Архитектуре ЭВМ

Архитектура



1 Понятие архитектуры ЭВМ. Принципы фон Неймана

Архитектурой ПК называется его описание на некотором общем уровне включающее описание пользовательских возможностей программирования систем команд систем адресации организации памяти Архитектура определяет принцип действия, информационные связи взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора; оперативного ЗУ, Внешних ЗУ и периферийных устройств.

Классические принципы построения архитектуры ЭВМ были предложены в 1946 году и известны как принципы фон Неймана". 

Они таковы: 

Использование двоичной системы представления данных

Авторы убедительно продемонстрировали преимущества двоичной системы для технической реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и логических операций. ЭВМ стали обрабатывать и нечисловые виды информации - текстовую, графическую, звуковую и другие, но двоичное кодирование данных по-прежнему составляет информационную основу любого современного компьютера.

Принцип хранимой программы Нейман первым догадался, что программа может также храниться в виде нулей и единиц, причем в той же самой памяти, что и обрабатываемые ею числа. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений. Устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) в современных компьютерах объединены в один блок - процессор, являющийся преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств.

Память (ЗУ) хранит информацию (данные) и программы. Запоминающее устройство у современных компьютеров "многоярусно" и включает оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и внешние запоминающие устройства(ВЗУ).

ОЗУ- это устройство, хранящее ту информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (исполняемая программа, часть необходимых для нее данных, некоторые управляющие программы).

ВЗУ- устройства гораздо большей емкости, чем ОЗУ, но существенно более медленны.

Принцип последовательного выполнения операций

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

Принцип произвольного доступа к ячейкам оперативной памяти
Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.



8 BIOS. Назначение, функции. Установка CMOS

BIOS – базовая система ввода-вывода, хранящаяся в ПЗУ и предназначенная для выполнения базовых аппаратных функций с учетом особенностей аппаратной части конкретной ПЭВМ. Этим обеспечивается независимость операционной системы и прикладных программ от особенностей ПЭВМ, на которой они функционируют.

BIOS включает в себя программную поддержку стандартных ресурсов ПЭВМ и обеспечивает диагностику аппаратных средств, их конфигурирование и вызов загрузчика операционной системы. Обычно BIOS привязан к конкретному типу системной платы.

В последнее время BIOS чаще всего хранят во Flash памяти, допускающей перезапись содержимого. Это позволяет обновлять версии BIOS, однако, оборотной стороной этого является возможность вывода ПЭВМ из строя из-за порчи BIOS при неправильной его перезаписи или под воздействием вирусов.

Для обновления BIOS новые версии следует получать непосредственно от изготовителей системной платы или с сайтов, хранящих такие версии. Собственно производители BIOS (фирмы AMI, Award, Phoenix) под конкретные платы их не настраивают: Этой настройкой (доработкой) базовых версий BIOS и занимаются изготовители системных плат.

Функции BIOS разделяются на следующие группы:

Инициализация и тестирование аппаратных средств по включении питания – POST (Power On Self Test)

Настройка и конфигурирование аппаратных средств и системных ресурсов– BIOS Setup

Загрузка операционной системы с дисковых носителей – Bootstrap Loader

Обслуживание аппаратных прерываний от системных устройств (таймера, клавиатуры, дисков) – BIOS Hardware Interrupts

Отработка базовых функций программных обращений (сервисов) к системным устройствам –BIOS Services

Все эти функции исполняет системный модуль System BIOS, хранящийся в микросхеме ПЗУ или флэш-памяти, установленной на системной плате.

Система CMOS (энергозависимая память CМОS). Особенность этой памяти состоит в том, что она питается от специального источника питания, независимо включен или выключен основной источник питания. В ней содержится информация о гибких дисках, о жестком диске, процессоре, а также показания системных часов. Запуск BIОS


9 BIOS. Последовательность загрузки ЭВМ

При включении компьютера по адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Процессор обращается по этому адресу за первой командой. После чего начинает работать под управлением программы. Так как, в ОЗУ нет никакой информации то стартовый адрес указывается на ПЗУ. Программы находящихся в ПЗУ образуют базовую система ввода-вывода. Функция этой системы осуществляет проверку состава и работоспособности компьютерной системы, а также обеспечивает взаимодействие с такими устройствами, как клавиатура, монитора и дисковода. Система CMOS (энергозависимая память CМОS). Особенность этой памяти состоит в том, что она питается от специального источника питания, независимо включен или выключен основной источник питания. В ней содержится информация о гибких дисках, о жестком диске, процессоре, а также показания системных часов. Запуск BIОS Работа программ, записанных в микросхеме ВIОS, отображается на черном экране бегущими белыми строчками. В этот момент компьютер проверяет свои устройства. Прежде всего выполняется проверка оперативной памяти (сколько её и вся ли она в порядке). Проверяется наличие жестких дисков и дисковода гибких дисков, а также наличие клавиатуры. Если что-то не работает, программы, выполняющие проверку, доложат о неисправности. Если всё в порядке, то программы ВIОS заканчивают свою работу и напоследок дают команду загрузить с жесткого диска в оперативную память специальный пакет программ, который называется операционной системой. После того как этот пакет загружен, он начинает работу и отныне всё, что мы делаем с компьютером, происходит под управлением операционной системы. Теперь мы имеем дело только с ней и можем забыть, что у компьютера есть процессор, что ему нужны какие-то инструкции и данные. Отныне всю работу с процессором и другими устройствами берёт на себя операционная система, а нам остается только научится работать с ней, а точнее говоря с тем пакетом программ, 

загрузить и с гибкого диска. Для этого нужен специальный гибкий диск, который называют системным. Таким методом запускают компьютер при устранении неисправностей.



13 Назначение, функции базовых программных средств, исполняемая программа

Программное обеспечение Программы — это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы — управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера. 

