дюйм);
* размер изображения;
* число цветов.
Ведущие производители: Brother, Canon, Epson, Hewlett-Packard, Konica Minolta, Kyocera, Lexmark, OKI, Panasonic, Ricoh, Samsung, TallyGenicom, Xerox.