Презентация - Магистрально-модульный принцип построения компьютера - Устройство компьютера. Магистрально модульный принцип построения компьютера реферат

Реферат - Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Компьютер (ЭВМ) — это универсальное электронное программно-управляемое уст­ройство для хранения, обработки и передачи информации.

Архитектура ЭВМ — это общее описание структуры и функций ЭВМ на уровне, дос­таточном для понимания пользователем принципов работы и системы команд ЭВМ. Ар­хитектура не включает в себя описание деталей технического и физического устройства компьютера.

Основные компоненты архитектуры ЭВМ:

- процессор,

- внутренняя (основная) память,

- внешняя память,

- устройства ввода,

- устройства вывода.

Самым массовым типом ЭВМ в настоящее время является персональный компьютер (ПК). ПК — это малогабаритная ЭВМ, предназначенная для индивидуальной работы пользователя и оснащенная удобным для пользователя (дружественным) программным обеспечением.

Основным устройством компьютера является микропроцессор (МП). Это миниатюрная электронная схема, созданная путем очень сложной технологии и выполняющая функ­цию процессора ЭВМ. Процессор находится внутри системного блока на материнской плате, там же располагается и внутренняя память компьютера. Внутри системного блока также помещаются: блок питания, дисководы, контроллеры внешних устройств. Систем­ный блок обычно снабжен внутренним вентилятором для охлаждения.

Кроме системного блока в обязательный минимальный комплект ПК входят клавиа­тура и монитор (дисплей). Дополнительно к ПК могут быть подключены: принтер, мани­пулятор типа "мышь", модем, сканер и др.

Все устройства ПК, кроме процессора и внутренней памяти, называются внеш­ними устройствами.

Каждое внешнее устройство взаимодействует с процессором через специаль­ный блок, который называется контроллером (от англ, controller — контролер, управляю­щий). Другое название — адаптер.

Практически все модели современных ПК имеют магистральный тип архитектуры (в том числе самые распространенные в мире IBM PC, а также Apple Macintosh). Ниже представ­лена схема устройства компьютеров, построенных по магистральному принципу (рис.1).

Системный блок

Процессор

Внутр.память

Информационная магистраль (шина)

монитор

дисковод

клавиатура

принтер

Рис.1

Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через ин­формационную магистраль (другое название — общая шина). Магистраль — это кабель, со­стоящий из множества проводов. По одной группе проводов (шина данных) передается обрабатываемая информация, по другой (шина адреса) — адреса памяти или внешних уст­ройств, к которым обращается процессор. Есть еще третья часть магистрали — шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности уст­ройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др.) Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине (как письмо сопровождается адресом на конверте). Это может быть адрес ячейки в оперативной памяти или адрес (номер) периферийного устройства.

В современном ПК реализован принцип открытой архитектуры. Этот принцип по­зволяет менять состав устройств (модулей) ПК. К информационной магистрали могут подключаться дополнительные периферийные устройства, одни модели устройств могут заменяться на другие. Возможно увеличение внутренней памяти, замена микропроцессо­ра на более совершенный. Аппаратное подключение периферийного устройства к маги­страли осуществляется через специальный блок — контроллер (адап­тер). Программное управление работой устройства производится через программу — драйвер, которая является компонентом операционной системы (ОС).

В целом ОС – ^ ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА – это комплекс служебных программ, обеспечивающих наилучшее (оптимальное) управление всеми устройствами и ресурсами компьютера. Наиболее распространенная сегодня ОС – это Windows фирмы Microsoft.

^ Процессор и его характеристики

Процессор — это центральное устройство компьютера. Назначение процессора:

- управлять работой ЭВМ по заданной программе;

- выполнять операции обработки информации.

Процессор выполняет команды на языке машинных команд в двоичном коде.

Тактовая частота

Процессор работает в тесном контакте с микросхемой, которая называется генерато­ром тактовых частот (ГТЧ). ГТЧ вырабатывает периодические импульсы, синхронизи­рующие работу всех узлов компьютера. Это своеобразный метроном внутри компьютера. В ритме этого метронома работает процессор.

^ Тактовая частота равна количеству тактов в секунду. Такт — это промежуток времени между началом подачи текущего импульса и началом подачи следующего.

На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Ясно, что если "метроном стучит" быстрее, то и процессор работает быстрее. Тактовая частота измеряется в герцах — Гц. Частота 1 МГц соответствует миллиону тактов в 1 секунду. Частота 1 ГГц – 1000000000 Гц.

Следовательно, производительность ПК, т.е. быстрота выполнения операций, зависит от частоты.

Разрядность процессора

Разрядностью называют максимальное количество разрядов двоичного кода,

которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно.

Адресное пространство.

