Файл: лол.doc

• Структура вычислительной системы — это совокупность ее функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства, узлы и элементы устройств и компьютеров. Структура графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание вычислительной системы на любом уровне детализации.

• Архитектурой вычислительной системы называется ее описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов вычислительной системы.

НУЛЕВОЕ ПОКОЛЕНИЕ. МЕХАНИЧЕСКИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА (1642-1945 гг.)

Суммирующая машина Блеза Паскаля (1642):

• Выполняет операции:
  сложения и вычитания

Механическая машина Готфрида Вильгельма
Лейбница (1673):

• Выполняет операции:
  сложение, вычитание,
  умножение и деление

НУЛЕВОЕ ПОКОЛЕНИЕ. МЕХАНИЧЕСКИЕ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ
УСТРОЙСТВА (1642-1945 гг.)

Разностная машина Чарльза Бэббиджа
(1834):

• только складывать и вычитать,

• заложен только один алгоритм —
  метод конечных разностей с
  использованием полиномов

Аналитическая машина Чарльза Бэббиджа
(1834) состоит из :

• запоминающее устройство (память),

• вычислительное устройство,

• устройство ввода (для считывания перфокарт),

• устройство вывода
  (перфоратор и печатающее устройство).

Аналитическая машина могла выполнять
разные задачи.

НУЛЕВОЕ ПОКОЛЕНИЕ. МЕХАНИЧЕСКИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА (1642-1945 гг.)

Электромеханическое вычислительное устройство Говарда Айкена «Марк I»:

• Запоминающее устройство - 72 слова по 23 десятичных разряда каждое;

• Выполнение любой команды за 6 секунд.

• В устройствах ввода-вывода использовалась перфолента.

ПЕРВОЕ ПОКОЛЕНИЕ — ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ (1945-1955)

ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer — электронный цифровой интегратор и калькулятор) Джона Моушли и Дж. Преспера Экерта(1946):

• Состоял из 18 000 электровакуумных ламп и 1500 реле.

• ENIAC весил 30 тонн и потреблял 140 киловатт электроэнергии.

• У машины было 20 регистров, каждый из которых мог содержать 10-разрядное десятичное число

• Производительность приблизительно в 500 флопс.

ПЕРВОЕ ПОКОЛЕНИЕ — ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ (1945-1955)

EDS AC (Electronic Delay Storage Automatic Computer) Мориса Уилкса (1949):

• 3000 электронных ламп,

• потребляемая мощность — 12 кВт,

• занимаемая площадь — 20 м²

• первый компьютер с программами, хранящимися в памяти

ПЕРВОЕ ПОКОЛЕНИЕ — ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ (1945-1955)

IAS (Immediate Address Storage — память с прямой адресацией) Фон Неймана (1952) состояла из пяти основных частей:

• памяти,

• арифметико-логического устройства,

• устройства управления,

• устройства ввода,

• устройства вывода.

Использование двоичной системы исчисления.

Эти принципы используются в большинстве современных компьютеров.

IBM-701 (1953) - первый компьютер, лидирующий на рынке в течение десяти лет

ВТОРОЕ ПОКОЛЕНИЕ — ТРАНЗИСТОРЫ (1955-1965)

PDP-1 (1961) корпорации DEC (Digital Equipment Corporation) - первый мини-компьютер:

• память - 4 Кбайт слов по 18 битов

• время цикла 5 микросекунд.

IBM 360 (1964) - семейство компьютеров класса мейнфреймов (начало производства на транзисторах).

• Это семейство компьютеров с одним и тем же языком (ассемблером).

• Мультипрограммирование. В памяти компьютера могло находиться одновременно несколько программ, и пока одна программа ждала, когда закончится процесс ввода-вывода, другая выполнялась.

• Компьютеры серии IBM-360 могли имитировать работу других компьютеров, потому что они создавались с использованием микропрограммирования.

CDC 6600 был в 3 раза быстрее своего главного конкурента — компьютера IBM Stretch— при гораздо более низкой цене — чуть больше 7 млн долларов США против 13 млн за IBM Stretch.

ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ —
ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ (1965-1980)

PDP-8 (1965) - первый мини-компьютер массового потребления.