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии. Несмотря на то что мы рассматриваем эти две категории отдельно, нельзя забывать, что между ними существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является по меньшей мере условным. 

Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и блоками существует взаимосвязь — многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть, мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней. Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое членение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и технического обслуживания. Обратите внимание на то, что каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение.

Базовый уровень. Самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ — Read Only Memory, ROM). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации. 

В тех случаях, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ — Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM). В этом случае изменение содержания ПЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флэш- технологией), так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами.



19 Виды, назначение, функции, специфика периферийных устройств

Клавиатура – клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знакомых) данных, а также команд управления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с помощью монитора получают от нее оклик. Принцип действия. Клавиатура относится к стандартным средствам персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами). Необходимое программное обеспечения для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме ПЗУ в составе базовой системы ввода-вывода (BIOS), и поэтому компьютер реагирует на нажатия клавиш ОЗУ после включения. Мышь – устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой плоскую коробочку с двумя-тремя кнопочками. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора. Устройство вывода: принтер (лазерный, матричный, струйный). Матричные принтеры – это недорогие принтеры, которые первыми начали применяться в IBM РС – совместимых компьютерах. В матричных принтерах печать производится печатающей головкой с выдвигающимися иголочками. Струйные принтеры – это наиболее распространенный в настоящее время тип принтеров. Они безударные, т.е. бесшумные, которые формируют изображение с помощью печатающей головки, содержащей множество капилляров-сопел от 50 до 200. Лазерные принтеры позволяют получать наилучшее качество черно-белого или цветного оттиска. Они обладают высокой скоростью печати 10 и более страниц в минуту. Одной из основных характеристик лазерных принтеров является разрешающая способность – количество печатаемых точек на единицу длины. Устройство хранения данных. Для хранения данных компьютера используют накопители. Накопитель – это устройство, состоящее из носителя информации и привода. Привод представляет собой совокупность различных механических и электронных компонентов: корпуса, двигателя и т.д. Плоттер-устройство которое чертит графики рисунки или диаграммы под управлением ПК.

Плоттеры используют для получения сложных конструкторских чертежей архитектурных планов. роликовые плоттеры- прокручивают бумагу под пером а планшетные перемешают перо через всю поверхность горизонтально лежащей бумаге.

Сканер для ввода в ПК графических изображений создаёт оцифрованное изображение документа и помешает его в память ПК.



25 Понятие о редиректоре и сетевых драйверах

Ф-ия клиентской проги- способность отличить запрос к удал. ф-лу от запроса к локаль. ф-лу. Если клиентская прога умеет это делать, то приложение не д. заботиться о том, с каким файлом оно работает. Клиентская прога сама распознает и перенаправляет запрос к удал. машине. Поэтому для клиентской части примен-ся редиректор. Иногда в функции распределения выдел-ся отдель. программные модули. В этом случае редиректором наз-ют не всю клиентскую часть, а этот программный модуль. Драйвер- спец. прога, кот. управ-ет контроллером или адаптером. Распределение обязанностей сетей между драйвером и контроллером м.б. разными, но чаще всего контроллер поддерживает простой набор команд, а др-р определяет последовательность их выполнения. В LAN ф-ции передачи данных в линию связи вып-ся сет. адаптерами и их др-ми. Это происходит след. образом: приложение, кот. треб-ся передать данные обращ-ся с запросом на выполнение к ОС. Получив запрос, ОС запускает соответств. др-р. Дальнейшее действиепо выполнению операции реализ-ся совместно с др-омадресанта и сет. адаптером. Др-р адресата периодически опрашивает признак приёма, кот . устан-ся адаптером при правильно выбранной передаче данных, при его появлении из буфера адаптера считывается принятый байт и запис-ся в ОП адреса.



22 Понятие о локальной сети, ее основные компоненты

Локальной наз-ют сеть, абоненты которой наход-ся на небольшом расстоянии др от др (до15 км. ). Обычно такая сеть привязана к какому-нибудь объекту. К этому классу относ-ся сети отдельных предприятий, фирм корпораций. Если такие сети имеют абонентов, расположенных в разных помещениях, то они используют структуру глобальной сети, и их называют корпоративными сетями. 



2 История ЭВМ, поколения. Элементная база поколений

Первое поколение(1948-1958 гг.) Применение вакуумно-ламповой технологии, использование систем памяти на ртутных линиях задержки, магнитных барабанах, электронно-лучевых трубках (трубках Вильямса).

Для ввода-вывода данных использовались перфоленты и перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства.

Была реализована концепция хранимой программы. Быстродействие (операций в секунду) 10-20 тыс.

Второе поколение (1959 — 1967 гг.) Замена электронных ламп как основных компонентов компьютера на транзисторы. Компьютеры стали более надежными, быстродействие их повысилось, потребление энергии уменьшилось. С появлением памяти на магнитных сердечниках цикл ее работы уменьшился до десятков микросекунд.

Главный принцип структуры - централизация. Появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, устройства памяти на магнитных дисках. Быстродействие (операций в секунду) 100-500 тыс решения научно-технических и планово-экономических задач; для систем противоракетной обороны; ЭВМ общего назначения, ориентированные на решение инженерно-технических задач

Третье поколение(1968 — 1973 гг.) малые интегральные схемы (МИС) Компьютеры проектировались на основе интегральных схем малой степени интеграции (МИС - 10 - 100 компонентов на кристалл) и средней степени интеграции (СИС - 10 -1000 компонентов на кристалл). 

Появилась идея, которая и была реализована, проектирования семейства компьютеров с одной и той же архитектурой, в основу которой положено главным образом программное обеспечение.

В конце 60-х появились мини-компьютеры. В 1971 году появился первый микропроцессор. Быстродействие (операций в секунду) порядка 1 млн.

