1

1. Эволюция ЭВМ. Первое поколение ЭВМ: 1950-1960 годы. Второе поколение ЭВМ: 1960-1970 годы. Третье поколение ЭВМ: 1970-1980 годы. Четвертое поколение ЭВМ: 1980-1990 годы. Пятое поколение ЭВМ: 1990 год – настоящее время. Шестое и последующие поколения ЭВМ.

В первом поколении ЭВМ (1950-1960-е) логические схемы создавались на дискретных радиодеталях и электронных вакуумных лампах. В ОЗУ использовались магнитные барабаны, линии задержки, электронно-лучевые трубки. В качестве внешних запоминающих устройств применялись накопители на магнитных лентах, перфокартах, перфолентах и штекерные коммутаторы. Машины имели центральное устройство управления, обеспечивающее строго последовательную работу всех основных устройств. Программирование выполнялось в двоичной системе счисления на машинном языке. В 1956 был создан первый язык программирования высокого уровня для математических задач – Фортран, а в 1958 – универсальный язык Алгол. К первому поколению относятся ЭВМ UNIVAC, БЭСМ-2, первые модели ЭВМ «Минск» и «Урал».

Во втором поколении ЭВМ (1960-1970-е) логические схемы строились на дискретных полупроводниковых и магнитных элементах. Широко стал использоваться блочный принцип конструирования машин, который позволяет подключать к основным устройствам большое число внешних устройств. Тактовые частоты электронных схем повысились до сотен килогерц. Возросла надёжность ЭВМ – до нескольких сотен часов наработки на отказ. В ОЗУ использовались миниатюрные тороидальные ферритовые сердечники. Стали применяться внешние накопители на жёстких магнитных дисках и на флоппи-дисках. В 1964 году появился первый монитор IBM 2250. Появились первые ОС, языки низкоуровневого (ассемблеры) и высокоуровневого программирования (Фортран, Алгол, Кобол, Бейсик). ЭВМ второго поколения стали применяться для автоматизации процессов технологического и организационного управления. Стали успешно создаваться АСУП. К ЭВМ второго поколения относятся «Минск 22», «Минск 32», БЭСМ 4, БЭСМ 6, М 220, «Урал 14», «Урал 16».

Третье поколение (1970-1980-е): в конце 60-х годов интегральные схемы стали применяться в компьютерах. Тактовые частоты работы электронных схем повысились до единиц мегагерц. Снизились напряжения питания и потребляемая мощность. Существенно повысились надежность и быстродействие ЭВМ. В ОЗУ использовались миниатюрные ферритовые сердечники, ферритовые пластины и магнитные пленки. Появились сверхоперативные запоминающие устройства на триггерных регистрах и быстродействующая кэш-память. ОС поддерживает технологию использования вирутальной памяти. Первыми ЭВМ 3-го поколения стали модели систем IBM (ряд IBM 360) и PDP (PDP 1). В 1972 была создана ЭВМ класса суперкомпьютеров ILLIAC 4. В ЭВМ 3-го поколения значительное внимание уделяется уменьшению трудоёмкости программирования, эффективности исполнения программ в машинах и улучшению общения оператора с машиной. Большое внимание уделено повышению надёжности и достоверности функционирования ЭВМ – обеспечиваются использованием кодов с автоматическим обнаружением и исправлением ошибок. На основе машин 3-го поколения организуются и многочисленные информационно-вычислительные сети различного типа и назначения. В систему команд были введены многие операции работы с кодированной буквенной информацией и было введено поняте «байт». Модульная организация ЭВМ и модульное построение их ОС создали широкие возможности для изменения конфигурации вычислительных систем. Возникло понятие «архитектура» вычислительной системы.

Четвёртое поколение ЭВМ (1980-1990-е): Революционным событием стало создание больших и сверхбольших интегральных схем, микропроцессора и персонального компьютера. ОЗУ стала строится на интегральных CMOS-транзисторных схемах. Первый ПК создали Стив Джобс и Стефан Возняк в апреле 1976. В начале 1977 началось производство первого в мире ПК Apple. В 1981 фирмой Seagate был выпущен первый массовый винчестер емкостью 5 Мбайт, а также в этом году появился первый модем со скоростью передачи данных 2400 бит в секунду. Стали применяться микропроцессоры с RISC-архитектурой. В 1982 фирма Intel разработала первые микросхемы флеш-памяти. В 1990 был предложен первый ЖК-монитор. Разработаны ОС Unix и Linux. Появились эффективные системы ООП (Visual C++, Visual Basic и др.), существенно облегчающие труд программистов.