PDP-11(1970) - русский аналог PDP-11 - ЭВМ серии «Электроника-60» и СМ-1700 Некоторые из машин серии были прямыми аналогами PDP-11 на отечественной элементной базе

ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ —
ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ (1965-1980)

Схема фирмы Intel 8080 (1974) - первый восьмибитный микропроцессор общего назначения.

Apple I (1976) - первый персональный компьютер. Но первым массовым персональным компьютером, выпускавшимся миллионами экземпляров, стал компьютер Apple II (1977)

ЧЕТВЕРТОЕ ПОКОЛЕНИЕ — СВЕРХБОЛЬШИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ (1980-?)

IBM тоже решила заняться производством персональных компьютеров. Но вместо того чтобы конструировать компьютер с нуля, что заняло бы слишком много времени, компания IBM предоставила одному из своих работников, Филипу Эстриджу, на разработку персонального компьютера. Эстридж открыл предприятие, взял Intel 8088 в качестве центрального процессора и создал персональный компьютер из серийных компонентов. Этот компьютер (IBM PC) появился в 1981 году и стал самым покупаемым компьютером в истории.

Но компания IBM сделала одну вещь, о которой она позже пожалела. Вместо того чтобы держать проект машины в секрете (или по крайней мере оградить себя патентами), как она обычно делала, компания опубликовала полные проекты, включая все электронные схемы, в книге стоимостью $49. Эта книга была опубликована для того, чтобы другие компании могли производить сменные платы для IBM PC, что повысило бы совместимость и популярность этого компьютера. К несчастью для IBM, как только проект IBM PC стал широко известен, поскольку все составные части компьютера можно было легко приобрести, многие компании начали делать клоны PC и часто продавали их гораздо дешевле, чем IBM. Так началось бурное производство персональных компьютеров.

Накопители на гибких магнитных дисках.

Дискеты (гибкие магнитные диски):

• 8 дюймов (80, 256, 800 КБ) = 12.000 перфокарт или около 300 метров перфоленты

• 5,25 дюйма (110, 360, 720, 1200 КБ)

• 3,5 дюйма (1,44, 2,88 Мб)

Iomega Zip
(100, 250, 750 Мб)

Классическая архитектура (архитектура фон Неймана)

Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство, через которое проходит поток данных, и одно устройство управления, через которое проходит поток команд — программа. Это однопроцессорный компьютер

Принципы фон Неймана

• Принцип однородности памяти 

Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования; то есть одно и то же значение в ячейке памяти может использоваться и как данные, и как команда, и как адрес в зависимости лишь от способа обращения к нему.

• Принцип адресности 

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек — адреса.

• Принцип программного управления 

Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности, то есть в порядке их положения в программе. При необходимости, с помощью специальных команд, эта последовательность может быть изменена.

• Принцип двоичного кодирования 

Согласно этому принципу, вся информация, как данные, так и команды, кодируются двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат.

Классификация архитектур вычислительных систем с параллельной обработкой данных

Цели, которым должна служить хорошо построенная классифи­кация архитектур:

• облегчать понимание того, что достигнуто на сегодняшний день в области архитектур вычислительных систем, и какие архитектуры имеют лучшие перспективы в будущем;

• подсказывать новые пути организации архитектур — речь идет о тех классах, которые в настоящее время по разным причи­нам пусты;

• показывать, за счет каких структурных особенностей достига­ется увеличение производительности различных вычислитель­ных систем; с этой точки зрения классификация может слу­жить моделью для анализа производительности.

Классификация М. Флинна

Поток данных	Поток команд
	одиночный	множественный
Одиночный	SISD - Single Instruction stream / Single Data stream (Одиночный поток Команд и Одиночный поток Данных - ОКОД)	MISD - Multiple Instruction stream / Single Data stream (Множественный поток Команд и Одиночный поток Данных - МКОД)
Множественный	SIMD - Single Instruction stream / Multiple Data stream (Одиночный поток Команд и Множественный поток Данных - ОКМД)	MIMD - Multiple Instruction stream / Multiple Data stream (Множественный поток Команд и Множественный поток Данных - МКМД)

Классификация Джонсона.

Это классификация MIMD-архитектур на основе структуры памяти и реализации механизма взаимодействия и синхронизации между процессорами.