^ Адресное пространство — это диапазон адресов (множество адресов), к которым может обратиться процессор, используя адресный код. Если адресный код содержит п бит, то размер адресного пространства равен 2п байтов. Обычно размер адресного кода равен количеству линий в адресной шине (разрядности адресной шины). Например, если компьютер имеет 16-разрядную адресную шину, то адресное пространство его про­цессора равно 216 = 64 Кбайт, а при 32-разрядной адресной шине адресное пространство равно 232 = 4 Гбайт.

^ Организация памяти компьютера

Всю память компьютера можно разделить на

Внутренняя

(оперативная, основная)

Внешняя

Обладает наибольшей скоростью

обмена информации

Предназначена для кратковременного

хранения информации

При выключении ПК вся информация в

оперативной памяти стирается

Гибкие магнитные диски (дискеты)

Жесткие магнитные диски (винчестер)

Лазерные диски (CD, DVD)

Флэш-память или карты памяти

В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопителях на жестких дисках магнитных дисках (НЖМД), или т.н. винчестерах, в основу записи, хранения и считывания информации положен магнитный принцип. В лазерных дисководах – оптический принцип.

Гибкие магнитные диски (ГМД)

Предназначены для переноса документов и программ с одного компьютера на дру­гой, хранения архивных копий и информации, не используемой постоянно на компьюте­ре. Наиболее популярны гибкие диски (дискеты) размером 3,5 дюйма. Диски называются гибкими потому, что пластиковый диск, расположенный внутри защитного конверта, действительно гнется. Именно поэтому защитный конверт изготовлен из твердого пластика. ГМД имеют скорость вращения 300—360 об/мин.

Информация записывается с двух сторон по дорожкам, которые представляют собой концентрические окружности. Каждая дорожка разделена на секторы (рис. 2). Объем дискеты зависит от количества дорожек и секторов, а также от плотности записи инфор­мации. Стандартная емкость трехдюймовой дискеты составляет 1,44 Мбайт.

Запись и считывание информации в дисководах осуществляется с помощью магнитных головок. Поэтому дискету необходимо оберегать от магнитных полей (проверка сумок в аэропорту). Это самое медленное устройство компьютера. На дискете есть «окошко». Если оно открыто, то на дискету запись не произвести.

Дорожка

Сектор

Рис. 2. Разметка поверхности гибкого диска

Процесс разметки диска на дорожки и сектора называется форматированием.

Некоторые программы форматирования позволяют разметить дискету на нестандартный объем ( 1,7 Мбайт).

Жесткий магнитный диск (ЖМД), или винчестер

Предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером (программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, текстовых редакторов и т. д.). Современные ЖМД имеют скорость вращения 7200 об/мин. Время доступа к информации от 60 до мс. Жесткие магнитные дис­ки — это часто несколько дисков на одной оси, головки считывания/записи передвига­ются сразу по всем поверхностям. Информационная емкость — до 400 Гбайт и выше.

Жесткие диски имеют преимущества перед гибкими дисками по па­раметрам:

- объем жестких дисков существенно выше;

- скорость обмена информацией в 10 раз выше.

- надежность – время наработки на отказ 5-18 лет.

Лазерные диски

Диски CD-ROM (Compact Disk Read Only. Memory — только для чтения) обладают емкостью 650 Мбайт, высокой надежностью хранения информации, долго­вечностью (прогнозируемый срок службы диска при качественном исполнении — до 30—50 лет). Информация на лазерном диске записана на одну спиралевидную дорожку, идущую от наружного края диска к внутреннему. Информация на дорожке создается мощным лазерным лучом, выжигающим на поверхности диска впадины, и представляет собой чередование впадин и выступов. При считывании информации выступы отражают свет лазерного луча и воспринимаются как единица (1), впадины не отражают луч и, со­ответственно, воспринимаются как ноль (0).

Скорость доступа к данным достаточно низкая и составляет 150 мс.

Скорость передачи данных, определяемая скоростью вращения диска и плотностью записываемых на нем данных, составляет не менее 170 Кбайт/с и доходит до 1,2 Мбайт/с. Скорость СD измеряется относительно односкоростного. Например, 10-скоростной имеет скорость в 10 раз больше, чем аудио СD.

Достоинство лазерных дисков — это их съемность (как дискеты) и достаточно боль­шой объем памяти (как у жестких дисков). А также нечувствительность к электромагнитным полям.

^ Устройства ввода/вывода информации

Устройства, с помощью которых информация или вводится в компьютер или выводится из него, называются внешними (периферийными) или устройствами ввода/вывода данных.

Устройства ввода информации

Клавиатура

Служит для ввода информации в ЭВМ и подачи управляющих сигналов. Клавиатура содержит стандартный набор клавиш печатающей машинки и некоторые дополнительные клавиши. Внутри нее имеется микросхема-шифратор, которая преобразует сигнал от конкретной клавиши в соответствующий данному знаку двоичный код.