Четвертое поколение(1974 — 1982 гг.) большие интегральные схемы (БИС) Использование при создании компьютеров больших интегральных схем (БИС - 1000 - 100000 компонентов на кристалл) и сверхбольших интегральных схем (СБИС - 100000 - 10000000 компонентов на кристалл). 

Началом данного поколения считают 1975 год - фирма Amdahl Corp. выпустила шесть компьютеров AMDAHL 470 V/6, в которых были применены БИС в качестве элементной базы.

Стали использоваться быстродействующие системы памяти на интегральных схемах - МОП ЗУПВ емкостью в несколько мегабайт. В случае выключения машины данные, содержащиеся в МОП ЗУПВ, сохраняются путем автоматического переноса на диск. При включении машины запуск системы осуществляется при помощи хранимой в ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) программы самозагрузки, обеспечивающей выгрузку операционной системы и резидентного программного обеспечения в МОП ЗУПВ. В середине 70-х появились первые персональные компьютеры. Быстродействие (операций в секунду) десятки и сотни млн. Пятое поколение(после 1982 года) Главный упор при создании компьютеров сделан на их "интеллектуальность", внимание акцентируется не столько на элементной базе, сколько на переходе от архитектуры, ориентированной на обработку данных, к архитектуре, ориентированной на обработку знаний. Обработка знаний - использование и обработка компьютером знаний, которыми владеет человек для решения проблем и принятия решений.



12 Назначение и функции операционной системы

Базовые команды DOS. Операционная система – это комплекс программных средств, которые осуществляют управление и планирование ресурсов ПК. ОС служит управляющей средой, в которой работают другие программы. Операционная система представляет собой комплекс системных и служебных программных средств. С одной стороны, она опирается на базовое программное обеспечение компьютера, входящее в систему BIOS (базовая система ввода-вывода), с другой стороны, она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней – прикладных и большинства служебных приложений. Приложениями операционной системы принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы. Основная функция всех операционных систем – посредническая. Она заключается в обеспечении нескольких видах интерфейса: Интерфейса между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (интерфейс пользователя); Интерфейса между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно-программный интерфейс); Интерфейса между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс). Даже для аппаратной платформы, например такой, как IBM PC, существует несколько операционных систем. Различия между ними рассматривают в двух категориях: внутренние и внешние. Внутренние различия характеризуются методами реализации основных функций. Внешние различия определяются наличием и доступностью приложений данной системы, необходимых для удовлетворения технических требований, предъявляемых к конкретному рабочему месту. Обеспечение интерфейса пользователя Все ОС способны обеспечивать как пакетный, так и диалоговый режим работы с пользователем. В пакетном режиме операционная система автоматически исполняет заданную последовательность команд. Суть диалогового режима состоит в том, что ОС находится в ожидании команды пользователя и, получив ее, приступает к исполнению, а исполнив, возвращает отклик и ждет очередной команды. Диалоговый режим работы основан на использовании прерываний процессора и прерываний BIOS (которые, в свою очередь, также основаны на использовании прерываний процессора). Опираясь на эти аппаратные прерывания, ОС создает свой комплекс системных прерываний. Способность ОС прерывать текущую работу и отреагировать на события, вызванные пользователем с помощью управляющих устройств, воспринимается нами как диалоговый режим работы. Обслуживание файловой структуры Для большинства ПК основной ОС является дисковая ОС – DOS. Основная функция DOS состоит в правильном использовании дисковых устройств: DOS организует управление файлами и способы хранения в них данных и доступ к ним; DOS выполняет задачу распределения памяти; Планирование задач; Обработку запросов других устройств компьютера. ОС решает задачи, которые заключаются в том, чтобы следить за тем какие области памяти и дисковое пространство используется конкретным приложением или данными. DOS состоит из: ядра, командного процессора, драйверов устройств, утилит. Ядро является центральной частью ОС и состоит из нескольких компонентов: io.sys, ms-dos.sys, dblspace.sys. Если какой-либо программе требуется помощь DOS – эта программа вызывает программное прерывание и управление передается программе обработки прерываний – ISR. После окончания работы ISR управление возвращается вызывавшей его программе. Основные объекты и приемы управления Windows



15 Организация внешней и внутренней памяти

Внешняя память.

Жесткий диск – основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. На самом деле это не один диск, а группа сносных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Таким образом, этот "диск" имеет не две поверхности, как должно быть у обычного плоского диска, а 2n поверхностей, где n – число отдельных дисков в группе. Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения-записи данных.

Дисковод гибких дисков Для оперативного переноса небольших объемов информации используют так называемые гибкие магнитные диски (дискеты), которые вставляют в специальный накопитель – дисковод. Приемное отверстие накопителя находится на лицевой панели системного блока. Правильное направление подачи гибкого диска отмечено стрелкой на его пластиковом кожухе. Основными параметрами гибких дисков являются: технологический размер (измеряется в дюймах), плотность записи (измеряется в кратных единицах) и полная емкость.