Обмен данными	Память
	общая	распределенная
Общие данные	GMSV - General Memory-Shared variables (Общая память - разделяемые переменные) Класс 1. «Системы с разделяемой памятью»	DMSV - Distributed Memory, Shared variables (Распределенная память - разделяемые пере­менные) Класс 2. «Гибридная архитектура»
Передача данных	GMMP - General Memory, Message pro­pagation (Общая память - передача сообщений)	DMMP - Distributed Memory, Message propagation) (Распределенная память - передача сообщений) Класс 3. «Архитектуры с передачей сообщений»

Общая структура персонального компьютера с подсоединенными периферийными устройствами

Технические характеристики аппаратных платформ

Процессоры

Основные характеристики процессоров

Основными характеристиками центральных процессоров являются:

• Тип архитектуры или серия (Intel x86, Intel Pentium, Pentium overdrive, RISC …)

• Система поддерживаемых команд (standard 86/88, 286, 386, 486, Pentium,( Pentium2-4),MMX) и адресации (real mode, protected mode, virtual mode, EMS, paging).

• Разрядность (бит)

• Количество ядер

• Тактовая частота (мгц)

• КЭШ

• Гнездо для процессора (Socket 7, Slot1 и др.)

• Величина питающего напряжения (Вольт)

Архитектура системы команд. Классификация процессоров (CISC и RISC)

В широком смысле архитектура охватывает понятие организации системы, включающее такие высокоуровневые аспекты разработки компьютера как систему памяти, структуру системной шины, организацию ввода/вывода и т.п.

Процессор c полным набором команд

Для процессоров c полным набором команд (CISC-процессоров) характерно:

• сравнительно небольшое число регистров общего назначения;

• RAX

  RBX

  RCX

  RDX

  EAX

  EBX

  ECX

  EDX

  AX

  BX

  CX

  DX

  AH

  AL

  BH

  BL

  CH

  CL

  DH

  DL

  большое количество машинных команд, некоторые из которых нагружены семантически аналогично операторам высокоуровневых языков программирования и выполняются за много тактов;

• большое количество методов адресации;

• большое количество форматов команд различной разрядности;

• преобладание двухадресного формата команд;

• наличие команд обработки типа регистр-память.

Процессоры с сокращенным набором команд

Для процессоров с сокращенным набором команд (RISC - Reduced Instruction Set Computer) характерно:

• Выполнение любой команды занимало небольшое количество машинных тактов (предпочтительно один машинный такт).

• Наличие достаточно большого регистрового файла (в типовых RISC-процессорах реализуются 32 или большее число регистров по сравнению с 8 - 16 регистрами в CISC-архитектурах).

• Конвейерная организация работы и большая скорость выполнения команд.

• Реализация задержанных переходов и суперскалярной обработки.

Основные элементы процессора

• Регистры

• АЛУ – арифметико-логическое устройство

• БУ – блок управления

• ТГ – тактовый генератор

Процессор архитектуры x86 содержит:

• регистры общего назначения,

• сегментные регистры,

• указатель команд,

• регистр флагов.

Регистры общего назначения (РОН)

служат для хранения промежуточных вычислений.

• RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8 — R15 — 64-битные

• EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D — R15D — 32-битные (extended AX)

• AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W — R15W — 16-битные

• AH, AL, CH, CL, DH, DL, BH, BL, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B — R15B — 8-битные (половинки 16-ти битных регистров)

• например, AH — high AX — старшая половинка 8 бит AL — low AX — младшая половинка 8 бит

Счётчик команд

Регистр, содержащий адрес-смещение следующей команды, подлежащей исполнению, относительно кодового сегмента CS в процессорах семейства x86.

• Регистр IP связан с CS в виде CS:IP, где CS является текущим кодовым сегментом, а IP — текущим смещением относительно этого сегмента.

• Регистр IP является регистром-указателем. Кроме него, в состав регистров этого типа входят SP (англ. Stack Pointer — указатель стека) и BP (англ. Base Pointer — базовый указатель).

• При выполнении текущей инструкции процессор автоматически изменяет значение в регистре IP, в результате чего регистровая пара CS:IP всегда указывает на следующую подлежащую исполнению инструкцию.