Сканер

Предназначен для ввода в компьютер представленных в печатном виде текстовых и графических данных. Сканеры бывают ручными (которыми проводят сверху по листу), планшетными (лист кладется внутрь сканера) и барабанными (лист протягивается через сканер специальным барабаном).

Дигитайзер

Устройство для "оцифровки" изображений. Позволяет преобразовать изображение в цифровую форму для обработки на компьютере. Суть оцифровки: изображение сканиру­ется и каждой его точке присваивается координата и номер цвета. После ввода в компь­ютер изображение можно редактировать. Дигитайзер используется в системах обработки изображений, например в полиграфии, в архитектурном проектировании.

^ Графический планшет

Планшет со специальным покрытием, на которое можно положить лист бумаги, пи­сать и рисовать на нем, и все, что написано, будет введено в компьютер в виде изображения.

^ Цифровая фотокамера

Фотоаппарат, записывающий изображение не на фотопленку, а на одну из карт памяти. Изображение переводится в циф­ровую форму и хранится в памяти фотокамеры, фотокамера может хранить несколько сотен кадров. После съемки фотокамера присоединяется к компьютеру, кадры пере­писываются на винчестер и воспроизводятся на экране монитора. При желании их мож­но распечатать на принтере.

Манипуляторы

Служат для быстрого перемещения курсора по экрану. Наиболее распространенным среди них является манипулятор "мышь" (или просто мышь). Мышь имеет вид небольшой коробки, полностью умещающейся в ладони. Внутри корпуса имеется шар, который при движении мыши катится по поверхности и передает свое движение специальным роли­кам. Мышь связана с компьютером кабелем через специальный блок — адаптер, и ее движения трансформируются в соответствующие перемещения курсора по экрану дис­плея. Сверху устройства расположены управляющие кнопки (обычно их три), позволяю­щие задавать начало и конец движения, осуществить выбор меню и т. п.

Разновидности манипуляторов типа «мышь»: механическая и оптическая с проводом и беспроводная.

Трекбол напоминает механическую мышь, повернутую вверх ногами. В отличие от мыши трекбол не требует сво­бодного пространства около ЭВМ, его можно встроить в корпус машины.

Джойстик (от англ, joystick — палочка радости) представляет собой рукоятку с кноп­ками и применяется, как правило, для игр и тренажеров.

^ Чувствительный экран

Общение с ЭВМ осуществляется путем прикосновения пальцем к определенному месту чувствительного к прикосновениям экрана. Этим реализуется нужная команда, на­пример, выбирается необходимый режим или информация из меню, показанного на экране дисплея.

Модем

Используется для соединения компьютера с другими компьютерными системами через телефонную сеть. Пользователь, подключивший свой компьютер в такую сеть, получает доступ к практически неограниченному объему информации. Компьютерные сигналы — это сигналы постоянного тока. Телефонная сеть их передавать не может. Дляпреобразования компьютерных сигналов в сигналы, способные передаваться по телефонной сети (иными словами, для их модуляции — преобразования в комбинацию звуковых сигналов различной частоты), применяют специальное устройство, называемое модемом (сокращение слов МОдулятор — ДЕМодулятор). Модемы различаются скоростью передачи данных, которая может составлять 56 и более Кбод. Модемы по исполнению бывают встроенными в системный блок компьютера или внешними, подключаемыми к компьютеру через коммуникационный порт. По своему назначению модемы можно отнести как к устройствам ввода, так и к устройствам вывода информации.

Устройства вывода информации

Монитор

Устройство отображения информации на экране электронно-лучевой трубки или жидко-кристаллического дисплея. Монитор подключается к компьютеру с помощью видеокарты. Работает в одном из двух режимов — текстовом или графическом. В текстовом режиме экран состоит из строк и столбцов, например, в программе FAR можно задать режим работы 80 столбцов и 25 строк. В графическом режиме экран состоит из отдельных точек — пикселей). Каждый пиксель имеет свой цвет.

Современные компьютеры в основном оснащаются мониторами SVGA со следую­щими характеристиками: число цветов — от 65536 (16 бит) для ЖКмониторов до нескольких миллиардов; разрешение – до 2048x1536; размер экрана — 14, 15, 17, 19, 21 дюймов; кадровая частота от 60 до 120 и более Гц; расстояние между пикселями 0,24 мм.

Принтер

Устройство для вывода на бумагу текстов и графических изображений. В настоящее время используются несколько типов принтеров.

^ Матричный (или точечно-матричный) принтер. Принцип действия такого принтера

основан на том, что печатающая головка, содержащая металлические иголки, движется вдоль печатаемой строки. Иголки в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту — изображение формируется из отдельных точек. Красящая лента может быть намотана на катушку (как в пишущей машинке) или уложена в специ­альную коробку (картридж). Матричные принтеры — наиболее дешевые. Качество печати у них, как правило, невысокое. Скорость печати в среднем — 1 страница в минуту. Матричные принтеры редко бывают цветными.