Пятое поколение ЭВМ (1990-настоящее время): кратко основную концепцию ЭВМ 5-го поколения можно сформулировать следующим образом:

1. Компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющий десятки последовательных инструкций программы.

2. Компьютеры с многими сотнями паралелльно работающих процессоров, позволяющих строить системы обработки данных и знаний, эффективные сетевые компьютерные системы.

Шестое и последующие поколения ЭВМ: электронные и оптоэлектронные компьютеры с массовым параллелизмом, нейронной структурой, с распределённой сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

2. Основные классы современных ЭВМ. Большие компьютеры. Малые компьютеры. Микрокомпьютеры. Суперкомпьютеры.

По принципу действия ЭВМ делятся на 3 больших класса: аналоговые, цифровые и гибридные. ЦВМ работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее в цифровой форме. АВМ работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, то есть в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (электр. напряжения). ГВМ работают с обоими видами информации.

По этапам создания и элементной базе ЭВМ делят на поколения:

- 1-е поколение, 50-е годы: ЭВМ на электронных вакуумных лампах;

- 2-е поколение, 60-е годы: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах);

- 3-е поколение, 70-е годы: компьютеры на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции;

- 4-е поколение, 80-90-е годы: компьютеры на больших и сверхбольших интегральных схемах, основная из которых микропроцессор;

- 5-е поколение, наст. время: компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющий десятки последовательных инструкций программы;

- 6-е и послед.поколения: оптоэлектронные компьютеры с массовым параллелизмом, нейронной структурой, с распределённой сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

По назначению компьютеры можно разделить на три группы: универсальные, проблемно-ориентированные, специализированные. По размерам и вычислительной мощности компьютеры можно разделить на: сверхбольшие, большие, малые, сверхмалые.

Параметр	Класс компьютеров
Параметр	Супер-комп.	Большие комп.	Малые комп.	Микро-комп.
Производительность, MIPS	1000-1000000	100-10000	10-1000	10-100
Емкость ОП, Мбайт	2000-100000	512-10000	128-2048	32-512
Емкость внешнего ЗУ, Гбайт	500-50000	100-10000	20-500	10-50
Разрядность, бит	64-256	64-128	32-128	32-128

Большие компьютеры называют мэйнфреймами. Основные направления эффективного применения мэйнфреймов – решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и их ресурсами. Родоначальником являются машины фирмы IBM. Модели IBM 360 и IBM 370 взяты за основу и при создании отечественной системы больших машин ЕС ЭВМ.

Малые компьютеры – надёжные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями. Они ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов. Успешно применяются для вычислений в многопользовательских вычислительных системах, в системах автоматизированного проектирования, в системах моделирования несложных объектов, в системах ИИ. Родоначальником можно считать компьютер PDP-11.

Микрокомпьютеры весьма многочисленны и разнообразны. Среди низ монжо выделить несколько подклассов: многопользовательские микрокомпьютеры, персональные компьютеры, рабочие станции, серверы, сетевые компьютеры.

К Суперкомпьютерам относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов – десятки миллиардов операций в секунду. Первый суперкомпьютер был создан в 1972 году – машина ILLIAC IV с производительностью 20 Мфлопс. Начиная с 1975 года лидерство захватила фирма Cray Research. В настоящее время в мире насчитывается несколько тысяч суперкомпьютеров, начиная от простых офисных Cray EL до мощных Cray 3, Cray 4, Cray Y-MP c90, Cyber 205, SX-3, SX-X. В России были спроектированы и выпущены такие суперкомпьютеры как «Электроника СС БИС», ЕС 1191, ЕС 1195, «Эльбрус». Суперкомпьютеры создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем, которые имеют несколько разновидностей:

- магистральные – процессор одновременно выполняет разные операции над последовательным потоком команд.

- векторные – все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными.

- матричные – микропроцессор одновременно выполняет разные операции над последовательными потоками обрабатываемых данных.

3. Микропроцессоры. Микропроцессоры типа CISC. Эффективные технологии МП Intel. Микропроцессоры типа RISC и VLIW.

Микропроцессор (МП) – функционально законченное программно управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или несколько больших или сверхбольших интегральных схем. МП выполняет следующие функции: вычисление адресов команд и операндов, выборку и дешифрацию команд из основной памяти, обработку данных и их запись в ОП, переход к следующей команде. Основными параметрами МП являются: разрядность, рабочая тактовая частота, размер кэш-памяти, состав инструкций и др. Первый МП был выпущен в 1971 году фирмой Intel – МП 4004. Все МП можно разделить на группы: CISC с полным набором системы команд, RISC – с усеченным набором системы команд, VLIW – со сверхбольшим командным словом, MISC – с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием.