Регистр флагов FLAGS / EFLAGS / RFLAGS

Флаги состояния (биты 0, 2, 4, 6, 7 и 11) отражают результат выполнения арифметических инструкций, таких как ADD, SUB, MUL, DIV.(+-/*):

• CF — устанавливается при переносе из/заёме в (при вычитании) старший значащий бит результата и показывает наличие переполнения в беззнаковой целочисленной арифметике.

• PF — устанавливается, если младший значащий байт результата содержит чётное число единичных (ненулевых) битов.

• AF — устанавливается при переносе или заёме из бита 4 результата. Этот флаг ориентирован на использование в двоично-десятичной арифметике.

• ZF — устанавливается, если результат машинной операции по модулю 2 в степени k (где k - разрядность ячейки) равен нулю.

• SF — равен значению старшего значащего бита результата, который является знаковым битом в знаковой арифметике.

• OF — устанавливается, если целочисленный результат слишком длинный для размещения в целевом операнде (регистре или ячейке памяти). Этот флаг показывает наличие переполнения в знаковой целочисленной арифметике (в дополнительном коде).

Регистр флагов FLAGS / EFLAGS / RFLAGS

Системные флаги и поле IOPL

• IF — обнуление этого флага запрещает отвечать на маскируемые запросы на прерывание.

• TF — установка этого флага разрешает пошаговый режим отладки.

• IOPL (биты 12 и 13)— показывает уровень приоритета ввода-вывода исполняемой программы или задачи: чтобы программа или задача могла выполнять инструкции ввода-вывода или менять флаг IF, её текущий уровень приоритета (CPL) должен быть ≤ IOPL.

• NT — этот флаг устанавливается, когда текущая задача «вложена» в другую, прерванную задачу, и сегмент состояния TSS текущей задачи обеспечивает обратную связь с TSS предыдущей задачи. Флаг NT проверяется инструкцией IRET для определения типа возврата — межзадачного или внутризадачного.

• RF — флаг маскирования ошибок отладки.

• VM — установка этого флага в защищённом режиме вызывает переключение в режим виртуального 8086.

• AC — установка этого флага вместо с битом AM в регистре CR0 включает контроль выравнивания операндов при обращениях к памяти — обращение к невыравненному операнду вызывает исключительную ситуацию.

• VIF — виртуальная копия флага IF; используется совместно с флагом VIP.

• VIP — устанавливается для указания наличия отложенного прерывания; используется совместно с флагом VIF.

• ID — возможность программно изменить этот флаг в регистре флагов указывает на поддержку инструкции CPUID.

Система команд.

Команды

Команда — это описание элементарной операции, которую должен выполнить компьютер.

В общем случае, команда содержит следующую информацию:

• ·         код выполняемой операции;

• ·         указания по определению операндов (или их адресов);

• ·         указания по размещению получаемого результата.

В зависимости от количества операндов, команды бывают:

• ·         безадресные;

• ·         одноадресные;

• ·         двухадресные;

• ·         трехадресные;

• ·         четырехадресные;

• ·         переменноадресные.

Варианты команды сложения

• одноадресная команда add x (содержимое ячейки x сложить с содержимым сумматора, а результат оставить в сумматоре)

• двухадресная команда add x, y (сложить содержимое ячеек x и y, а результат поместить в ячейку y)

• трехадресная команда add x, y, z (содержимое ячейки x сложить с содержимым ячейки y, сумму поместить в ячейку z)

• четырехадресная команда add x, y, z (содержимое ячейки x сложить с содержимым ячейки y, сумму поместить в ячейку z, выполнить и выполнить следующую команду по адресу А)

Время выполнения команды

Время выполнения одной команды складывается из времени выполнения операции и времени обращения к памяти. Для трехадресной команды последнее суммируется из четырех составляющих времени:

• выборки команды;

• выборки первого операнда;

• выборки второго операнда;

Одноадресная команда требует двух обращений к памяти:

• выборки команды;

• выборки операнда.

Кодирование команд

Команды преобразования дискретной информации могут быть:

• передача информации в пространстве;

• хранение информации;

• логические операции;

• арифметические операции.