В настоящее время используются в банках.

^ Струйный принтер. В принтерах этого типа мельчайшие капли краски выдуваются на бумагу через крошечные сопла. Эти принтеры обеспечивают достаточно высокое ка­чество печати. Скорость печати от 1 до двадцати страниц в минуту. Существуют цвет­ные и монохромные (черно-белые) струйные принтеры.

^ Лазерный принтер, В таких принтерах частицы краски переносятся со специального красящего барабана на бумагу посредством электрического поля. Чтобы красящий порошок закрепился, специальный механизм проводит бумагу через нагревательный элемент, и краска спекается. Качество печати — высокое. Разрешающая способность лазерных принтеров от 600 до 1200 точек на дюйм. Скорость печати в среднем — до 50 страниц в 1 минуту. Существуют цветные и черно-белые лазерные принтеры. Есть тип лазерных принтеров, называемых фазерами (Phaser), в которых используется другая технология по сравнению с обычными лазерными принтерами. В этих прин­терах напыленная краска не спекается, а расплавляется, а затем быстро высушивает­ся, т. е. краска испытывает фазовый переход (отсюда название). В результате получа­ется водостойкое слегка выпуклое изображение.

Плоттер (графопостроитель)

Служит для вывода на бумагу чертежей. Изображение создается двигающимися по листу перьями с цветной тушью. Обычный плоттер может выводить чертеж на лист разме­ром до AI (841x594 мм). Существуют и большие плоттеры, выводящие изображение на лист размером до 3x3 м. Скорость печати для листа AI средней наполненности — до 1 час.

Мультимедийные компоненты

Мультимедиа — это специальная технология, позволяющая с помощью про­грамм и технических устройств объединить на компьютере обычную информацию — текст и графику — со звуком и движением.

Привод ^ CD-ROM функционально аналогичен дисководу, но предназначен для чтения компакт-дисков. Компакт-диск, подобно дискете, служит для хранения различных дан­ных, в т. ч. аудио- и видеоинформации, представленной в двоичном виде.

Звуковая карта — устройство (плата-контроллер) для преобразования в звуки цифро­вой аудиоинформации. К выходу звуковой карты можно подключить усилитель звукового сигнала и колонки для воспроизведения стереозвука.

Компьютер, оснащенный приводом CD-ROM и звуковой картой, называется мульти­медийным,

Прочие устройства

Сетевая карта позволяет подключать компьютер в локальную сеть, что дает пользо­вателю возможность получать доступ к информации в других компьютерах.

Источник бесперебойного питания — обеспечивает кратковременное продолжение ра­боты при сбое или полном отключении питания и сети. (ИБП, UPS)

www.ronl.ru

Реферат - Билет 10. Магистрально-модульный принцип построения компьютера. Характеристики процессоров. Шина адреса и шина данных

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроходные линии (см. рисунок). К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении – от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:

N=2I,

где I – разрядность шины адреса. Разрядность шины адреса постоянно увеличивается

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию – считывание или запись информации из памяти – нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

Процессор. Процессор аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС). Большая интегральная схема на самом деле не является «большой» по размеру и представляет собой, наоборот, маленькую плоскую полупроводниковую пластину размером примерно 20×20 мм, заключенную в плоский корпус с рядами металлических штырьков (контактов). БИС является «большой» по количеству элементов.

Использование современных высоких технологий позволяет разместить на БИС процессора огромное количество (42 миллиона в процессоре Pentium 4) функциональных элементов (переключателей), размеры которых составляют всего около 0,13 микрон (1 микрон=10–6 метра).

Важнейшей характеристикой, определяющей быстродействие процессора, является тактовая частота, то есть количество тактов в секунду. Такт – это промежуток времени между началами подачи двух последовательных импульсов специальной микросхемой – генератором тактовой частоты, синхронизирующим работу узлов компьютера. На выполнение процессором каждой базовой операции (например, сложения) отводится определенное количество тактов. Ясно, что чем больше тактовая частота, тем больше операций в секунду выполняет процессор. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц). 1 МГц=миллион тактов в секунду. За 20 с небольшим лет тактовая частота процессора увеличилась почти в 500 раз, от 5 МГц (процессор 8086, 1978 год) до 2,4 ГГц (процессор Pentium 4, 2002 год) – см. табл.

Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность, является разрядность процессора. Разрядность процессора определяется количеством двоичных разрядов, которые могут передаваться или обрабатываться процессором одновременно. Часто уточняют разрядность процессора и пишут 64/36, что означает, что процессор имеет 64-разрядную шину данных и 36-разрядную шину адреса.

