Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера

Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера
Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера

Билет №1 Функциональная схема компьютера. Основные устройства компьютера, их назначение - страница №1/6


Билет №1
1. Функциональная схема компьютера. Основные устройства компьютера, их назначение и взаимосвязь.

Компьютер состоит из следующих основ­ных устройств:


1. Процессор является главным устройством компью­тера, в котором происходит обработка всех видов информации. Другой важной функцией процессо­ра является обеспечение согласованного действия всех узлов, входящих в состав компьютера.

Процессор способен выполнять небольшой набор универсальных инструкций, называемых машинными командами.

Работа компьютера состоит в вы­полнении последовательности таких команд (программы)
2. Память предназначена для хранения как дан­ных, так и программ их обработки

Под внутренней памятью компью­тера принято понимать быстродействующую электрон­ную память, расположенную на его системной плате.


Наиболее существенная часть внутренней памяти назы­вается оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Главное назначение состоит в том, чтобы хранить данные и программы для решаемых в текущий момент задач. При выключении питания содержимое ОЗУ полностью теряется.

Другая существенная часть внутренней памяти - постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в котором, в частности, хранится информация, необходи­мая для первоначальной загрузки компьютера в момент включения питания. Как очевидно из названия, инфор­мация в П3У не зависит от состояния компьютера.


Внешняя память. Сюда прежде всего следует отнести нако­пители на гибких и жестких магнитных дисках (послед­ние пользователи жаргонно именуют винчестерами), а также оптические дисководы (устройства для работы с CD-ROM). Вне­шняя память позволяет сохранить огромные объемы информации с целью последующего использования. Информация во внешней памяти предназначена для самого компьютера и поэтому хранится в удобной ему форме; человек без использо­вания машины не в состоянии, например, даже отда­ленно представить содержимое немаркированной дис­кеты или диска CD-ROM.
3. Устройства ввода-вывода. Служат для ввода информации в компьютер и вывода ее на экран или бумагу или в звуковые колонки или наушники (монитор, принтер, сканер, клавиатура, мышь и т.п.)
4. Шина Для связи основных устройств компьютера между со­бой используется специальная информационная магист­раль - шина. Шина состоит из трех частей:

• шина адреса, на которой устанавливается адрес требуемой ячейки памяти или устройства, с кото­рым будет происходить обмен информацией;

• шина данных, по которой будет пе­редана необходимая информация;

• шина управления, регулирующая этот процесс (например, один из сигналов на этой шине позво­ляет компьютеру различать между собой адреса памяти и устройств ввода/вывода).


Билет №2
Основные характеристики компьютера (разрядность, объем памяти, быстродействие, адресное пространство и др.)
1. Основные характеристики процессора:
Тактовая частота.

Любая операция процессора (машин­ная команда) состоит из отдельных элементарных действий — тактов. Для организации последовательного вы­полнения требуемых тактов друг за другом в компью­тере имеется специальный генератор импульсов, каждый из которых инициирует очередной такт машинной команды. Чем чаще следуют импульсы от генератора, тем быс­трее будет выполнена операция, состоящая из фиксиро­ванного числа тактов. Тактовая частота определяется количеством импульсов в секун­ду и измеряется в мегагерцах — т.е. миллионах импуль­сов за 1 секунду. На данный момент тактовая частота самых современных процессоров уже превышает 2000 МГц, т.е. 2 ГГц (2 гигагерца).

Если в одном из процессоров команда выпол­няется за 2 такта, а в другом — за 3, то при одинаковой частоте первый будет работать в полтора раза быстрее! Кроме того, не нужно забывать, что производи­тельность современной компьютерной системы определя­ется не только быстродействием отдельно взятого процес­сора, но и скоростями работы остальных узлов компью­тера и даже способами организации всей системы в целом: очевидно, что чрезмерно быстрый процессор будет вынуж­ден постоянно простаивать, ожидая, например, медленно работающую память; или другой пример — очень часто простое увеличение объема ОЗУ дает гораздо больший эффект, чем замена процессора на более быстрый.
Разрядность - число одно­временно обрабатываемых процессором битов. Для современных моделей она равна 32. Тем не менее все не так просто. Дело в том, что, помимо описанной "внутренней" разрядности про­цессора, существуют еще разрядность шины данных, которой он управляет, и разрядность шины адреса.