По характеру выполняемых операций различают команды:

• 1) команды арифметических операций для чисел с фиксированной и плавающей запятой;

• 2) команды десятичной арифметики;

• 3) команды логических операций;

• 4) команды передачи кодов;

• 5) команды ввода-вывода;

• 6) команды передачи управления;

• 7) команды задания режима работы машины.

Способы адресации

Подразумеваемый операнд (Неявная адресация).

В команде может не содержаться явных указаний об операнде; в этом случае операнд подразумевается и фактически задается кодом операции команды.

Пример:

inc rax

Увеличение операнда на 1. 

Подразумеваемый адрес

В команде может не содержаться явных указаний об адресе участвующего в операции операнда или адресе, по которому должен быть размещен результат операции, но этот адрес подразумевается. Примеры:

cbw

mul al

Команда CBW (Команда копирует знаковый бит регистра AL/AX на все биты регистра АН/ЕАХ.) всегда работает с регистрами AX и AL, а у команды MUL фиксировано положение первого множителя и результата (Команда выполняет целочисленное умножение без учёта знака. Явно задается один из множителей. Второй множитель задается неявно в регистре AL/AX/EAX (это местоположение фиксировано).). Такой режим адресации делает машинную команду короткой, так как в ней отсутствует указание одного или нескольких операндов.

Непосредственная адресация.

В команде содержится не адрес операнда, а непосредственно сам операнд. При непосредственной адресации не требуется обращения к памяти для выборки операнда и ячейки памяти для его хранения. Это способствует уменьшению времени выполнения программы и занимаемо­го ею объема памяти. Непосредственная адресация удобна для хранения различного рода констант.

При непосредственной адресации значение операнда является частью машинной команды. Понятно, что в этом случае операнд представляет собой константу. Примеры:

mov al,5

add bx,1234h

Прямая адресация

В адресной части команды может быть непосредственно указан исполнительный адрес.

В машинной команде содержится адрес операнда, находящегося в памяти. Пример:

mov dx,[a]

Вот тут уже в DX помещается значение из памяти по адресу a. Сравните с предыдущим пунктом. Квадратные скобки обозначают обращение по адресу, указанному внутри этих скобок.

Относительная (базовая) адресация

При этом способе адресации исполнительный адрес определяется как сумма адресного кода команды и базового адреса, как правило хранящегося в специальном регистре - регистре базы

Этот режим используется в командах передачи управления. В машинной команде содержится смещение, которое прибавляется к значению указателя команд IP. То есть указывается не сам адрес перехода, а на сколько байтов вперёд или назад надо перейти. Пример:

metka:

...

loop metka

У такого режима адресации два преимущества. Во-первых, машинная команда становится короче, так она содержит не полный адрес, а только смещение. Во-вторых, такой код не зависит от адреса, по которому он размещается в памяти.

Укороченная адресация

Для уменьшения длины кода команды часто применяется так называемая укороченная адресация. Суть ее сводится к тому, что в команде задаются только младшие разряды адресов, а старшие разряды при этом подразумеваются нулевыми. Регистровая адресация является частным случаем укороченной, когда в качестве фиксированных ячеек с короткими адресами используются регистры процессора. Например, если таких регистров 16, то для адреса достаточно четырех двоичных разрядов. Регистровая адресация наряду с сокращением длины адресов операндов позволяет увеличить скорость выполнения операций, так как уменьшается число обращений к оперативной памяти.

Операнд находится в регистре. Пример:

add ax,bx

Косвенная адресация

Адресный код команды в этом случае указывает адрес ячейки памяти, в которой находится адрес операнда или команды(«адрес адреса»). Косвенная адресация широко используется в малых и микроЭВМ, имеющих короткое машинное слово, для преодоления ограничений короткого формата команды.

Адрес операнда находится в одном из регистров BX, SI или DI. Примеры:

add ax,[bx]

mov dl,[si]

Размер операнда в памяти здесь определяется размером первого операнда. Косвенная регистровая (базовая) адресация со смещением

Адрес операнда вычисляется как сумма содержимого регистра BX, BP, SI или DI и 8- или 16-разрядного смещения. Примеры:

add ax,[bx+2]

mov dx,[array1+si]

В качестве смещения можно указать число или адрес метки. О размере смещения не беспокойтесь — компилятор сам его определяет и использует нужный формат машинной команды.