Производительность процессора является его интегральной характеристикой, которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а также особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.). Производительность процессора нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования, по скорости выполнения процессором определенных операций в какой-либо программной среде.

Билет 11. Понятие алгоритма. Свойства алгоритма. Исполнители алгоритмов (назначение, среда, режим работы, система команд). Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ)

Алгоритм – это понятное и точное указание исполнителю совершить последовательность действий, направленных на решение поставленной задачи.

Н: Школьный курс математики также предлагает большое разнообразие алгоритмов: умножение «столбиком» и деление «уголком», приведение к общему знаменателю...

Описанные выше алгоритмы обычно принято называть «бытовыми». Кроме них, можно выделить еще три крупных разновидности алгоритмов: вычислительные, информационные и управляющие. Первые, как правило, работают с простыми видами данных (числа, векторы, матрицы), но зато процесс вычисления может быть длинным и сложным. Информационные алгоритмы, напротив, реализуют сравнительно небольшие процедуры обработки (например, поиск элементов, удовлетворяющих определенному признаку), но для больших объемов информации. Наконец, управляющие алгоритмы непрерывно анализируют информацию, поступающую от тех или иных источников, и выдают результирующие сигналы, управляющие работой тех или иных устройств. Для этого вида алгоритмов очень существенную роль играет их быстродействие, так как управляющие сигналы всегда должны появляться в нужный момент времени.

Рассмотрим теперь, какими наиболее важными чертами обладает алгоритм. Начнем с того, что алгоритм использует исходные данные, перерабатывая которые он получает требуемый результат. Данное положение легко проиллюстрировать в виде следующей наглядной схемы.

Таким образом, каждый алгоритм – это правила, описывающие процесс преобразования исходных данных в необходимый результат. Заметим, что данное важное свойство в некоторых книгах приводят как определение алгоритма.

Объект, который будет выполнять алгоритм называют Исполнителем. Его предназначение — точно выполнить предписания алгоритма, подчас не задумываясь о результатах и целях. Исполнителями могут быть: солдат армии, который обязан беспрекословно выполнять приказы старших по званию чинов; собака, которая должна выполнять команды хозяина; робот, производящий измерения в космосе, выполняет команды, поступающие от космического центра; летчик, который должен точно выполнять распоряжения диспетчера аэропорта; компьютер и т.д.

Во всех приведенных выше примерах объект, исполняющий действия алгоритма, не обязан: понимать цели и методы достижения этой цели; пропускать действия или менять их порядок по своему усмотрению; искать какую-то замену, если действие выполнить невозможно. Т.е. исполнитель формально, не стараясь понять поставленную задачу, выполняет команду за командой.

Компьютер – формальный автоматический исполнитель алгоритмов.

Представление информационного процесса в форме алгоритма позволяет поручить его автоматическое исполнение различным техническим устройствам, среди которых особое место занимает компьютер. При этом говорят, что компьютер исполняет программу (последовательность команд), реализующую алгоритм. Алгоритм, записанный на «понятном» компьютеру языке программирования, называется программой.

Исполнитель способен выполнять только ограниченное количество команд. Исполнитель, как и любой объект, находится в определенной среде и может выполнять только допустимые в ней действия. При создании алгоритма для конкретного Исполнителя требуется знать систему команд Исполнителя (далее СКИ). Поэтому алгоритм дорабатывается и детализируется так, чтобы в нем присутствовали только те команды и инструкции, которые может выполнить Исполнитель.

Для того чтобы произвольное описание последовательности действий было алгоритмом, оно должно обладать следующими свойствами.

Дискретность (от лат. discretus – разделенный, прерывистый). Процесс решения задачи должен быть разбит на последовательность отдельных шагов, каждый из которых называется командой. Примером команд могут служить пункты инструкции, нажатие на одну из кнопок пульта управления, рисование графического примитива (линии, дуги и т.п.), оператор языка программирования. Наиболее существенным здесь является тот факт, что алгоритм есть последовательность четко выделенных пунктов – такие «прерывные» объекты в науке принято называть дискретными.

Понятность. Каждая команда алгоритма должна быть понятна тому, кто исполняет алгоритм; в противном случае эта команда и, следовательно, весь алгоритм в целом не могут быть выполнены. Данное требование можно сформулировать более просто и конкретно. Составим полный список команд, которые умеет делать исполнитель алгоритма, и назовем его системой команд исполнителя (СКИ). Тогда понятными будут являться только те команды, которые попадают в этот список. Именно из такой формулировки становится ясно, почему компьютер такой «привередливый» при приеме введенных в него команд: даже если неверно написана всего одна буква, команда уже не может быть обнаружена в СКИ.