Эти характеристики далеко не всегда совпадают


Адресное пространство

Разрядность шины адреса R определяет максимальный объем памя­ти, который способен поддерживать процессор. Эту ха­рактеристику называют величиной адресного пространства, и она может быть вычислена по про­стой формуле 2R. Действительно, R двоичных разрядов позволяют получить именно такое количество неповто­ряющихся чисел, т.е. в данном случае адресов памяти.


2. Основные характеристики внутренней памяти
Объем

Минимальная порция информации, ко­торую современный компьютер способен записать в па­мять, составляет 8 бит, или 1 байт. Отсюда становится очевидным, что общий объем памяти должен измерять­ся в байтах или в производных от него единицах. Размер памяти персональных компьютеров стремительно возра­стает. Первые модели имели 16-разрядное адресное про­странство, следовательно, объем памяти 216 = 64 Кб. Сейчас вы вряд ли сможете приобрести новый компьютер с ОЗУ менее 32—64 Мб.


Быстродействие.

Этот параметр определяется временем выполнения опера­ций записи или считывания данных; он зависит от прин­ципа действия и технологии изготовления запоминаю­щих элементов.


Кэш-память. Название "кэш" происходит от английского сло­ва cache, которое обозначает тайник или замаскирован­ный склад (в частности, этим словом называют прови­ант, оставленный экспедицией для обратного пути, или запас продуктов, например, зерна или меда, который жи­вотные создают на зиму). "Секретность" кэша заключа­ется в том, что он невидим для пользователя и данные, хранящиеся там, недоступны для прикладного программ­ного обеспечения. Процессор использует кэш, помещая туда извлеченные им из ОЗУ данные и команды про­граммы и запоминая при этом в специальном каталоге адреса, откуда информация была извлечена. Если эти дан­ные потребуются повторно, то уже не надо будет терять времени на обращение к ОЗУ — их можно получить из кэш-памяти значительно быстрее. Поскольку объем кэша существенно меньше объема оперативной памяти, его кон­троллер (управляющая схема) тщательно следит за тем, какие данные следует сохранять в кэше, а какие заменять: удаляется та информация, которая используется реже или совсем не используется. Кэш­-память является очень эффективным средством повыше­ния производительности компьютера.
Билет №3
Формализация моделей. Привести пример формализации (например, преобразования описательной модели в математическую модель).
Будем понимать под моделью другой объект (реаль­ный, знаковый или воображаемый), отличный от ис­ходного, который обладает существенными для целей моделирования свойствами и в рамках этих целей пол­ностью заменяет исходный объект.
Моделирование — процесс построения формальной модели реального явления и ее использование в целях исследования моделируемого явления.

Когда модель сформулирована, выбирается метод и инструментальное средство ее исследования. В зависимо­сти от формализованной постановки задачи в качестве такого средства может выступать либо пакет прикладных программ (офисных — типа MS Excel, MS Access и др., специализированных математических — типа MathLab, Mathematica и др.), либо язык программирования (Паскаль, Си, Фортран, Бейсик и др.). В зависимости от выбран­ного средства можно использовать или готовый метод решения, реализованный в данном продукте, либо со­ставлять программу для выбранного метода.

Если в качестве средства решения задачи выступает тот или иной язык программирования (впрочем, это актуаль­но и для математических пакетов), следующий этап — разработка алгоритма и составление программы для ЭВМ. Здесь каждый действует по-своему, это творческий и трудно-формализуемый процесс. В настоящее время наиболее распространенными являются приемы структурного и объект­но-ориентированного программирования. Выбор языка программирования обычно определяется имеющимся опы­том программиста, наличием некоторых стандартных под­программ и доступных библиотек.

После составления программы решаем с ее помощью простейшую тестовую задачу (желательно с заранее изве­стным ответом) с целью устранения грубых ошибок. Про­фессиональное тестирование — весьма непростой процесс; в нашем случае приходится пользоваться крайне упрощен­ными процедурами. Затем следует собственно численный эксперимент и выясняется, соответствует ли модель реаль­ному объекту (процессу). Модель адекватна реальному процессу, если основные характеристики процесса, полу­ченные на ЭВМ, совпадают с экспериментальными с заданной степенью точности.

Если результаты соответствуют экспериментальным данным или нашим интуитивным представлениям, про­водят расчеты по программе, данные накапливаются и соответствующим образом обрабатываются. Чаще удоб­ной для восприятия формой представления результатов являются не таблицы значений, а графики, диаграммы. Иногда численные значения пытаются заменить анали­тически заданной функцией, вид которой определяет экспериментатор. Обработанные данные в конечном итоге попадают в отчет о проделанном эксперименте.