Адресация слов переменной длины

Эффективность вычислительных систем, предназначенных для обработки данных, повышается, если имеется возможность выполнять операции со словами переменной длины. В этом случае в машине может быть предусмотрена адресация слов переменной длины, которая обычно реализуется путем указания в команде местоположения в памяти начала слова и его длины.

Стековая адресация

Автоинкрементная и автодекрементная адресации

Это механизм автоматического приращения или уменьшения содержимого регистра при каждом обращении к нему. Такой механизм называется соответственно автоинкрементной и автодекрементной адресацией. При автоинкрементной адресации сначала содержимое регистра используется как адрес операнда, а затем получает приращение, равное числу байт в элементе массива.

Автоинкрементная и автодекрементная адресации могут рассмат­риваться как упрощённый вариант индексации - весьма важного механизма преобразования адресных частей команд и организации вычислительных циклов, поэтому их часто называют автоиндексацией.

Пример:

inc rax

Увеличение операнда на 1

Индексация

Для выполнения индексации в машину вводятся так называемые индексные регистры. Исполнительный адрес при индексации формируется путем сложения адресного кода команды (смещения) с содержи­мым индексного регистра (индексом), а при наличии базирования - и с базовым адресом.

Для управления индексацией используются команды, задающие операции над содержимым индексных регистров - команды индексной арифметики. Можно отметить основные виды индексных операций:

- засылка в соответствующий индексный регистр начального значения индекса;

- изменение индекса;

- проверка окончания циклических вычислений.

Запоминающие устройства ЭВМ

Типы запоминающих устройств

• По типу запоминающих элементов (полупроводниковые, магнитные, конденсаторные, оптоэлектронные, голографические, криогенные).

• По функциональному назначению (оперативные (ОЗУ), буферные (БЗУ), сверхоперативные (СОЗУ), внешние (ВЗУ), постоянные (ПЗУ, ППЗУ)).

• По способу организации обращения (с последовательным поиском, с прямым доступом, адресные, ассоциативные, стековые, магазинные).

• По характеру считывания (с разрушением или без разрушения информации).

• По способу хранения (статические или динамические).

• По способу организации (однокоординатные, двухкоординатные, трехкоординатные, двух/трехкоординатные).

Оперативная память (ОП)

Оперативное запоминающее устройство  (ОЗУ)
 Random Access Memory (RAM)

Классификация оперативной памяти

Энергонезависимая память - память на магнитных сердечниках Энергозависимая память – полупроводниковая память:статическое ОЗУ (SRAM) - дорогой вид ОЗУ. Поэтому его используют в основном для кэш-памяти, регистрах и т.д. Основной запоминающий элемент – триггер.динамическое ОЗУ (DRAM). Основной запоминающий элемент – конденсатор. Его необходимо периодически “подзаряжать” (регенерировать), считывая и вновь записывая в него данные.

Виды DIMM.

SDRAM (Synchronic DRAM) - динамическое ОЗУ с синхронным интерфейсом (работающие на частотах 100, 133, 143 МГц)

ESDRAM (Enhanced SDRAM) - создание кэша (частота работы 200 МГц).

SDRAM II (или DDR SDRAM) - работа на обеих границах тактового сигнала до 200МГц.

	Диапазон частот шины, MГц	Максимальная скорость предачи	Объем
SDR	100-200	0.4 Гбайт/с	64 – 512 Mбайт
DDR1	100-200	0.8 Гбайт/с	0.128-1Гбайт
DDR2	200-400	1.6 Гбайт/с	0.256 -2 Гбайт
DDR3	400-1066	3.2 Гбайт/с	1, 2 Гбайт
DDR4	667-1600	12.8 Гбайт/с	4-8 Гбайт

Основные характеристики оперативной памяти

• Пропускная способность памяти – наибольшее влияние на скорость работы компьютера

• Латентность (тайминги) - временные задержки сигнала

• Объем памяти – влияние на скорость работы компьютера.

• Напряжение питания, потребляемая мощность и др.

Постоянные запоминающие устройства

• Постоянное запоминающее устройство ( ПЗУ , Read Only Memory, ROM). Информация в ПЗУ записывается на заводе-изготовителе микросхем памяти, и в дальнейшем изменить ее значение нельзя.