Приведем теперь несколько примеров. Рядовой школьник вряд ли сможет найти статистическое среднее, но не потому, что это очень сложно, а просто из-за незнакомого термина. Переформулируйте задачу (найти сумму чисел и поделить на их количество), и ученик немедленно с ней справится. Или еще. Казалось бы, что может быть проще, чем нарисовать на экране точку. Но, пока вы не будете знать команду, которая это делает, получить результат будет невозможно. Обратите внимание, что совсем не обязательно речь идет об операторе языка программирования. Определенную СКИ, оформленную в форме панели инструментов, имеет и графический редактор.

Определенность или детерминированность (от лат. determinate – определенность, точность). Команды, образующие алгоритм (или, можно сказать, входящие в СКИ), должны быть предельно четкими и однозначными. Их результат не может зависеть от какой-либо дополнительной информации извне алгоритма. Сколько бы раз вы не запускали программу, для одних и тех же исходных данных всегда будет получаться один и тот же результат.

При наличии ошибок в алгоритме последнее сформулированное свойство может иногда нарушаться. Например, если не было предусмотрено присвоение переменной начального значения, то результат в некоторых случаях может зависеть от случайного состояния той или иной ячейки памяти компьютера. Но это скорее не опровергает, а подтверждает правило: алгоритм должен быть определенным, в противном случае это не алгоритм.

Результативность. Результат выполнения алгоритма должен быть обязательно получен, т.е. правильный алгоритм не может обрываться безрезультатно из-за какого-либо непреодолимого препятствия в ходе выполнения. Кроме того, любой алгоритм должен завершиться за конечное число шагов. Большинство алгоритмов данным требованиям удовлетворяют, но при наличии ошибок возможны нарушения результативности.

Например. Рассмотрим алгоритм деления некоторого числа n «столбиком» на 3. При n=4,2 он благополучно получает результат, а вот для простейшего значения n=1 процесс деления оказывается бесконечным. Впрочем; достаточно дополнить алгоритм условием на количество требуемых в ответе знаков после запятой, и результативность немедленно будет восстановлена.

Корректность. Любой алгоритм создан для решения той или иной задачи, поэтому нам необходима уверенность, что это решение будет правильным для любых допустимых исходных данных. Указанное свойство алгоритма принято называть его корректностью. В связи с обсуждаемым свойством большое значение имеет тщательное тестирование алгоритма перед его использованием. Как показывает опыт, грамотная и всесторонняя отладка для сложных алгоритмов часто требует значительно больших усилий, чем собственно разработка этих алгоритмов. При этом важно не столько количество проверенных сочетаний входных данных, сколько количество их типов. Например, можно сделать сколько угодно проверок для положительных значений аргумента алгоритма, но это никак не будет гарантировать корректную его работу в случае отрицательной величины аргумента. Кстати говоря, именно результатом недостаточной тщательности тестирования чаще всего объясняются многочисленные сюрпризы, преподносимые современным программным обеспечением в процессе эксплуатации.

Массовость. Алгоритм имеет смысл разрабатывать только в том случае, когда он будет применяться многократно для различных наборов исходных данных. Например, если составляется алгоритм обработки текстов, то вряд ли целесообразно ограничивать его возможности только русскими буквами – стоит предусмотреть также латинский алфавит, цифры, знаки препинания и т.п. Тем более что такое обобщение особых трудностей не вызывает. Заметим, что массовость алгоритма в отдельных случаях может нарушаться: к числу подобных исключений можно отнести алгоритмы пользования некоторыми простыми автоматами (для них входными данными служит единственный тип монет) или довольно яркий и впечатляющий алгоритм поиска клада, который бессмысленно выполнять повторно.

Завершая обсуждение, стоит подчеркнуть, что теоретическое понятие «алгоритм» имеет огромное прикладное значение. Любая программа, написанная для ЭВМ, является, по сути дела, одной из форм записи алгоритма. А роль программного обеспечения для современных компьютеров трудно переоценить.

www.ronl.ru

основные элементы и их назначение :: SYL.ru

Что такое магистрально-модульный принцип построения компьютера? На чем он базируется? Каково техническое назначение такого принципа и зачем он вообще нужен в устройствах? На эти и другие вопросы мы постараемся ответить в ходе данной статьи.

Что такое магистраль в компьютере?

Магистраль иначе именуется специалистами как системная шина. Соответственно, магистрально-модульный принцип построения компьютера тогда будет базироваться на существовании некоторой шины данных, по которой они, собственно, и будут передаваться. На самом деле мы недалеки от правды. Магистраль компьютера – сложное техническое устройство, которое включает в себя три шины многоразрядного типа. Конкретнее о них будет сказано далее в статье, сейчас же расскажем в общих чертах, чтобы сформировать в понимании некоторую структуру и ассоциации, которые, быть может, кому-то в будущем послужат помощью.