МП типа CISC: большинство современных ПК используют МП типа CISC, выпускаемые многими фирмами Intel, AMD, Cyrix, IBM и т.д. Модели фирмы Intel: 4004, 8080, 8086, 8088, 80186, 80286, 80386, 80486, Pentium, PPentium Pro, Pentium MMX, Pentium II, Celeron, Pentium III, Pentium 4.

Эффективные технологии МП Intel:

1. Технология HT – технология Hyper Treading реализует многопотоковое исполнение программ: на одном физическом процессоре можно одновременно исполнять два задания или два потока команд одной программы. На базе одного МП формирует два или более логических процессора, работающих параллельно и независимо. Обеспечивает повышение производительности до 30%. Для поддержки этой технологии необходимы материнские платы с соответствующим BIOS и с чипсетами Intel 845 PE и GE, Intel 865, 875, 915, 925, а также многозадачные ОС Windows XP, Linux.

2. Технология гиперконвейерной обработки – повышает пропускную способность конвейера, обеспечивая увеличение производительности и тактовой частоты.

3. Кэш-память уровня L1 с отслеживанием выполнения команд – поддерживается увеличенный до 16 Мбайт объём кэш-памяти данных и кэш-память с отслеживанием выполнения команд, которая хранит до 12000 микроопераций в порядке их выполнения. Это повышает производительность МП, в частности, из-за быстрого доступа к командам ветвления и ускоренного возврата из ветвлений, которые были неверно спрогнозированы.

4. Расширенные функции выполнения команд – имеется микроблок улучшенного динамического выполнения команд, имеющий в том числе и усовершенствованный алгоритм предсказания ветвлений.

5. Расширенные функции выполнения операций – имеется микроблок с расширенными до 128 байт регистрами операций с плавающей запятой и дополнительный регистр для передачи данных, что увеличивает производительность МП при работе с плавающей запятой и выполнении мультимедийных приложений.

6. Потоковые SIMD-расширения SSE3 – в них были добавлены инструкции, улучшающие синхронизацию мультимедиа потоков и повышающих производительность при работе с видео- и аудиоинформацией, в том числе с речью и графикой.

7. Технология RAID – простота организации RAID-массивов, то есть поддержка функционирования нескольких параллельно работающих и дублирующих друг друга винчестеров. Два диска содержат зеркальную копию друг друга, переключение между дисками выполняется очень быстро и незаметно для пользователя.

Микропроцессоры типа RISC: они содержат только набор простых, чаще всего встречающихся команд. При необходимости выполнения более сложных команд в МП производится их автоматическая сборка из простых. Все простые команды имеют одинаковый размер и на выполнение каждой из них тратится один машинный такт. Один из первых МП типа RISC – ARM: 32-разрядный МП, имеющий 118 различных команд. Микропроцессоры типа RISC характеризуются очень высоким быстродействием, но они программно не совместимы с CISC-процессорами: при выполнении программ они могут лишь эмулировать МП типа CISC на программном уровне, что приводит к резкому уменьшению их эффективной производительности.

Микропроцессоры типа VLIW: это сравнительно новый и перспективный тип МП. Их выпускают фирмы: Transmeta – Crusoe моделей TM3120, TM5400, TM5600; Intel – модель Mersed; Hewlett-Packard (HP) – модель McKinley. Программисты доступа к внутренним VLIW-командам не имеют: все программы, даже ОС работают поверх специального низкоуровнего ПО, которое ответственно за трансляцию команд CISC-микропроцессоров в команды VLIW. МП типа VLIW вместо сложной схемной логики опираются на ПО. Упрощение аппаратуры позволило уменьшить габариты МП и потребление энергии.

4. Физическая и функциональная структура микропроцессора. Устройство управления. АЛУ. Микропроцессорная память. Интерфейсная часть МП.

Физическая структура МП достаточно сложна. Ядро процессора содержит главный управляющий и исполняющий модули – блоки выполнения операций над целочисленными данными. К локальным управляющим схемам относятся: блок плавающей запятой, модуль предсказания ветвлений, модуль преобразования CISC-инструкций во внутренний RISC-микрокод, регистры микропроцессорной памяти, регистры кэш-памяти 1 уровня, шинный интерфейс и др. Функционально МП можно разделить на две части:

- операционную часть, содержащую устройство управления, арифметико-логическое устройство и микропроцессорную память.

- интерфейсную часть, содержащую адресную регистры МПП; блок регистров команд – регистры памяти для хранения кодов команд, выполняемых в ближайшие такты; схемы управления шиной и портами.

Обе части МП работают параллельно, интерфейсная часть опережает операционную.

