--PAGE_BREAK--1.2 Компьютерные системы
Широкое внедрение персональных компьютеров привело к необходимости обмена информацией, обрабатываемой на разных компьютерах. Как перенести большой объем информации с одного компьютера на другой? Как распечатать информацию, если всего один принтер? Как предоставить всем компьютерам выход в Интернет? Эти и многие другие проблемы решают компьютерные сети.
Компьютерная сеть— это соединение двух или более компьютеров для решения следующих задач:
· обмен информацией;
· общее использование программного обеспечения;
· общее использование оборудования (принтеры, модемы, диски т.п.).
Соединение, как правило, создается с помощью кабеля, но существуют и другие, более сложные средства.
В рамках одного учреждения довольно практично использовать кабельное соединение. Преобразование информации для передачи по кабелю осуществляют устройства, встраиваемые в компьютер — сетевые адаптеры. Такие местные сети получили название локальные сети. А если нам нужно соединить нашу локальную сеть с другой локальной сетью, то как протянуть кабель для подключения к сети, расположенной достаточно удаленно от данной, например, в другом здании или другом городе?
Для этого используют уже существующие кабельные соединения, такие как телефонные линии. Вопросами перекодировки информации для прохождения по телефонным линиям, занимаются специальные устройства, подключаемые к компьютеру — модемы. Можно использовать и другие способы соединения, например, радиосвязь. Устройства преобразования в этом случае будут другими. Удаленные локальные сети, объединяются друг с другом, создавая глобальные сети. Примером глобальной сети является сеть Интернет.
1.3. Предпосылки появления компьютера
Компьютер – электронный прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки и транспортировки данных.
Определяющий признак – электронный прибор.
Независимо от принципа действия все виды часов обладают способностью генерировать через равные промежутки времени перемещения или сигналы и регистрировать возникающие при этом изменения, т. е. выполнять автоматическое суммирование сигналов или перемещений. В основе любого современного персонального компьютера лежит текстовый генератор, вырабатывающий через равные интервалы времени электрические сигналы, которые используются для приведения в действие все устройств компьютерной системы. Фактически управление компьютером сводится к управлению распределением сигналов между устройствами. Существует несколько механических предпосылок, ряд механических калькуляторов, способных выполнять +, -, /, *.
Язык программирования — Ада (перфокарты).
Математические первоисточники персональных компьютеров:
— двоичная система Лейбница – возможность представления любых чисел двоичными цифрами 0 и 1. В электронных и электрических устройствах речь идет о регистрации состояний элементов устройства. Таких устойчивых и различимых состояний всего два:
— вкл.; — заряжен;
— выкл.; — разряжен.
Поэтому традиционная десятичная система не удобна для вычислений электронных устройств. Система двоичного кодирования основана на представлении данных последовательностью всего двух цифр 0 и 1.
Бит – минимально возможная двоичная единица информации, принимающая одно из двух возможных значений (0 и 1).
0 – истина, вкл., белое. 1 – ложь, выкл., черное.
1 бит – 2 понятия, 2 бита – 4 понятия, 3 бита – 8 понятий, 4 бит – 16 понятий, 5 бит – 32 понятия. Nбит – 2n, где N – количество независимых кодированных значений, n– количество бит (разрядность двоичного кодирования).
— логика Джорджа Буля.
Основное назначение булевой алгебры в том, чтобы кодировать логические высказывания и сводить структуры логических умозаключений к простым выражениям, близким по форме к математическим формулам. Результатом формального расчета логического выражения является одно из двух значений – истина или ложь.
При создании ЭВМ использованы 4 основные логические операции:
— пересечение («и»);
— объединение («или»);
— обращение, исключение («не»);
— исключающее («или», «не или»).
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭВМ 2.1. Что такое архитектура и структура компьютера?
При рассмотрении компьютерных устройств принято различать их архитектуру и структуру.
Наиболее распространены следующие архитектурные решения.
· Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа (рис. 2.1). Это однопроцессорный компьютер. К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.
Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры— устройства управления периферийными устройствами.
· Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи. Структура такой машины, имеющей общую оперативную память и несколько процессоров, представлена на рис. 2.3.
Рис. 2.1. Архитектура многопроцессорного компьютера
· Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.
Преимущество в быстродействии многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными очевидно.
· Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе — то есть по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных. Структура таких компьютеров представлена на рис. 2.4.
Рис. 2.2. Архитектура с параллельным процессором
В современных машинах часто присутствуют элементы различных типов архитектурных решений. Существуют и такие архитектурные решения, которые радикально отличаются от рассмотренных выше.
Большинство современных компьютеров являются IBM PS – совместимыми персональными компьютерами – подразумевается, что они совместимы с компьютером IBM PS, разработанным в 1981 г. фирмой IBM.
Совместимость – возможность исполнения на любой модели совместимого компьютера любой программы, записанной для этого вида компьютера (программная совместимость) и возможность независимого подключения к различным компьютерам различных внешних устройств (аппаратная совместимость). В основе совместимости компьютеров лежит принцип открытой архитектуры – возможность сборки компьютера из независимо изготовленных частей.
Наиболее распространенные компьютеры других типов:
— мэйнфрэймы – большие ЭВМ – используются для обработки больших объемов информации, исключительно надежны, обладают высоким быстродействием. Используются в больших корпорациях, банках…
— супер-ЭВМ – компьютер, предназначенный для выполнения объемных вычислений. Используется в научных, военных целях, геологии, метеорологии.
— мини-ЭВМ – компьютеры, использующиеся для тех задач, где не достаточно ПК и для централизованного хранения и обработки данных. Используется в крупных фирмах, учебных заведениях и др.
— рабочие станции – младшие модели мини – ЭВМ, предназначены для работы с одним пользователем. Очень высокая производительность.
— компьютеры типа Макинтош – один из видов ПК, несовместимых с IBM PC.
— переносные и карманные компьютеры: ноутбуки, лэптопы.
Поколение ПК.
1. 1946 – 1947 – ламповые.
2. 1955 – на полупроводниковых приборах.
3. 1965 – на интегральных схемах.
4. 1980 – сверхбольшие интегральные схемы.
Классическая модель цифровой ЭВМ.
В конце 1940 гг. Джоном Фоннейманом разработана классическая модель цифровой ЭВМ. Согласно модели Фоннеймана в состав ЭВМ входят 3 устройства:
— арифметическое устройство (АУ);
— устройство управления (УУ);
— запоминающее устройство (ЗУ).
Кроме того, в состав машины входят внешние устройства, через которые в память вводится исходная информация, и выводятся результаты вычислений, а также пульт управлений для начального запуска машины, контроля хода вычислений и при необходимости остановки вычислений.
Модель Фоннеймана.
ЗУ состоит из ряда ячеек (регистры), в каждой из которых может храниться одно машинное слово. УУ посылает ЗУ сигнал для чтения инструкций по заданному адресу и принимает ее в свой регистр. УУ вырабатывает управляющие сигналы для ЗУ и АУ.
продолжение
--PAGE_BREAK--