Гибкие диски размером 3,5 дюйма выпускают с 1980 года. Односторонний диск обычной плотности имел емкость 180 Кбайт, двусторонний - 360 Кбайт, а двусторонний двойной плотности - 720 Кбайт. Ныне стандартными считают диски размером 3,5 дюйма высокой плотности. Они имеют емкость 1440 Кбайт (1,4 Мбайт) и маркируются буквами НD (high density - высокая плотность). С нижней стороны гибкий диск имеет центральную втулку, которая захватывается шпинделем дисковода и приводится во вращение. Магнитная поверхность прикрыта сдвигающейся шторкой для защиты от влаги, грязи и пыли. Если на гибком диске записаны ценные данные, его можно защитить от стирания и перезаписи, сдвинув защитную задвижку так, чтобы образовалось открытое отверстие. Для разрешения записи задвижку перемещают в обратную сторону и перекрывают отверстие. В некоторых случаях для безусловной защиты информации на диске задвижку выламывают физически, но и в этом случае разрешить запись на диск можно, если, например, заклеить образовавшееся отверстие тонкой полоской липкой ленты. Аббревиатура СD-RОМ (Comрact Disc Read-Onlу Memory) переводится на русский язык как постоянное запоминающее устройство па основе компакт-диска. Принцип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. Цифровая запись на компакт-диске отличается от записи на магнитных дисках очень высокой плотностью, и стандартный компакт-диск может хранить примерно 650 Мбайт данных. Большие объемы данных характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы СD RОМ относят к аппаратным средствам мультимедиа. Программные продукты, распространяемые на лазерных дисках, называют мультимедийными изданиями. Сегодня мультимедийные издания завоевывают все более прочное место среди других традиционных видов изданий. Так, например, существуют книги, альбомы, энциклопедии и даже периодические издания (электронные журналы), выпускаемые на СD-RОМ. Основным недостатком стандартных дисководов СD-RОМ является невозможность записи данных, но параллельно с ними существуют и устройства однократной записи СD-R (Compact Disk Recorder),и устройства многократной записи СD-RW. Основным параметром дисководов СD-RОМ является скорость чтения данных. Она измеряется в кратных долях. За единицу измерения принята скорость чтения в первых серийных образцах, составлявшая 150 Кбайт/с. Таким образом, дисковод с удвоенной скоростью чтения обеспечивает производительность 300 Кбайт/с, с учетверенной скоростью - 600 Кбайт/с и т. д. В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства чтения СD-RОМ с производительностью 32х-48х. Современные образцы устройств однократной записи имеют производительность 4х-8х, а устройств многократной записи - до 4х.Стриммер-для резервного копирования больших объемов информации в качестве носителя здесь применяется кассеты с магнитной лентой емкостью 1-2 Гбайт и больше. Внутренняя память в состав входит оперативная память, кешь- память, специальная память. ОП- память с произвольным доступом это быстрое запоминающее устройство не очень большого объема непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи считывания и хранения выполняемых программ и данных обрабатываемых этими программами. Оперативная память используется только для временного хранения информации так как когда машина выключается всё находилось в ОЗУ и информация пропадает. Кешь- память очень быстрое ЗУ небольшого объема которое используется при обмене данными между микропроцессором и ОП для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько быстродействующей ОП. Постоянная память только для чтения энергонезависимая память используется для хранения данных которые некогда не потребуют изменения. Bios совокупность программ предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания ПК и загрузки ОС, CMOS RAM память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о составе оборудования.



21 Классификация, назначение, области применения ВС

ВС- совокупность взаимосвязанных и взаимодейств-их процессов ЭВМ, периферийного оборудования и ПО, предназнач. для сбора, хранения, обработки и распределения инф-ии. Осн. принципы построения ВС: 1 возможность работы в разных режимах; 2 модульность технических и программных средств; 3 стандартизация решений; 4 способность системы к самонастройке и к самоорганиз-ии. По назначению ВС делятся: многомашинные- содержат некот. число компов, инф-о взаимодействующих между собой(комп. сети) и многопроцессорные- имеется несколько процессоров инф-о взаимодействующих между собой на уровне регистров процессорной памяти или на уровне ОП. Быстродействие и надежность многопроцессорных систем гораздо выше, чем многомашинных. Во-первых, из-за более быстрого обмена инф-ей между процессором и более быстрое реагирование на ситуацию, возникшую в системе. Во-вторых, система сохраняет свою работоспособность пока работоспособны хотя бы по одному модулю каждого устройства. По типу ЭВМ или процессоров разделяют- однородные и неоднородные; по степени территориальной разобщности делятся на совмещенного и распределенного типа; по методам управления- централизованные(управление осущ. ЭВМ или процессор), децентрализованные(функции управления распределены между ее элементами), смешанное управление; по режиму работы- систем в работающие в оперативном и неоперативном временном режиме. 


19 Виды, назначение, функции и специфика периферийных устройств

Для обмена данными между компом и ПУ в компе предусмотрен внешний интерфейс или порт, т.е. набор проводов, соединяющих комп и ПУ, а т.ж. набор правил обмена инф-ей по этим проводам. Интерф-с реализ-ся со стороны компа совокупностью аппаратных и программных средств: контролером ПУ и спец. прогой, управ-ей этой прогой, кот. наз. драйвером ПУ. Со стороны ПУ интер-с чаще всего реализ-ся аппаратным устр-ом управления ПУ, хотя и встреч-ся и программно-управляемые ПУ. ПУ м. принимать от компа как данные(байты инф-ии, кот. нужно распечатать), так и команды управления, в ответ на кот. устр-во управления ПУ м. выполнить спец. действия(перевести головку на требуемую дорожку или вытолкнуть лист бумаги из принтера). ПУ использ-ет внешний интерф- с не только для приёма инф-ии, но и для её передачи в комп(принтер возвращает в комп данные о своём состоянии).



3 Системы счисления. Правила перевода чисел из одной системы счисления в другую

Система счисления -это совокупность приёмов и правил по которым числа записываются и читаются. существуют позиционные вес каждой цифры изменяется в зависимости от ее положения. непозиционные системы счисления не зависит от её позиции. Для перевода целого десятичного числа n в систему счисления с основанием g необходимо разделить n на g с остатком затем неполное частное полученное от деления нужно разделить на g с остатком. Пока последнее полученное неполное частное не станет равным нулю число n в системе счисления с основанием g представиться в виде упорядоченной последовательности полученных остатков деления, записанных одной g-ичной цифрой в порядке обратном порядке их получения.

