Файл: Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем..pdf

Введение

В настоящее время трудно представить себе повседневную жизнь без использования вычислительной техники будь то персональный компьютер, монитор или электронная книга. Поэтому очень важно понять насколько данная тема важна для человека и общества в целом. Первая ЭВМ (Электронная Вычислительная Машина) была спроектирована и построена в 1945 году в США и имела название ENIAC (Электронный цифровой интегратор и вычислитель), конструкторами которой были Дж. Моучли и Дж. Эккерт. Её габариты были очень внушительными (около 90 м² и вес 35 тонн). Современная вычислительная техника шагнула далеко вперед за эти годы и теперь маленький микропроцессор может обрабатывать больше информации чем все существующие в 60х годах ЭВМ вместе взятые.

В данной работе мы рассмотрим:

1. Что такое ВМ
2. Из чего они состоят
3. Какими свойствами обладают
4. Что такое математическое обеспечение
5. Что такое информационное обеспечение

Глава 1. Что такое вычислительные машины и их состав

Начнем с терминологии: большинство современной литературы имеют общее представление вычислительной машины как «совокупность взаимодействующих между собой аппаратных средств и программ, предназначенных для обслуживания одного рабочего участка».

Состав вычислительных машин называют конфигурацией. Которая в свою очередь делится на 2 типа: программную и аппаратную. Рассмотрим аппаратную конфигурацию.

Аппаратная конфигурация делится на 2 типа: внешнюю и внутреннюю. В состав внутренней аппаратной конфигурации входят все платы процессоры и так далее, проще говоря это «начинка» нашего компьютера. Внешняя аппаратная конфигурация это периферийные устройства, подключаемые к вашему ПК например мышь, монитор, колонки и т.д.

Внутренняя аппаратная конфигурация^[1]

Системный блок. Как таковой системный блок не является отдельным компонентом компьютера, но он включает в себя все платы и процессоры, выполняющие большинство операций настольного компьютера.

В корпусах большинства системных блоков расположены отверстия для вентиляции этих самых комплектующих, так как охлаждение является неотъемлемой часть. Любого стационарного ПК. Корпуса бывают нескольких видов: в виде плоской (mini tower case), узкопрофильной (low profile - корпус slim) коробки либо башни (стойки - big tower case), FullTower - вертикальное напольное исполнение, а также может встраиваться в монитор.

---

Состав расположенных в корпусе комплектующих:

• блок питания;
• системная плата;
• процессор;
• оперативная память;
• платы расширения (аудиоадаптер, видеоадаптер и др.);
• накопитель на жестких магнитных дисках;
• дисковод для гибких магнитных дисках (в настоящее время не используется);
• накопитель CD-ROM;

Блок питания преобразует переменное напряжение электросети в постоянное напряжение различной полярности и величины (5 В и 12 В), необходимое для питания системной платы и внутренних устройств. Блок питания содержит вентилятор, создающий циркулирующие потоки воздуха для охлаждения системного блока. Кроме собственно преобразования высокого напряжения в низкие блок питания обеспечивает стабилизацию и сглаживание вы­ходных напряжений.

Современные блоки питания РС отличаются высокой надеж­ностью, но все же качество их различно. Например, в местности, под­верженной частым летним грозам и связанным с этим флуктуациям в сети, некоторые компьютеры работают великолепно, несмотря на мигания осветительных ламп. Другие же компьютеры отключаются и производят перезагрузку даже при малейшем колебании сети.

Блоки питания характеризуются несколькими параметрами. Однако потребителя более всего интересует мощность блока, выра­женная в ваттах. Мощность в ваттах представляет собой произведение напряжения и тока блока питания. Хотя современные блоки питания обладают большими возможностями, чем раньше, блока питания на 200 Вт (для одноядерного процессора) достаточно практически для каждого современного персонального компьютера, благодаря применению больших интегральных схем с малым потреблением энергии. Для двухъядерного процессора рекомендуемая мощность 400-450 Вт.^[2]

Процессор. Это мозг нашего компьютера. Процессоры конструктивно могут выполняться как в виде одной большой интегральной микросхемы — чипа, так и в виде нескольких микросхем, блоков электронных плат и устройств.