Итак, магистраль компьютера включает в себя шину данных, а также шину адреса и управления. Что представляют собой эти шины? С точки зрения техники вышеназванные шины представляют собой систему линий многопроводного характера. Если говорить по существу, то именно к магистрали крепятся такие устройства, как планки процессора и оперативной памяти. Есть такое понятие, как устройства ввода и вывода. Это периферия, которой мы так привыкли пользоваться: клавиатуры, мониторы, мыши. Все это также подключается к магистрали. Магистрально-модульный принцип построения компьютера предполагает также подключение к системной шине устройств, хранящих информацию. Все эти устройства между собой обмениваются некоторым потоком информации, передающимся на любимом нами двоичном коде – так называемом “машинном языке”.

Что такое шина данных?

Шина данных имеет в компьютере достаточно важное значение, которое кроется, прежде всего, в передаче информационного потока. Он следует от некоторого одного устройства к другому. Вот самый простой пример: информацией о задаче обмениваются процессор и оперативная память.

Стоит параллельно отметить тот факт, что именно разрядность процессора будет оказывать определяющее влияние на разрядность шины данных. А что же тогда представляет собой разрядность процессора? На самом деле ничего сложного здесь нет. Разрядность процессора есть не что иное, как количество тех двоичных разрядов, которые одновременно процессором и обрабатываются, и передаются.

Зачем нужна шина адреса?

Магистрально-модульный принцип, как мы выяснили ранее, предполагает наличие трех шин. Назначение первой из них мы уже разобрали. А с вопросом о том, зачем нужна шина адреса, разберемся сейчас.

Итак, представьте себе такую вещь: пусть каждое устройство компьютера (ну или же можно взять ячейку планки оперативной памяти) имеет определенный адрес. К этим устройствам, к слову, процессор и передает данные. Чтобы адрес передать, как раз и используют адресную шину. На этом этапе следует сделать одно достаточно важное замечание: адрес передается исключительно в одностороннем порядке. Инициатором-источником сигнала служит центральный процессор, а вот роль приемников в этой своеобразной системе играют устройства компьютера. Это, как говорилось ранее, и оперативная память, и периферийный устройства, и так далее.

И вот когда разговор заходит уже о том, с чем связана разрядность шины адреса, можно выяснить одну очень интересную вещь. На самом деле разрядность данной шины будет оказывать влияние на объем так называемой адресуемой памяти. Его специалисты также называют адресным пространством. Причем будет оказываться даже не влияние, а полное определение. Иначе говоря, количество ячеек, приходящихся на оперативную память, и является адресуемой памятью. Она рассчитывается согласно следующей формуле: X = 2^y. Здесь Y – разрядность шины.

Какой смысл имеет наличие шины управления?

Шина управления также занимается передачей. Только не информационных потоков, а сигналов. Стоит сказать, что эти сигналы, по сути дела, и определяют, какой характер имеет обмен информацией, которая “гуляет” по всей магистрали. Проще говоря, сигналы говорят центральному процессору о том, какую операцию необходимо производить в настоящий момент времени. Это может быть как считывание данных из памяти, так и наоборот – запись новых данных. Кроме того, шина управления помогает синхронизировать дерево процессов, способствующих обмену информацией между теми или другими отдельными устройствами.

Как устроен центральный процессор?

Магистрально-модульный принцип построения ПК предполагает, что существует не только архитектура, составляемая из трех шин. Материнская плата, безусловно, объединяет разрозненные компьютерные детали в единое целое, благодаря чему мы на выходе получаем стабильную работу компьютера или ноутбука, другого устройства подобного рода. Но именно центральный процессор задает единую частоту, на которой будет работать вся система. Не будь его – и каждый отдельный элемент, каждая отдельная деталь работала бы на своей частоте и со своим интервалом времени. И что тогда? Тогда быстродействие компьютера было бы снижено в огромное количество раз, а его работа оказалась бы просто бессмысленной.

Центральный процессор представляет собой микросхему (или же электронный блок). Он занимается исполнением машинного кода, на котором пишутся те или иные программы. Если угодно, то центральный процессор исполняет инструкции, которые определяют работу компьютера как одного целого механизма. ЦПУ можно по праву назвать самым главным элементом аппаратного компьютерного обеспечения. Он также имеет место и в случае программирующих логических контроллеров. Иногда ЦП называют также микропроцессором.

Проводя аналогию с человеческим организмом, можно сказать, что центральный процессор есть не что иное, как “мозг”. Только он может выдать разрешение на выполнение той или иной программы. Он, наряду с материнской платой, командует тем, что происходит в компьютере, какие элементы подключаются к выполнению определенного задания, а какие – отключаются или перенаправляются на решение других задач.