Рассмотрим пример решения содержательной задачи.


Как известно, герой знаменитого фильма "Небесный тихоход" майор Булочкин, упав с высоты 6000 м без парашюта, не только остался жив, но даже смог снова летать. Было бы интересно узнать, возможно ли такое на самом деле, или же подобное случается только в кино.

Эту задачу необходимо формализовать, записав ее в приемлемой форме: составить программу, позволяющую получить табличную зависимость от времени значений скорости тела, падающего под действием силы тяжести; учесть при решении задачи сопротивление воздуха. На­чальную скорость считать равной нулю.

Так как постановка задачи должна быть конкретизи­рованной, примем соглашение, каким образом падает человек. Этот летчик является опытным и скорее всего совершал раньше прыжки с парашютом, поэтому он падает не "солдатиком", а лицом вниз, "лежа , раски­нув руки в стороны.

Расчетные формулы в данном случае получаются на основе второго закона Ньютона и в общем виде выглядят так:

.

Пусть т = 80 (масса майора), кг в нашем случае приблизительно равно (из справочников) 0,55.

Вопрос, который будет обсуждаться, таков: каков ха­рактер изменения скорости и перемещения со време­нем, если все параметры заданы?

Из со­ображений здравого смысла ясно, что при наличии со­противления, растущего со скоростью, в какой-то мо­мент сила сопротивления сравняется с силой тяжести, после чего скорость больше возрастать не будет (если летчик до того не приземлится).

Приведем решение в табличном процес­соре MS Excel. Ниже представлен фрагмент таблицы в режиме отображения формул:
Табличный процессор позволяет результаты расче­тов представить в виде графиков, что зачастую гораздо более информативно, нежели таблицы, заполненные числами.

А теперь ответим на вопрос, поставленный в зада­че. Известен такой факт: один из американских кас­кадеров совершил прыжок в воду с высоты 75 м (Брук­линский мост), и скорость приводнения была 33 м/с. Сравнение этой величины с получившейся в наших расчетах конечной, скоростью 37.7 м/с позволяет считать описанный п кинофильме эпизод вполне реа­листичным.

Таким образом, на практике компьютерное модели­рование процессов и явлений позволяет получить реше­ние большого класса содержательных практических за­дач, решение которых традиционными способами невозможно или дорогостояще.


Билет №4
Внешняя память компьютера. Носители информации (гибкие и жесткие диски, CD, DVD и др.)
Внешняя (долговременная) память — это место дли­тельного хранения данных (программ, результатов рас­четов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память в отличие от оперативной является энергонезависимой. Носители внешней памяти, кроме того, обеспечивают транспортировку данных в тех случаях, когда компьюте­ры не объединены в сети (локальные или глобальные).

Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения — но­сителя.

В связи с ви­дом и техническим исполнением носителя информации различают электронные, дисковые и ленточные устройства.
ВИДЫ НАКОПИТЕЛЕЙ:


  • гибкие магнитные диски (Floppy Disk) (диаметром 3,5" и емкостью 1,44 Мб; диаметром 5,25" и емкостью 1,2 Мб (в настоящее время устарели и практически не используются; выпуск накопителей, предназначенных для дисков диаметром 5,25", тоже прекращен)), диски для сменных носителей;

  • жесткие магнитные диски (Hard Disk);

  • кассеты для стримеров и других НМЛ (накопителей на магнитной ленте);

  • диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.

  • Flash-накопители.

Основные характеристики накопителей и носителей:



  • информационная емкость;

  • скорость обмена информацией;

  • надежность хранения информации;

  • стоимость.

Принцип работы магнитных запоминающих устройств основан на способах хранения информации с использова­нием магнитных свойств материалов. Магнит­ные запоминающие устройства состоят из уст­ройств чтения/записи информации и магнитного носите­ля, на который осуществляется запись и с которого считывается информация.

Дисковые носители, как правило, намагничи­ваются вдоль концентрических полей — дорожек, располо­женных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагни­чивание достигается за счет создания переменного магнит­ного поля при помощи головок чтения/записи. Головки пред­ставляют собой два или более магнитных управляемых кон­тура с сердечниками, на обмотки которых подается пере­менное напряжение. Изменение величины напряжения вы­зывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и при намагничивании носителя означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.