В настоящее время микропроцессоры и процессоры вмещают в себя миллионы транзисторов и других элементов электронной логики и представляют собой сложнейшие высокотехнологичные электронные устройства.

Персональный компьютер содержит в своем составе довольно много различных процессоров. Каждое устройство, будь то видеокарта, системная шина или еще что-либо, обслуживается своим собственным процессором или процессорами. Однако архитектуру и конструктивное исполнение персонального компьютера определяет процессор или процессоры, контролирующие и обслуживающие системную шину и оперативную намять, и, что более важно, выполняющие объектный код программ. Такие процессоры принято называть центральными или главными процессорами (Central Point. Unit — CPU). На основе архитектуры центральных процессоров строится архитектура материнских плат и проектируется архитектура и конструкция компьютера.

---

Процессоры имеют несколько параметров или характеристик а именно: тактовая частота (стандартная и максимальная), объем шины, количество ядер, параметры для оперативной памяти (слот и тактовая частота) и количество потоков (не путать с ядрами).

Оперативная память (ОЗУ). ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), оно же RAM (Random Access Memory) - память с произвольным доступом, представляет собой область временного хранения данных, при помощи которой обеспечивается функционирование программного обеспечения. Физически, оперативная память в системе представляет собой набор микросхем или модулей (содержащих микросхемы), которые обычно подключаются к системной плате.

В процессе работы память выступает в качестве временного буфера (в ней хранятся данные и запущенные программы) между дисковыми накопителями и процессором, благодаря значительно большей скорости чтения и записи данных.

По своей структуре память напоминает пчелиные соты, т.е. состоит из ячеек, каждая из которых предназначена для хранения мёда определенного объема данных, как правило, одного или четырех бит. Каждая ячейка оной имеет свой уникальный «домашний» адрес, который делится на два компонента – адрес горизонтальной строки (Row) и вертикального столбца (Column).^[3]

Ячейки представляют собой конденсаторы, способные накапливать электрический заряд. С помощью специальных усилителей аналоговые сигналы переводятся в цифровые, которые в свою очередь образуют данные.

Для передачи на микросхему памяти адреса строки служит некий сигнал, который зовется RAS (Row Address Strobe), а для адреса столбца — сигнал CAS (Column Address Strobe).

Системная (материнская) плата - системная плата компьютера, имеющая разъёмы для установки дополнительных плат расширения и служащая механической основой всей электронной схемы компьютера. То есть это плацдарм для большинства комплектующих. Сокеты или разъемы в материнской карте подходят только определённые компоненты, например в сокет LGA 1151-v2 нельзя вставить процессор с сокетом LGA 1155.

Работа системного блока без материнской платы просто невозможна, все составляющие взаимодействуют между собой благодаря именно материнской плате, так данные с жёсткого диска никогда не смогут быть обработаны в процессоре до того, как попадут в оперативную память, а графическому адаптеру будет нечего получить от компьютерной системы и впоследствии передать монитору. Самые обыкновенные устройства информации, такие как мышь и клавиатура, также обмениваются информацией через разъёмы на материнской плате.

---

Хорошим примером будут уже устаревшие разъёмы IDE и все ревизии SATA, ведь к ним подключается дисковод оптических дисков, жёсткий диск или твердотельный накопитель с помощью специальных шлейфов, а впоследствии они участвуют в информационном обмене с процессором, а потом уже и другими устройствами.

Платы расширения – это вид компьютерных комплектующих, которую устанавливают в слот расширения материнской платы компьютерной системы с целью добавления дополнительных функций, например:

Видеоадаптер. Итак, говоря по-простому, видеоадаптер (видеокарта) служит для расчета (рендеринга) изображения и вывода его на экран монитора. Другими словами, видеоадаптер занимается формированием всего, что вы видите на своем мониторе. Это его основные функции, но помимо этого сейчас есть тенденция использовать его большие вычислительные возможности в задачах не связанных напрямую с формированием и выводом изображения на дисплей.^[4]