Устройство управления (УУ) – является функционально наиболее сложным устройством ПК – оно вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам инструкций во все блоки машины. В него входят: регистр команд, дешифратор операций, ПЗУ, узел формирования адреса, кодовые шины данных, адреса и инструкций. В общем случае УУ формирует управляющие сигналы для следующих процедур: выборки из регистра-счетчика IP адреса команды МПП и адреса ячейки ОЗУ; выборки из ячеек ОЗУ кода очередной команды и приема считанной команды в регистр команд; расшифровки кода операции и признаков выбранной команды; считывания из регистра команд и регистров МПП отдельных составляющих адресов операндов, участвующих в вычислениях; записи результатов операции в память; формирования адреса следующей команды программы.

АЛУ: предназначено для выполнения арифм. и логич. операций преобразования информации. В простейшем варианте состоит из двух регистров, сумматора и схем управления. АЛУ выполняет арифметические операции только над целыми двоичными числами, в другом случае привлекается математический сопроцессор или специальные программы.

Микропроцессорная память: включает в себя запоминающие регистры. Все регистры можно разделить на 4 группы:

- универсальные регистры: AX, BX, CX, DX – каждый из них может использоваться для временного хранения любых данных, можно работать с регистром целиком, а можно с его половиной.

- сегментные регистры: CS, DS, SS, ES – используются для хранения начальных адресов полей памяти, отведенных в программах для хранения.

- регистры смещения: IP, SP, BP, SI, DI – предназначены для хранения относительных адресов ячеек памяти внутри сегментов.

- регистр флагов: FL – содержит флаги, управляющие прохождением программы в ПК; флаги работают независимо друг от друга, и лишь для удобства помещены в единый регистр.

Интерфейсная часть МП: предназначена для связи и согласования МП с системной шиной ПК, а также для приема, предварительного анализа команд выполняемой программы и формирования полных адресов операндов и команд. Включает в состав: адресные регистры МПП, узел формирования адреса, блок регистров команд, внутреннюю интерфейсную шину МП, схемы управления шиной и портами ввода-вывода.

5. Системные платы и чипсеты. Разновидности системных плат. Чипсеты системных плат.

Системная или материнская плата – это часть компьютера, содержащая его основные электронные компоненты. Сущ. две основные разновидности конструкции системной платы:

- все микросхемы жестко закреплены

- компоненты устанавливаются на доп. платах в специальные разъемы (слоты) – компьютеры, использующие такую технологию, относятся к выч. системам с шинной архитектурой. На системной плате расположены:

- разъём для подключения микропроцессора;

- набор системных микросхем (чипсет), обеспечивающих работу микропроцессора и других узлов машины;

- микросхема постоянного запоминающего устройства, содержащего программы базовой системы ввода-вывода;

- микросхема энергонезависимой памяти CMOS;

- микросхемы кэш-памяти 2-го уровня или 3-го уровня;

- разъемы для подключения модулей ОЗУ;

- наборы микросхем и разъемы для системных, локальных и периферийных интерфейсов;

- микросхемы мультимедийных устройств и т.д.

Разновидности системных плат: в наст. время много фирм выпускают системные платы, различающиеся и конструктивно, и по типу поддерживаемых микропроцессоров и по тактовой частоте работы, и по величине рабочих напряжений. Важным параметром системной платы является тактовая частота (FSB) – этот параметр особенно сильно влияет на производительность ПК, выполняющего задания, связанные с процедурами пересылки информации. Socket 423, 428, 370, LGA 775 – процессорные разъёмы, уст. на материнской плате. Спецификация разъема определяет как сам конструктив разъема, так и назначение контактов, порядок взаимодействия с шинами данных, с оперативной памятью и т.д. Существуют различные базовые типоразмеры (форм-факторы) плат: Full-size AT, Baby AT, LPX, ATX, BTX и др. Системные платы поддерживают разные виды интерфейсных системных, локальных и периферийных шин. От состава поддерживаемых шин, количества слотов для этих шин, имющихся на СП, существенно зависит эффективность работы ПК в целом.

Чипсеты системных плат: - главный несменяемый компонент системных плат. Тип набора системных микросхем определяет функциональные возможности платы:

- типы поддерживаемых процессоров;

- структуру и объём кэш-памяти;

- возможные сочетания типов и объемов модулей памяти;

- поддержку режимов энергосбережения;

- возможность программной настройки парамтеров и т.п.

Современные системные наборы состоят из двух базовых микросхем с условными именами «северный мост» и «южный мост». Северный мост обеспечивает управление шиной оперативной памяти, интерфейсными шинами PCI, AGP и системной шиной МП, поэтому его часто называют Memory Controller Hub. Южный мост имеет в своем составе контроллеры дисководов, клавиатуры, мыши, управляет интерфейсными шинами IDE/ATA, SCSI, USB, SATA, SAS, IEEE 1284, PCI Express x1, его часто называют I/O Conroller Hub.