Для перевода правильной десятичной дроби f в систему с основанием g записанное в той же десятичной системе затем дробную часть полученного произведения снова умножить на g до тех пор пока дробная часть очередного произведения не станет равной нулю либо не будет достигнута требуемая точность изображения числа f в g-ичной системе. Представлением дробной части f в новой системе счисления будет последовательность целых частей полученных произведений записанных в порядке их получения и изображенных одной g-ичной цифрой.



7 Последовательность сборки и разборки ЭВМ

Разборка

Отключите питание и отсоедините внешние кабели.

Снимите крышку системного блока.

Отсоедините внутренние кабели дисководов (предварительно зарисовав схему их подключения).

Отверните винты на задней панели корпуса и выньте дополнительные платы.

При необходимости выньте дисководы (обычно они крепятся четырьмя винтами).

Иногда возникает необходимость снять переднюю панель системного блока (например, чтобы установить значение тактовой частоты на панели цифрового индикатора).

Отсоедините кабели от системной платы, предварительно промаркировав их и зарисовав схему их подключения.

Снимите металлическую пластину, на которой установлена системная плата (для корпусов типа tower). В некоторых корпусах это можно сделать только после того, как сняты все заглушки слотов. Не забудьте и о винте, который удерживает пластину снизу.

Снимите системную плату.

Все. Больше в системном блоке разбирать нечего. Можно, конечно, снять еще блок питания (например, для замены или чистки вентилятора), но эту операцию можно проводить независимо от других: блок питания легко снимается, если отвинтить удерживающие его четыре винта на задней панели системного блока.

Сборка

Она осуществляется в обратном порядке, но на определенных этапах требует выполнения некоторых проверок.

Установите системную плату (будем считать, что процессор, вентилятор и модули памяти на ней уже смонтированы) на пластину.

Установите пластину в корпус. Необходимо следить, чтобы контакты и детали платы не касались металлических частей корпуса. Плата крепится винтами и пластмассовыми клипсами. Использовать надо все подходящие отверстия для крепежа. На рис. 1 показаны необходимые соединения, которые надо выполнить для подключения устройств к системной плате. Работая с открытым корпусом компьютера, вы должны принять меры, исключающие возможность электростатического разряда через сигнальные цепи. Ваше тело всегда заряжено до некоторого потенциала относительно цепей компьютера, и этот потенциал может оказаться опасным для полупроводниковых компонентов. Прежде чем забраться внутрь открытого устройства, коснитесь проводящего участка его шасси, например крышки блока питания. При этом потенциалы тела и общего провода компьютера уравняются. Считается, что заряд обязательно должен "стечь на землю", но это требование совершенно излишне. Не советую работать с открытым компьютером при вставленном в розетку сетевом шнуре, так как вы вполне можете его включить в самое неподходящее время или просто забыть выключить. Кроме того, в данном случае довольно высока вероятность попадания в компьютер влаги или маленьких предметов, что может вызвать короткое замыкание на электронной плате и привести к ее повреждению. Только испортив плату адаптера, которую я вставлял в разъем включенного компьютера, я понял, что вилку из розетки лучше вынимать.



11 Системная шина, режимы работы системной шины, программируемые системные устройства

Шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;

Системная шина - предназначена для передачи информации между процессором и остальными электронными компонентами компьютера. По системной шине осуществляется адресация устройств и происходит обмен специальными служебными сигналами. Упрощенно системную шину можно представить как совокупность сигнальных линий, объединенных но назначению (данные, адреса, управление).Системная шина представляет собой набор проводников электрических сигналов и систему протоколов соединения устройств при помощи этих проводников. Тип и характеристики протоколов передачи информации по системной шине определяют скорость передачи информации между отдельными устройствами материнской платы. Системные шины персональных компьютеров стандартизируются как по числу контактов и разрядности (числу проводников, используемых для одновременной передачи данных), так и по протоколам общения устройств через проводники. Системная шина соединяет все устройства компьютера в единое целое и обеспечивает их взаимодействие, взаимоуправление и работу с центральным процессором. В персональных компьютерах используются системные шины стандартов ISA, EISA, VLB и PSI. В наше время теперь используют только шину PCI, конечно еще можно встретить ISA, но она слишком медленная в сравнении с PCI, поэтому её больше не выпускаю.