Дисковые устройства делят на гибкие (Floppy Disk) и жесткие (Hard Disk) накопители и носители. Основным свойством дисковых магнитных устройств является запись информации на носитель на концентрические замкнутые дорожки с использованием физического и логического цифрового кодирования информации. Плоский дисковый носитель вращается в процессе чтения/записи, чем и обес­печивается обслуживание всей концентрической дорож­ки, чтение и запись осуществляются при помощи маг­нитных головок чтения/записи, которые позиционируют по радиусу носителя с одной дорожки на другую.

Для операционной системы данные на дисках органи­зованы в дорожки и секторы. Дорожки (40 или 80) пред­ставляют собой узкие концентрические кольца на диске. Каждая дорожка разделена на части, называемые секто­рами. При чтении или записи устройство всегда считыва­ет или записывает целое число секторов независимо от объема запрашиваемой информации. Размер сектора на' дискете равен 512 байтам. Цилиндр — это общее коли­чество дорожек, с которых можно считать информацию, не перемещая головок. Поскольку гибкий диск имеет только две стороны, а дисковод для гибких дисков — только две головки, в гибком диске на один цилиндр при­ходится две дорожки. В жестком диске может быть мно­го дисковых пластин, каждая из которых имеет две (или больше) головки, поэтому одному цилиндру соответству­ет множество дорожек. Кластер (или ячейка размеще­ния данных) — наименьшая область диска, которую опе­рационная система использует при записи файла. Обыч­но кластер — один или несколько секторов.

Перед использованием дискета должна быть форма­тирована, т.е. должна быть создана ее логическая и фи­зическая структура.


Накопители на жестких дисках объединяют в одном корпусе носитель (носители) и устройство чтения/ записи, а также нередко и интерфейсную часть, назы­ваемую контроллером жесткого диска. Типичной конструкцией жесткого диска является исполнение в виде одного устройства — камеры, внутри которой находит­ся один или более дисковых носителей, помещенных на одну ось, и блок головок чтения/записи с: их общим приводящим механизмом. Обычно рядом с камерой носителей и головок располагаются схемы управления головками, дисками и часто интерфейсная часть и (или) контроллер. На интерфейсной карте устройства распо­лагается собственно интерфейс дискового устройства, а контроллер с его интерфейсом располагается на самом устройстве. С интерфейсным адаптером схемы накопи­теля соединяются при помощи комплекта шлейфов.

Принцип функционирования жестких дисков анало­гичен этому принципу для ГМД.


Основные физические и логические параметры ЖД

  • Диаметр дисков. Наиболее распространены накопи­тели с диаметром дисков 2,2, 2,3, 3,14 и 5,25 дюйма.

  • Число поверхностей — определяет количество фи­зических дисков, нанизанных на ось.

  • Число цилиндров — определяет, сколько дорожек будет располагаться на одной поверхности.

  • Число секторов — общее число секторов на всех дорожках всех поверхностей накопителя.

  • Число секторов на дорожке — общее число секто­ров на одной дорожке. Для современных накопи­телей показатель условный, так как они имеют не­равное число секторов на внешних и внутренних дорожках, скрытое от системы и пользователя ин­терфейсом устройства.

  • Время перехода от одной дорожки к другой обычно составляет от 3,5 до 5 миллисекунд, а у самых быст­рых моделей может быть от 0,6 до 1 миллисекун­ды. Этот показатель является одним из определя­ющих быстродействие накопителя, так как имен­но переход с дорожки на дорожку является самым длительным процессом в серии процессов произ­вольного чтения/записи на дисковом устройстве.

  • Время установки или время поиска — время, зат­рачиваемое устройством на перемещение головок чтения/записи к нужному цилиндру из произволь­ного положения.

  • Скорость передачи данных, называемая также пропускной способностью, определяет скорость, с которой данные считываются или записываются на диск после того, как головки займут необходи­мое положение. Измеряется в мегабайтах в секунду (Мб/с) или мегабитах в секунду (Мбит/с) и явля-

  • ' ется характеристикой контроллера и интерфейса. В настоящее время используются в основном жест­кие диски емкостью от 4 Г6 до 200 Гб.

Кроме НГМД и НЖМД, довольно часто используют смен­ные носители. Довольно популярным накопителем является Zip. Эти накопители могут хранить 100 или 250 Мб данных на картриджах, напоминающих дискету формата 3,5", обес­печивают время доступа, равное 29 мс, и скорость передачи данных до 1 Мб/с. Если устройство подключается к систе­ме через параллельный порт, то скорость передачи данных ограничена скоростью параллельного порта.