6. Интерфейсная система ПК. Шины расширений. Локальные шины. Периферийные шины. Семейство последовательных интерфейсов PCI Express.

Интерфейс – совокупность средств сопряжения и связи, обеспечивающая эффективное взаимодействие систем или их частей. Все интерфейсы ЭВМ можно разделить на внутримашинные и внешние. Внутримашинный интерфейс – система связи и сопряжения узлов и блоков компьютера между собой; внешние интерфейсы обеспечивают связь компьютера с внешними устройствами и другими компьютерами. В подавляющем большинстве ПК в качестве современного интерфейса используется системная шина. Шина – совокупность линий связи, по которым информация передается одновременно. Под основной или системной шиной понимается шина между процессором и подсистемой памяти. Шины характеризуются разрядностью и частотой. Разрядность, или ширина шины – количество линий связи в шине, то есть число битов, которое может быть передано по шине одновременно. Тактовая частота шины – частота, с которой передаются последовательные биты информации по линиям связи. В качестве системной шины могут использоваться: шины расширений – шины общего назначения, позволяющие подключать большое число самых разнообразных устройств; локальные шины – часто специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определённого класса, преимущественно видеосистем. Широко используются также периферийные шины – интерфейсы для внешних запоминающих и многочисленных периферийных устройств.

Шины расширений:

- шина PC/XT – 8-разрядная шина данных, 20-разрядная шина адреса, тактовая частота 4.77 МГц, 4 линии аппаратных прерываний, 4 канала для прямого доступа в память, использовалась с МП 8086, 8088;

- шина PC/AT – 16-разрядная шина данных, 24-разрядная шина адреса, тактовая частота 8 МГц, 7 линий аппаратных прерываний, 4 канала для прямого доступа в память, использовалась с МП 80286;

- шина ISA представлена в двух версиях: для IBM PC/XT и для PC AT;

- шина EISA – 32-разрядная шина данных, 32-разрядная шина адреса, тактовая частота 8-10 МГц, функциональное и конструктивное расширение ISA;

- шина MCA – 32-разрядная шина, тактовая частота 10-20 МГц, созданная IBM для машин PS/2.

Локальные шины: - шины, подключаемые непосредственно к шине МП, работающие на тактовой частоте МП и обеспечивающие связь с некоторыми скоростными внешними по отношению к МП устройствами: основной и внешней памятью, видеосистемами и т.д.

- шина VLB – 1992 год, разрядность шины для данных – 32 бита, для адреса 30 бит, реальная скорость передачи данных по VLB – 80 Мбайт\с.

- шина PCI – самый распр. и универсальный интерфейс для подключения различных устройств. Базовая версия разработана в 1991 году, тактовая частота PCI 1.0 33 МГц, разрядность шины для данных – 32 бита, для адреса 32 бит, теоретическая пропускная способность 132 Мбайт\с. Шина является независимой от процессора и может работать параллельно с шиной процессора, не обращаясь к ней за запросами.

- шина AGP – интерфейс для подключения видеоадаптера к отдельной магистрали AGP, имеющей выход непосредственно на системную память. Шина AGP может работать с частотой системной шины до 133 МГц и обеспечивает пропускную способность в режиме AGP4x 1066 Мбайт. Имеет два режима работы: DMA и execute. В DMA основной памятью является память видеокарты. В Execute системная и локальная память логически равноправны.

Периферийные шины: обеспечивают связь центральных устройств с внешними устройствами (мышь, сканер и т.д.). Отличаются большим разнообразием. Периферийные шины IDE, ATA, EIDE, SCSI используются чаще всего в качестве интерфейса только для внешних запоминающих устройств. Существует много модификаций и расширений интерфейсов ATA/IDE:

- Fast ATA-2 или Enhanced IDE – поддерживает емкость диска до 2500 Мбайт и скорость обмена до 16.7 Мбайт\с.

- ATAPI – стандарт, созданный, чтобы напрямую подключать к интерфейсу АТА не только жесткие диски, но и дисководы CD-ROM, стримеры, сканеры и т.д. Современные версии интерфейса ATA/ATAPI-5, ATA/ATAPI-6 по протоколам UDMA/66 и UDMA/100 обеспечивают пиковую пропускную способность 66 и 100 Мбайт\с.

- UDMA – режим прямого доступа к памяти.

- SCSI является более сложным и мощным интерфейсом – упрощенным вариантом системной шины компьютера.