18 Видеосистема ЭВМ. Принципы работы. Области применения

Видеокарта (видеоадаптер) Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему персонального компьютера. Видеокарта не всегда была компонентом ПК. На заре развития персональной вычислительной техники в общей области оперативной памяти существовала небольшая выделенная экранная область памяти, в которую процессор заносил данные об изображении. Специальный контроллер экрана считывал данные об яркости отдельных точек экрана из ячеек памяти этой области и в соответствии с ними управлял разверткой горизонтального луча электронной пушки монитора. С переходом от черно-белых мониторов к цветным и с увеличением разрешения экрана (количества точек по вертикали и горизонтали) области видеопамяти стало недостаточно для хранения графических данных, а процессор перестал справляться с построением и обновлением изображения. Тогда и произошло выделение всех операций, связанных с управлением экраном, в отдельный блок, получивший название видеоадаптер. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы и называется видеокартой. Видеоадаптер взял на себя функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти. За время существования персональных компьютеров сменилось несколько стандартов видеоадаптеров: МDA (монохромный); СGA (4 цвета); ЕGA (16 цветов);VGА (256 цветов). В настоящее время применяются видеоадаптеры SVGА, обеспечивающие по выбору воспроизведение до 16,7 миллионов цветов с возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений (640x480, 800x600,1024x768, 1152x864; 1280x1024 точек и далее). Разрешение экрана является одним из важнейших параметров видеоподсистемы. Чем оно выше, тем больше информации можно отобразить на экране, но тем меньше размер каждой отдельной точки и, тем самым, тем меньше видимый размер элементов изображения. Использование завышенного разрешения на мониторе малого размера приводит к тому, что элементы изображения становятся неразборчивыми и работа с документами и программами вызывает утомление органов зрения. Использование заниженного разрешения приводит к тому, что элементы изображения становятся крупными, но на экране их располагается очень мало. Если программа имеет сложную систему управления и большое число экранных элементов, они не полностью помещаются на экране. Это приводит к снижению производительности труда и неэффективной работе. Цветовое разрешение (глубина цвета) определяет количество различных оттенков, которые может принимать отдельная точка экрана. Максимально возможное цветовое разрешение зависит от свойств видеоадаптера и, в первую очередь, от количества установленной на нем видеопамяти. Кроме того, оно зависит и от установленного разрешения экрана. При высоком разрешении экрана на каждую точку изображения приходится отводить меньше места в видеопамяти, так что информация о цветах вынужденно оказывается более ограниченной. Минимальное требование по глубине цвета на сегодняшний день- 256 цветов хотя большинство программ требуют не менее 65 тыс. цветов (режим High Coloг) Наиболее комфортная работа достигается при глубине цвета 16,7 млн. цветов (резких Тruе Соlоr). Работа в полно цветном режиме Тruе Со1оr с высоким экранным разрешением требует значительных размеров видеопамяти. Современные видеоадаптеры способны также выполнять функции обработки изображения, снижая нагрузку на центральный процессор ценой дополнительных затрат видеопамяти. Еще недавно типовым считались видеоадаптеры с объемом памяти 2-4 Мбайт, но уже сегодня обычным считается объем 16 Мбайт. Видеоускорение - одно из свойств видеоадаптера, которое заключается в том, что часть операций по построению изображений может происходить без выполнена математических вычислений в основном процессоре компьютера, а чисто аппаратным путем - преобразованием данных в микросхемах видеоускорителя. Видеоускорители могут входить в состав видеоадаптера (в таких случаях говорят о том, что видео карта обладает функциями аппаратного ускорения), но могут поставляться в виде отдельной платы, устанавливаемой на материнской плате и подключаемого к видеоадаптеру. Различают два типа видео ускорителей - ускорители плоской (2D) и трехмерной (3D) графики. Первые наиболее эффективны для работы с прикладными программами (обычно офисного применения) и оптимизированы для операционной системы Windows, а вторые ориентированы на работу мультимедийных развлекательных программ, в первую очередь компьютерных игр и профессиональных программ обработки трехмерной графики. Обычно в этих случаях используют разные математические принципы автоматизации графических операций, но существуют ускорители, обладающие функциями и двумерного, и трехмерного ускорения. 



24 Различные стандарты для локальных сетей

Различные стандарты для локальных сетей. IEEE 802.1D- описывает логику работы мостов и коммутаторов; 802.1H, 802.1Q, 802.1P- для назначения приоритетов трафика на канальном уровне; 802.2- управление логической передачей данных и связь с сетевым уровнем; 802.3- Стандарт технологии Ethrnet; 802.4- стандарт технологии Artnet; 802.5- стандарт технологии Token Ring или маркерное кольцо; 802.6- стандарт для сетей мегаполиса; 802.7- стандарт для широкополосной передачи; 802.8- стандарт для волоконно-оптических сетей; 802.9- стандарт для передачи голоса; 802.10- сетевая безопасность; 802.11- Стандарт для беспроводных сете(радио); 802.12- стандарт для сетей с доступом по требованию с приоритетом.



27 Понятие маршрутизации

Задача маршрутизации состоит в выборе маршрута для передачи данных от отправителя к получателю. Осн. цель: 1 минималь. задержка пакета данных при передаче; 2 максималь. пропускная способность сети; 3 максималь. защита пакета от угроз безопасности; 4 минималь. стоимость передачи пакета адресату. Способы маршрутиз-ии: централизация, распределение, смешанное. Методы марш-ии: простая(при выборе маршрута не учит-ся изменение от нагрузки), фиксированная (учит-ся топология сети и не учит-ся изменение нагрузки на сеть), адаптированная(принято решение о движении пакета с учетом изменения топологии и нагрузки на сеть).



26 OSI Уровни OSI (Open System Interconnection)

В этой модели рассматриваются: Уровень 1. Физический уровень (управление физическим каналом). Физический уровень выполняет передачу битов по физическим каналам, таким, как витая пара, оптоволоконный кабель или радиоволны. На этом уровне определяются характеристики физических сред передачи данных и параметров электрических сигналов.

Уровень 2. Канальный уровень (управление информационным каналом) обеспечивает передачу кадра данных между любыми узлами в сетях с типовой топологией либо между двумя соседними узлами в сетях с произвольной топологией, отвечает за установление соединения и корректность доставки данных по физическим каналам. В протоколах канального уровня заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации. Адреса, используемые на канальном уровне в локальных сетях, часто называют МАС-адресами (Media Access Control, управление доступом к среде). Часть канального уровня требует аппаратной реализации, в операционной системе он, как правило, представлен драйвером сетевой карты.. 