Все видеокарты можно разделить на две большие группы: интегрированные и дискретные. Интегрированные или по-другому встроенные видеокарты, как уже понятно из названия, являются неотъемлемой частью материнской платы или центрального процессора, то есть встроены в них. Часто используются следующие выражения: встроенное видео, интегрированная графика, встроенный графический контролер, видеоадаптер интегрированный в чипсет и другие. Наличие интегрированного видео уменьшает стоимость и энергопотребление компьютера, однако они имеют ограниченную производительность (часто не имеют собственной видеопамяти и используют ОЗУ компьютера) и используются в основном в нижнем и среднем сегментах рынка компьютерных систем.

Дискретная видеокарта, представляет собой отдельную плату расширения, устанавливаемую в специальный слот на материнской плате. Она имеет в себе все необходимое для полноценной работы. Благодаря этому, она может иметь высокую производительность, позволяющую использовать ее в «тяжелых» 3D-играх и серьезных графических приложениях. Главными минусами является высокая стоимость и энергопотребление, что особенно важно для ноутбуков.

В свою очередь их можно разделить на два класса, игровые и профессиональные. Первые в основном используются обычными людьми для игр, а профессиональные видеокарты нацелены на использование в различных «тяжелых» графических приложениях 3D-моделирования, САПР и тому подобное, где они способны дать значительный прирост производительности. Соответственно и стоимость высокопроизводительных моделей может быть заоблачной.^[5]

---

Звуковые платы. Это устройство для ввода и вывода звука в компьютере. Используется для записи и воспроизведения различных звуковых сигналов: речи, музыки, шумовых эффектов. Любая современная звуковая карта может использовать несколько способов воспроизведения звука. Одним из простейших является преобразование ранее оцифрованного (с помощью аналого-цифрового преобразователя) сигнала снова в аналоговый (с помощью цифроаналогового преобразователя). Аналого-цифровой преобразователь замеряет аналоговый сигнал через очень короткие промежутки времени (этот процесс называется квантованием) и результат каждого замера преобразует в соответствующее числовое значение (этот процесс называется оцифровкой). Глубина оцифровки сигнала, напр. 8 бит или 16 бит (что даёт возможность получить 2 в 16-й степени, равное 65 536 уровням квантования), определяет качество записи и, соответственно, воспроизведения. 8-разрядное преобразование обеспечивает качество звучания кассетного магнитофона, а 16-разрядное – качество компакт-диска. При помощи звуковой карты можно вводить звук в компьютер с таких внешних источников звука, как микрофон или линейный выход магнитофона, радиоприёмника, музыкального центра, встроенного в компьютер CD-дисковода. Воспроизведение звука может осуществляться через встроенный динамик компьютера либо через подключаемые к звуковой карте наушники или звуковые колонки.

Сетевые платы. Большое количество современных системных плат имеют встроенные сетевые адаптеры, но если это не так, то можно добавить поддержку сети с помощью отдельной платы расширения. Нередки также случаи, когда нужно подключить компьютер к двум и более сетям одновременно, в таком случае невозможно обойтись без установки дополнительных сетевых адаптеров.

Оптический привод. Оптический привод, для чего он необходим? В независимости от того, что это устройство уже давно используется людьми, не все знают, что это за такой привод. Перейдём расшифровке сложившегося термина.

Дисковод оптических дисков или оптический привод – это устройство, совмещающее в себе как механическую, так и электронную составляющую, вся работа которого основана на использование лазера, его функцией является именно считывание информации с оптических дисков, при этом некоторые представители наделены ещё и возможностью записи данных.^[6]

Для обозначения дисковода оптических дисков, за частую используют синонимы, его могут назвать оптическим приводом, просто приводом, дисководом, а иногда приходится слышать мене распространённые его названия. Термин дисковод, как и многие другие термины, связанные с компьютерами, произошёл от англ. Disk Drive (Дисковый привод), что значит, при грубой формулировке – приводящий в движение, а раскручивает он, как было сказано ранее именно диски. Оптический дисковод не единственный представитель устройств дисководов, но единственный используемый по сей день в актуальных компьютерных конфигурациях.

---