- RS-232 – интерфейс обмена данными по последовательному коммуникацинному порту (СОМ-порту). С его помощью подключаются и работают модем, мышь и т.д.

- IEEE 1284 – стандарт, описывающий спецификации параллельных скоростных интерфейсов SPP, ЕРР, ЕСР, как правило используемых для подключения через параллельные порты компьютера (LPT-порты) принтеров, сканеров, камер и т.д.

Семейство последовательных интерфейсов PCI Express: PCI Express использует совокупность независимых последовательных каналов передачи данных. Пропускная способность одного канала 200 Мбайт\с. Есть 1,2,4,8,16 и 32-канальные версии. PCI Express X1 может быть использован для любых карт расширения, PCI Express x8 и x16 – только для видеокарт.

7. Запоминающие устройства ПК. Статическая и динамическая оперативная память. Кэш-память. Основная память. ОЗУ. ПЗУ.

ПК имеют четыре уровня памяти: микропроцессорная память (МПП), регистровая кэш-память, основная память (ОП), внешняя память (ВЗУ). Быстродействие первых трех типов запоминающих устройств измеряется временем обращения к ним, а быстродействие ВЗУ временем доступа и скоростью считывания.

Оперативная память может составляться из микросхем динамического (DRAM) или статического (SRAM) типа. Память статического типа обладает более высоким быстродействием, но дороже. В статической памяти элементы построены на различных вариантах триггеров. Она используется в качестве микропроцессорной и буферной. В динамической памяти ячейки построены на основе полупроводниковых областей, занимающих меньшую площадь, чем триггеры, и практически не потребляющих энергии при хранении. Ячейки динамичекой памяти имеют большее время срабатывания. Динамическая память используется для построения оперативных запоминающих устройств основной памяти ПК.

Регистровая кэш-память – высокоскоростная память, являющаяся буфером между ОП и МП и позволяющая увеличить скорость выполнения операций. Регистры кэш-памяти недоступны для пользователя. По принципу записи результатов в оперативную память различают два типа кэш-памяти:

- «с обратной записью» - результаты операций сначала фиксируются, а потом контроллер кэш-памяти перезаписывает их в ОП;

- «со сквозной записью» - результаты операций одновременно записываются и в кэш-память и в ОП.

Основная память содержит оперативное (RAM) и постоянное (ROM) запоминающие устройства. ОЗУ предназначено для хранения информации, непосредственно участвующей в вычислительном процессе в текущий интервал времени. ОЗУ – энергозависимая память. Модули ОЗУ устанавливаются в специальные разъемы – слоты на системной плате. В одну группу разъемов можно ставить лишь блоки одинаковой емкости. Типы ОЗУ: DIP, SIP, SIPP, SIMM, DIMM, RIMM. Типы оперативной памяти: FPM DRAM, RAM EDO, BEDO DRAM, SDRAM, DDR SDRAM, DRDRAM и т.д.

ПЗУ используется для хранения неизменяемой информации. ПЗУ - энергонезависимые устройства. По технологии записи информации ПЗУ бывают:

- программирумые только при изготовлении – ROM;

- программируемые однократно в лабораторных условиях – PROM;

- программируемые многократно – EPROM, EEPROM (флеш-память).

8. Внешние запоминающие устройства. Файлы, их виды и организация. Накопители на жестких магнитных дисках. Накопители на гибких магнитных дисках. Перспективные технологии записи информации.

Устройства внешней памяти очень разнообразны: накопители на гибких магнитных дисках; накопители на жестких магнитных дисках; накопители на флоптических дисках; накопители сверхвысокой плотности записи – VHD-накопители; накопители на оптических компакт-дисках – CD-ROM; накопители на магнитооптических дисках; накопители на цифровых видеодисках – DVD и др.

Кроме информационной ёмкости дисковые накопители характеризуются временем доступа и скоростью считывания последовательно расположенных байтов. Диски относятся к машинным носителям информации с прямым доступом.

Файлом называется именованная совокупность данных на внешнем носителе информации. Также файл – именованная область внешней памяти, выделенная для хранения массива данных. Файловой системой называется совокупность программ, обеспечивающая выполнение операций над файлами. Сущ. десятки файловых систем: FAT16, FAT32, FAT12, NTFS, HPFS, Ext2FS и др. С каждым файлом связываются: полное имя файла, атрибуты файла, дата создания файла, время создания файла, длина файла. Полное имя файла состоит из идентифицирующей части – имени файла, - и классифицирующей – расширения. В имени файла может быть от 1 до 255 символов. Расширение отделяется от имени файла точкой. Примеры стандартных расширений: EXE, COM, BAT, SYS, BAS, PRG, ASM, TXT, DOC, XLS, ZIP. Атрибут – это классифицирующий файл признак, определяющий способ его использования, права доступа к нему и т.д: R – файл только для чтения, H – скрытый файл, S – системный файл, A – еще не архивированный файл. Основой логической организации файловой системы являются каталоги. Каталог – специальный файл, в котором регистрируются другие файлы. В каталоге содержится вся информация о входящих файлах и в каком месте диска они расположены. Каталог может входить в другой каталог. Файловая система обеспечивает формирование иерархической многоуровневой файловой структуры, в корне которой находится корневой каталог, а узлами и листьями являются каталоги и файлы.