Уровень 3. Сетевой уровень (управление сетью). Сетевой уровень в первую очередь должен предоставлять средства для решения следующих задач: доставки пакетов в сети с произвольной топологией; структуризации сети путем надежной локализации трафика; согласования различных протоколов канального уровня. Сетевой уровень позволяет передавать данные между любыми, произвольно связанными узлами сети (при этом не берет на себя никаких обязательств по надежности передачи данных). Это достигается благодаря наличию адресации – каждый узел в сети имеет свой уникальный идентификатор. Реализация протокола сетевого уровня подразумевает наличие в сети специального устройства – маршрутизатора. Маршрутизаторы объединяют отдельные сети в общую составную сеть. К каждому маршрутизатору могут быть присоединены несколько сетей (по крайней мере две). Уровень 4. Транспортный уровень (управление передачей). обеспечивает передачу данных между любыми узлами сети с требуемым уровнем надежности. Для этого на транспортном уровне имеются средства установления соединения, нумерации, буферизации и упорядочивания пакетов. Уровень 5. Сеансовый уровень. Сеансовый уровень предоставляет средства управления диалогом, позволяющие фиксировать, какая из взаимодействующих сторон является активной в настоящий момент, а также предоставляет средства синхронизации в рамках процедуры обмена сообщениями. Уровень представления В отличии от нижележащих уровней, которые имеют дело с надежной и эффективной передачей битов от отправителя к получателю, Представительный уровень (управление представлением). В отличии от нижележащих уровней, которые имеют дело с надежной и эффективной передачей битов от отправителя к получателю, уровень представления имеет дело с внешним представлением данных. На этом уровне могут выполняться различные виды преобразования данных, такие как компрессия и декомпрессия, шифровка и дешифровка данных.

Уровень 7. Прикладной уровень (управление сервисом).– это в сущности набор разнообразных сетевых сервисов, предоставляемых конечным пользователям и приложениям. Примерами таких сервисов являются, например, электронная почта, передача файлов, подключение удаленных терминалов к компьютеру по сети.



4 Представление ЭВМ в целых и вещественных чисел, машинные коды

Целые числа могут представляться в ПК со знаком или без знака.

Целые числа без знака обычно занимают в памяти 1 или 2 байта и принимают в однобайтовом формате значения от 00000000 до 11111111, а в двубайтовом от 00000000 00000000 до 11111111 11111111

Целые числа со знаком обычно занимают в памяти ПК 1,2,4 байта при этом самый левый(старший) разряд содержит информацию о знаке числа. Знак + кодируется 0, а знак – единицей.

Применяется 3 формы записи целых чисел со знаком: прямой код, - в знаковый разряд помешается цифра 1 а в разряд цифровой части числа двоичный код его абсолютной величины. Обратный – получается инвертированием всех цифр двоичного кода абсолютной величины числа включая разряд знака 0 заменяют 1,а 1 на 0, дополнительный код – получается образованием обратного кода с последующим прибавлением единицы к младшему разряду. 

Система вещественных чисел в математических вычислениях предполагается непрерывной и бесконечной т.е. не имеющей ограничений на диапазон и точность представлений чисел. Однако в ПК числа х-ся в регистрах и ячейках памяти с ограниченным количеством разрядов. Вследствие этого система вещественных чисел, представимых в машине является дискретной и конечной. При написании вещественных чисел в программах вместо привычной запятой принято ставить точку. для отображения вещественных чисел которые могут быть как маленькие так и очень большие используется форма записи чисел с порядком основания системы счисления. 

Машинные коды естественные и эспоциональные подразумевает запись числа в нормализованном виде т.е. не ноль.

Если ноль то положительное

Если 1 то отрицательное

Дополнительный код отрицательного числа путём инвертирования разрядов и их увеличения нка 1 исходных разрядов.

Модифицированный код отличается от дополнительного 2 цифрами! 00 полож 11 отрицательное.


5 Логические основы ЭВМ. Построение функциональных схем узлов ЭВМ с помощью алгебры логики

		Информационно–логические основы построения.

		1.Предствление информации в ЭВМ связано с свойствами счисления формами представления чисел.

		Информация в ЭВМ кодируется как правило в двоичной или в доично–десятичной системе. Для систем исчисления важно две вещи: фиксированная или плавающая запятая. Существенный момент для создания ПК являются логические основы его построения. В основе создания компьютеров лежит алгебра логики. Для анализа и синтеза схем ЭВМ при алголитмизации и программировании решений задач используется математика. Аппарат алгебра + логика. Алгебра логики — это раздел математической логики, значение всех элементов которой (функции и аргументы) определены в элементном множестве {0,1}. Алгебра логики оперирует с логическими высказываниями.

		Логические высказывания — это любое предложение в отношении которого имеет смысл утверждение о его истинности или ложности. При этом важно, не может быть что высказывания одновременно истинное и ложное.

		ОПЕРАЦИИ

		Логическое сложение (дизъюнкция) ИЛИ 

		логическое умножение (конъюнкция) И

		а +  а = 1

		а *  а = 0

		 0 = 1 

		Решение задач на ЭВМ реализуется программным способом, т.е. путем выполнения последовательно во времени отдельных операций над информацией, предусмотренных алгоритмом решения задач. Алгоритм решения задачи, заданной в виде последовательности команд на языке вычислительных машин (в кодах машины) называется машинной программой. Машинная команда — это элементарная инструкция машине выполняемая автоматически, без каких либо указаний или объяснений.

Операционная часть команды — это группа разрядов в команде предназначенных для представления кодов в команде машины.