Заключение

Итак, что мы узнали в ходе данной статьи? Магистрально-модульный принцип построения компьютера предполагает наличие системы из трех шин, каждая из которых имеет свои цели, а также центрального управляющего устройства (именуемого процессором) и остальных элементов. Шины передают сигналы, транслируемые от “центра” к периферийным устройствам, а также сигналами показывают, какой характер имеет эта информация.

www.syl.ru

Презентация - Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Магистрально-модульный принцип построения компьютера Устройство компьютера

Слайд 2

Данные и программыИнформация, представленная в цифровой форме и обрабатываемая на компьютере, называется данными. Последовательность команд, которую выполняет компьютер в процессе обработки данных, называется программой.

Слайд 3

Обработка данных на компьютереПользователь запускает программу, хранящуюся в долговременной памяти, она загружается в оперативную и начинает выполняться. Выполнение: процессор считывает команды и выполняет их. Необходимые данные загружаются в оперативную память из долговременной памяти или вводятся с помощью устройств ввода. Выходные (полученные) данные записываются процессором в оперативную или долговременную память, а также предоставляются пользователю с помощью устройств вывода информации.

Слайд 4

Магистрально-модульное устройство компьютераДля обеспечения информационного обмена между различными устройствами должна быть предусмотрена какая-то магистраль для перемещения потоков информации.

Слайд 5

МагистральМагистраль (системная шина) включает в себя: Шину данных; Шину адреса; Шину управления. Упрощенно системную шину можно представить как группу кабелей и электрических (токопроводящих) линий на системной плате. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

Слайд 6

Шина данныхПо этой шине передаются данные между различными устройствами. Например, считанные из ОЗУ данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем могут быть отправлены обратно для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении. Разрядность шины данных определяется процессором, т.е. количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.

Слайд 7

Шина адресаВыбор устройства или ячейки памяти, куда посылаются данные или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине от процессора к памяти или устройствам. Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти.

Слайд 8

Шина управленияПо шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы показывают, какую операцию – считывание или запись информации нужно производить, синхронизируют обмен данными и т.д.

Слайд 9

Модульный принципМодульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Каждая отдельная функция компьютера реализуется одним или несколькими модулями – конструктивно и функционально законченных электронных блоков в стандартном исполнении. Организация структуры компьютера на модульной основе аналогична строительству блочного дома. Основными модулями компьютера являются память и процессор. Процессор – это устройство управляющее работой всех блоков компьютера. Действия процессора определяются командами программы, хранящейся в памяти. Благодаря использованию вышеназванного принципа, появляется возможность создания большого разнообразия товаров из одного набора основных компонентов. Из набора модулей возможно создать большое разнообразие компьютеров (сложных технических систем), отличающихся друг от друга производительностью, назначением (домашний, офисный, сервер приложений и т. п.), архитектурой, платформой.

Слайд 10

Магистрально-модульный принципМодульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами. Магистрально-модульный принцип имеет ряд достоинств: 1. для работы с внешними устройствами используются те же команды процессора, что и для работы с памятью. 2. подключение к магистрали дополнительных устройств не требует изменений в уже существующих устройствах, процессоре, памяти. 3. меняя состав модулей можно изменять мощность и назначение компьютера в процессе его эксплуатации.

Слайд 11

Принцип открытой архитектуры Принцип открытой архитектуры – правила построения компьютера, в соответствии с которыми каждый новый блок должен быть совместим со старым и легко устанавливаться в том же месте в компьютере. В компьютере столь же легко можно заменить старые блоки на новые, где бы они ни располагались, в результате чего работа компьютера не только не нарушается, но и становится более производительной. Этот принцип позволяет не выбрасывать, а модернизировать ранее купленный компьютер, легко заменяя в нем устаревшие блоки на более совершенные и удобные, а так же приобретать и устанавливать новые блоки. Причем во всех разъемы для их подключения являются стандартными и не требуют никаких изменений в самой конструкции компьютера.

Слайд 12

ВопросыОпишите процесс обработки данных на компьютере? Для чего нужна материнская плата? Какое устройство служит для хранения обрабатываемой информации и команд программы? Что включает в себя системная шина? Для чего необходимо иметь слоты расширения? Возможно ли в вашем компьютере заменить имеющийся жесткий диск на другой, большего объема? Какие еще устройства можно заменить в вашем (школьном) компьютере? Производили ли вы модернизацию своего компьютера? Расскажите подробнее.

lusana.ru

Смотрите также

• 
  Биологическое значение мейоза и митоза реферат
• 
  Восстание под предводительством степана разина реферат
• 
  Реферат основные понятия в области метрологии
• 
  Реферат формирование цен на факторы производства
• 
  Оборудование для подготовки кондитерского сырья реферат
• 
  Счастье есть удовольствие без раскаяния реферат
• 
  Сестринский процесс при раке желудка реферат
• 
  Реферат силикоз и меры его профилактики
• 
  Реферат на тему табличные информационные модели
• 
  Реферат географическая модель современного мирового хозяйства
• 
  Никола тесла и его изобретения реферат