Накопители на жестких магнитных дисках (HDD) – устройства, предназначенные для длительного хранения информации. Распространение получили накопители типа винчестер. В них один или несколько жестких дисков вместе с блоком магнитных головок помещены в герметически закрытый корпус. Есть два режима обмена данными между HDD и ОП: Programmed Input/Output – программируемый ввод\вывод и Direct Memory Access – прямой доступ к памяти. В PIO перемещение данных между жестким диском и оперативной памятью происходит с участием центрального процессора. В DMA винчестер общается с оперативной памятью напрямую, перехватывая управление шиной. Время доступа к информации на диске напрямую связано со скоростью вращения дисков. Стандартные скорости для IDE – 3600, 4500, 5400, 7200 оборотов/мин. Большое распространение получили переносные накопители – от обычных HDD до твердотельных дисков. В серверных машинах применяют RAID – дисковые массивы – для обеспечения достоверности информации и повышения надежности работы системы.

Накопители на гибких магнитных дисках – устройства, предназначенные для записи и чтения информации с гибких магнитных дисков (дискет). Стандартные ГМД имеют форм-фактор 3.5 дюйма, а емкость в пределах от 180 Кбайт до 2.88 Мбайт. Основными компонентами 3.5 дюймового флоппи-дисковода являются: дискетная рама, шпиндельный двигатель, обеспечивающий вращение диска в 300 оборотов/мин, блок головок с приводом и плата электроники. Запись осуществляется методом модифицированной частотной модуляцию. Данные содержат помимо данных пользователя служебную информацию: домаркерный промежуток, маркер начала дорожки, послемаркерный промежуток, маркер сектора, контрольные коды, адрес дорожки и др.

Перспективные технологии записи информации – это флеш-диски. Они энергонезависимы, возможна многократная перезапись, считывание и запись информации производится электрическими сигналами – бесшумно, обладают высочайшей надежностью – среднее время наработки на отказ более миллиона часов, устойчивы к механическим ускорениям и вибрациям, работают в широком диапазоне температур, небольшого размера.

9. Видеотерминальные устройства. Мониторы на жидкокристаллических индикаторах. Видеоконтроллеры

Видеотерминальные устройства предназначены для оперативного отображения текстовой, графической информации в целях визуального восприятия её пользователем. Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера (видеоадаптера). Видеоконтроллер предназначен для преобразования данных в сигнал, отображаемый монитором, и для управления работой монитора. Мониторы на жидкокристаллических индикаторах – это цифровые плоские мониторы. Они используют специальную прозрачную жидкость, которая при определенных напряжениях кристаллизуется, при этом изменяется её прозрачность, коэффициенты поляризации и преломления световых лучей. Так и формируется изображение. Конструктивно такой дисплей выполнен в виде двух электропроводящих стеклянных пластин, между которыми помещается тончайший слой такой кристаллизующейся жидкости. LCD бывают с активной и пассивной матрицами. В пассивной матрице каждый элемент экрана (пиксель) выбирается на перекрестии координатных управляющих прозрачных проводов. В активной матрице есть свой управляющий транзистор, поэтому их называют TFT-экранами. Такие мониторы обеспечивают лучшее качество изображения и более высокую надежность. В пассивной матрице качественное изображение можно увидеть только с фронтальной позиции по отношению к экрану. Модели с акивной матрицей обеспечивают угол обзора 178 градусов. Время отклика у активной матрицы 12-30 мс против 300 мс для пассивной матрицы.

Видеоконтроллер является внутрисистемным устройством, преобразующим данные в сигнал, отображаемый монитором, и непосредственно управляющим монитором и выводом информации на экран. Видеоконтроллер содержит графический контроллер, растровую оперативную память, микросхемы ПЗУ, цифроаналаговый преобразователь. Контроллер формирует управляющие сигналы для монитора и управляет выводом закодированного изображения из видеопамяти, регенерацией её содержимого, взаимодействием с ЦП. Основными компонентами специализированного процессора являются SVGA-ядро, ядро 2D-ускорителя, ядро 3D-ускорителя, видеоядро, контроллер памяти, интерфейс системной шины, интерфейс внешнего порта ввода/вывода. Процесс построения трехмерных компьютерных изображений имеет несколько этапов:

- определение состояния объектов;

- определение соответствующих текущему состоянию трехмерных моделей;

- разбиение этих моделей на простые элементы, чаще всего треугольники

- преобразование параметров примитивов в целочисленные значения, с которыми работают аппаратные компоненты;

- закраска примитивов (формирование текстур) и финальная обработка.