14 Прерывание. Виды прерываний. Обработка прерываний

Система прерываний предназначена для того, чтобы центр. процессор, выполняя свою работу имел возможность реагировать на события, наступление кот. не предполог-ся. Прерывания бывают внутренними- м.б. программные и аппаратурные; и внешними- поступающ. от внешних источников. Внутренние прерывания вызываются событиями, кот. связаны с работой процессора и явл-ся синхронными с его операциями(пример: возник из-за арифмет. переполнения, при сложении и вычитании чисел с фиксир. точкой, при попытке деления на ноль). Внеш. прерывания вызываются асинхронными событиями, кот. происходят вне прерывания процесса(пример: прерывание от таймера или от системы вв/в). Обработка прерываний. 1 Внекот. фиксир. ячейку заносятся хар-ки произошедшего прерывания. 2 Запоминается состояние прерванного процесса. Это состояние опред-ся значением счетчика команди словом состояния процессора. 3 В счётчик команд занос-ся адрес, кот. явл-ся уникальным для каждого типа прерываний. Всего м.б. 256 видов прерываний, кажд. из кот. имеет свой номер 2-х разрядное 16-ричное число. 4 Обраб-ся прерывание. 5 Возобновляется нормальная работа. Шаги 1-3 обычно реализ-ся аппаратной частью, 4-5 – ОС. Прерыв-я бывают аппаратур-е, логич-ие и программные. Аппар-е выраб-ся устройствами , требующими внимания микропроцессора. Запросы на лог. прерывания выраб-ся внутри микропроцессора при появлении внештатных операций. Запрос на прогр-е прерывания формир-ся по команде INTn, где n- номер вызываемого прерывания. Первым действием проги обраб-ки прерываний явл. запоминание той части состояния процесса, кот. еще не была заполнена. Затем прога обработки прер-я д. идентифицировать прер-е , т.е. определить, какое прер-е поступило. Затем необходимо выполнить те действия, кот. соответ. прерыванию. После обработки прер-я необход-о обеспечить возобновление нормальной работы. При наличии нескольких источников запросов прерывания, часть из нихм. поступать одндвременно, поэтому устан-ся опред. порядок или приоритет обслуж-я поступаюш. запросов. Сущ. возможность разрешать или запрещать прер-я опред. видов. 



	10 Регистры процессора, система команд процессора

	Регистры- спец. ячейка внутри процессора. Размер регистра опред. разрядностью. Все регистры делятся на 4 группы: 1 Универсальные или регистры общего назначения- хранят данные. А, В, С, D, кажд. из этих регистров можно использовать для хранения данных. При этом можно работать как со всем регистром так и с его половиной. Каждый из этих универс. регистров можно использовать как специальный. А- регистр- аккумулятор- для ввода-вывода данных в микропроцессор, а при умножении и делении в нем хран-ся первое число, участвующее в операции и результат операции после завершения. В- для хранения начального адреса поля памяти при работе с массивом. С- регистр-счётчик- для подсчёта числа повторений в циклических операциях. D – использ-ся как расширение регистра аккумулятора при работе с 32-х разрядными числами и для хранения порта при операциях ввода-вывода. 2 Сегментные- для хранения начальных адресов полей памяти SS, DS, ES, CS.; 3 Регистры смещения- для хранения относит. адресов ячеек памяти внутри сегментов- адресные регистры IP, SP, BP. 4 Регистр флагов- регистр- признаков CF, PF, AFG, ZT. Стек – это область памяти, обращение к кот. происходит без адреса, т.е. в нулевую ячейку. Система команд- совокупность всех возможных команд, кот. может выполнять процессор. Кажд. команда хран-ся в ячейке памяти и имеет свой адрес. Все команды, кроме безадресной имеют одинаковую структуру, состоящ. из одинак. частей. 1 –код операции, определяющий, какую именно команду надо выполнить; 2 – адресная часть- опред-ет, где хран-ся операнды и куда нужно поместить результат операции. Сущ. базовая система команд, в кот. входят след-ие группы: 1 команды пересылки данных(MOV, IN. OUT), 2 Арифмет. команды(сложение, умножение, инкремент, декремент.), 3 Логические команды, 4 Команды обработки строковых данных, команды передачи управления(прерывания, условный и безусловный переход, переход с возвратом). 5 Команды управления(внеш. синхрониз-я). Параллельные регистры- запись числа в них осущ-ся параллельным кодом, т.е. во все разряды регистра одновременно. Последовательные- характериз-ся послед. записью числа, начиная с младшего или старшего разряда путём сдвига кода тактирующими импульсами. Паралл-послед-е- имеет входа как для параллельной так и для последовательной записи кода числа.

	

16 Накопители. Классификация. Принципы работы. Области применения

На гибком магнитном диске имеется индексный маркер, кот. отмечает начало каждого оборота диска. Инф-я записывается вдоль треков\дорожек. Нумерация начинается с внешнего трека с 0, кажд. трек разбит на сектора. Все дорожки разбиты на одинак. кол-во секторов. Сектор- Минималь блок инф-ии, кот. м.б. записан или считан с диска. Нумерация секторов начинается с 1. 1 сектор=512байт. Если накопитель имеет несколько рабочих поверхностей, то все дорожки, расположенные др. над др. на всех рабочих поверхностях образуют цилиндр. Кластер- группа смежных секторов. Файл на диске занимает целое число кластеров. Время доступа к инф-ии на диске склад-ся из: время перемещения магн. головки на нужную дорожку, время установки головки и затухания ее колебания, время ожидания, когда нужный сектор окажется под голоакой. ЖМД. Внеш. дорожка такого диска длиннее внутренней, поэтому использ-ся метод зонной записи. Все пространство диска делится на зоны. ЖД использ. 2 режима обмена данными с ОП: PIO и DMA. ЖД хар-ся скоростью вращения 7200об\мин. DVD- в этих дисках использ-ся однослойный SL и двухслойный DL, односторонняя SS и двухсторонняя DS запись. Накопители на магнитно-оптических дисках: CC-W – однократная запись CC-Е – перезаписываемая. Эти накопители м.б. внутренними и внешними. Отлич-ся высокой степенью надежности. Односторонние диски применяются для резервного копирования, при обработке графики и при видеомонтаже. ГД HD- запись с высокой плотностью, ED- сверхвысокая плотность. Стандартный формат: 80 дорожек на каждой стороне, на каждой дорожке 18 секторов по 512 байт или до 11 секторов по 1 кб. Флоппидиски- со сверх высокой плотностью записи. Ёмкость- 20-120 Мб. ZIP-дисководы: внутренние и внешние 100 и 250 Мб. Низкая надёжность.