К типу накопителей на сменных жестких дисках от­носится накопитель Jaz. Емкость используемого карт­риджа — 1 или 2 Гб. Недостаток — высокая стоимость картриджа. Основное применение — резервное копи­рование данных.

В накопителях на магнитных лентах (чаще всего в ка­честве таких устройств выступают стримеры) запись производится на мини-кассеты. Емкость таких кассет — от 40 Мб до 13 Гб, скорость передачи данных — от 2 до 9 Мб/мин., длина ленты — от 63,5 до 230 м, количество дорожек — от 20 до 144.

CD-ROM — это оптический носитель информации, предназначенный только для чтения, на котором может храниться до 650 Мб данных. Доступ к данным на CD-ROM осуществляется быстрее, чем к данным на диске­тах, но медленнее, чем на жестких дисках.

Компакт-диск диаметром 120 мм (около 4,75") из­готовлен из полимера и покрыт металлической пленкой. Информация считывается именно с этой металлической пленки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. CD-ROM является односторон­ним носителем информации.

Считывание информации с диска происходит за счет ре­гистрации изменений интенсивности отраженного от алю­миниевого слоя излучения маломощного лазера. Приемник или фотодатчик определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности, был рассеян или поглощен. Рассеивание или поглощение луча происходит в местах, где в процессе запи­си были нанесены углубления. Фотодатчик воспринимает рассеянный луч, и эта информация в виде электрических сигналов поступает на микропроцессор, который преобра­зует эти сигналы в двоичные данные или звук.

Скорость считывания информации с CD-ROM срав­нивают со скоростью считывания информации с музы­кального диска (150 Кб/с), которую принимают за еди­ницу. На сегодняшний день наиболее распространен­ными являются 52-скоростные накопители CD-ROM (скорость считывания — 7500 Кб/с).

Накопители CD-R (CD-Recordable) позволяют запи­сывать собственные компакт-диски.

Более популярными являются накопители CD-RW, которые позволяют записывать и перезаписывать диски CD-RW, записывать диски CD-R, читать диски CD-ROM, т.е. являются в определенном смысле универсальными.

Аббревиатура DVD расшифровывается как Digital Versatile Disk, т.е. универсальный цифровой диск. Имея те же га­бариты, что обычный компакт-диск, и весьма похожий принцип работы, он вмещает чрезвычайно много инфор­мации — от 4,7 до 17 Гб. Возможно, именно из-за большой емкости он и называется универсальным. Правда, на сегод­ня реально применяется DVD-диск лишь в двух областях: для хранения видеофильмов (DVD-Video или просто DVD) и сверхбольших баз данных (DVD-ROM, DVD-R).

Разброс емкостей возникает так: в отличие от CD-ROM диски DVD записываются с обеих сторон. Более того, с каждой стороны могут быть нанесены один или два слоя информации. Таким образом, односторонние однослой­ные диски имеют объем 4,7 Гб (их часто называют DVD-5, т.е. диски емкостью около 5 Гб), двусторонние однослойные — 9,4 Гб (DVD-10), односторонние двух­слойные — 8,5 Гб (DVD-9), а двусторонние двухслой­ные _ 17 Гб (DVD-18). В зависимости от объема требу­ющих хранения данных и выбирается тип DVD-диска. Если речь идет о фильмах, то на двусторонних дисках часто хранят две версии одной картины — одна широкоэкран­ная, вторая в классическом телевизионном формате.

Таким образом, здесь приведен обзор основных уст­ройств внешней памяти с указанием их характеристик.

В последнее время получает распространение новый вид накопителей – Flash-память. Такие накопители легко подключаются к к компьютеру во время работы, не имеют вращающихся дисков, обладают малыми размерами и имеют емкость в несколько сотен Мб.


следующая страница >>
Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера Читать новость Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера фото. Поделитесь новостью Основные компоненты общей функциональной схемы компьютера с друзьями!

Похожие статьи:




Как сделать чтобы не отключался экран ноутбука при закрытии крышки




Как сделать мужчине очень приятно оральными ласками




Поздравления на день рождения женщине на 35 лет на татарском




Как сделать запрос на предприятие о зарплате для начисления пенсии




До скольки лет выдают новогодние подарки детям на работе