Текстура – это поверхность среза трехмерного объекта, фрагмент изображения, заносимый в примитив или на весь графический слой. Текстуры хранятся в буфере видеопамяти. Важная характеристика – емкость видеопамяти, она определяет количество хранимых в памяти пикселов и их атрибутов. Общепринятый стандарт формируют следующие видеоконтроллеры:

- MDA – монохромный дисплейный адаптер;

- MGA – монохромный дисплейный адаптер;

- CGA – цветной графический адаптер;

- EGA – улучшенный графический адаптер;

- VGA – видеографический адаптер;

- SVGA – улучшенный видеографический адаптер – наиболее исп. в наст. время. В основном используются чипсеты компаний nVidia и ATI.

10. Внешние устройства ПК. Клавиатура. Графический манипулятор «мышь». Принтеры, сканеры, плоттеры.

Клавиатура – устройство, с помощью которого осуществляется ввод данных, команд и управляющих воздействий в ПК. На клавишах нанесены буквы алфавитов, десятичные цифры, графические и специальные символы, знаки препинания, наименования некоторых команд и функций и т.д. В зависимости от ПК количество, назначение и размещение клавиш может меняться. Существует понятие регистра – верхний/нижний и латиница/кириллица. Блок клавиатуры выполнен автономно от основной платы компьютера и содержит помимо клавиатуры контроллер клавиатуры, состоящий из буферной памяти и схемы управления. При нажатии и отпускании клавиши в буферную память контроллера клавиатуры поступает код нажатия или отпускания в седьмой бит байта и номер клавиши или её SCAN-код в остальные семь битов.

Мышь представляет собой электронно-механическое или электронное устройство, с помощью которого осуществляется дистанционное управление курсором на экране монитора. В оптических мышах отсутствует механическая часть, а считывание движения мыши по поверхности оптическое – оптический датчик канализирует отраженный от поверхности луч света и преобразует его параметры в последовательность импульсов. Количество кнопок в мышах различается. От двух кнопок до десятка и более. В наст. время выпускаются мыши с интерфейсом COM, PS/2, USB, Bluetooth и IrDA.

Принтеры – устройства вывода данных из компьютера, преобразующие ASCII-коды и битовые последовательности в соответствующие им символы и фиксирующие их на бумаге. Насчитывается более 1000 различных модификаций принтеров. Различаются по цветности, способу формирования символов (знакопечатающие и знакосинтезирующие), принципу действия (матричные, струйные, лазерные, термические), ширине каретки, длине печатной строки, набору символов, скорости печати, разрешающей способности. Могут работать в текстовом режиме (посылаются коды символов, которые следует распечатать) и в графическом (пересылаются коды, определяющие последовательность и местоположение точек изображения).

Сканер – устройство ввода информации в компьютер непосредственно с бумажного документа. Создает копию изображения в электронном виде. В цветных сканерах используется модель RGB: сканируемое изображение освещается через вращающийся RGB-светофильтр или последовательно зажигаемыми тремя цветными лампами. Сигнал, соответствующий каждому основному цвету, обрабатывается отдельно. Число передаваемых цветов колеблется от 256 до 65536 (стандарт HighColor), и даже до 16,7 млн (стандарт TrueColor). Разрешающая способность сканеров измеряется в количестве различаемых точек на дюйм изображения и составляет от 300 до 9600 dpi. Качество сканирования зависит от типа используемых в сканере датчиков: CCD – прибор с зарядовой связью или CIS – контактный сенсор образа. CIS – системы дешевле и долее быстродействующие, но менее качественно передают изображение. По конструктивному исполнению сканеры бывают ручные и настольные.

Плоттеры (графопостроители) – устройства вывода графической информации (чертежей, схем, рисунков, диаграмм) из компьютера на бумажный или иной вид носителя. Плоттеры бывают двух типов:

- векторного, в которых пишущий узел может перемещаться относительно бумаги сразу по двум координатам, и изображение на бумаге создается непосредственно вычерчиванием нужных прямых и кривых в любых направлениях;

- растрового, в которых пишущий узел одновременно перемещается только в одном направлении, а изображение формируется строка за строкой.

По принципу действия плоттеры бывают перьевые, струйные, лазерные, термографические, электростатические.