• Перепрограммируемое ПЗУ, (ППЗУ Programmable Read Only Memory, PROM). Информация на этой микросхеме может стираться специальными методами (например, лучами ультрафиолета), после чего пользователь может повторно записать на нее информацию.

• Флэш-память (flash memory) - энергонезависимой памятью, которую можно многократно перезаписывать, не вынимая ее из компьютера

• CMOS-память – энергозависимая, перезаписываемая память, которая при своей работе с низким потреблением энергии.

Организация памяти

• Использование двоичной и десятичной арифметики (двоично-десятичный код).

десятичное: 1944

двоичное: 0000 0111 1001 1000

двоично-десятичное: 0001 1001 0100 0100

• Упорядочение байтов

SPARC, большие IBM Intel

Самоконтролирующиеся коды

• Контроль четности (бит четности) – контроль по паритету (дополнение до нечетности). Позволяет обнаружить только одиночные ошибки в проверяемых данных. Обычно используется для байта.

Число 10111101 - Бит чётности 1 – Кодовое слово - 101111011
Число 01110011 - Бит чётности 0 – Кодовое слово - 011100110

• Код с исправлением ошибок - это коды, которые позволяют закодировать какое-либо слово определённым образом и затем определить появилась ли какая-то ошибка в этом сообщении и, при возможности, восстановить это сообщение.

Код Хэмминга

Код Хэмминга используется для обнаружения и исправления ошибок в двоичных сообщениях (в прикладных программах в области хранения данных)

В исходное сообщение добавляется избыточность – контрольные биты (ε), которые будут контролировать правильность передачи каждого символа в сообщении.

Место расположение контрольных бит в исходном определяется по формуле :

№ -номер (положение)

№ ε = 2i , где i = 0,1,2,3,4 и т.д. тогда № ε = 1,2,4,8,16,32,64,128,256 и т.д.

 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

 Формула кодового слова такова:

ε0 ε1 а1 ε2 а2 а3 а4 ε3 а5 а6 а7 а8 а9 а10 а11 ε4 

Понятно, что количество ε в кодовой последовательности зависит от количества символов в исходной.

Например: в последовательности из 4 символов их 3 (ε0 ε1 а1 ε2 а2 а3 а4 )

Транспортированное кодовое слово

1) Построение кодового слова: рассмотрим на примере

Пусть дано информационное слово а = (1 0 0 1) – его надо зашифровать

1 2 3 4 

То предварительно кодовое слово будет выглядеть:

ε0 ε1 1 ε2 0 0 1

Далее определяем значение контрольных бит по формулам:

ε0 = а1 ⨁ а2 ⨁ а4 = 1 ⨁ 0 ⨁ 1 = 0

ε1 = а1 ⨁ а3 ⨁ а4 = 1 ⨁ 0 ⨁ 1 = 0

ε2 = а2 ⨁ а3 ⨁ а4 = 0 ⨁ 0 ⨁ 1 = 1

Составляем кодовое слово, оно будет называться транспонированное

Вычисление ошибки

2) На приёмной стороне осуществляется проверка:

Ошибка (синдром ошибки) вычисляется по формуле:

S = H x Rt , где S- это синдром,

H – проверочная матрица Хэмминга (такая же, что использовалась для построения кодовой последовательности ),

Rt – принятое транспонированное кодовое слово (со слада5).

Rt= 0 0 1 1 0 0 1 .

Кэш-память

Кэш (от фр. cacher — «прятать») — промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий информацию, которая может быть запрошена с наибольшей вероятностью.

Кэш — это память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в памяти с меньшей скоростью доступа (например, ОП).

Доступ к данным в кэше осуществляется быстрее, чем выборка исходных данных из более медленной памяти или удаленного источника, однако её объём существенно ограничен по сравнению с хранилищем исходных данных.

Кэш состоит из набора записей. Каждая запись ассоциирована с элементом данных или блоком данных (небольшой части данных), которая является копией элемента данных в основной памяти. Каждая запись имеет идентификатор, определяющий соответствие между элементами данных в кэше и их копиями в основной памяти.

Кэширование применяется

ЦПУ – для кэширования данных из ОП. Это статическая память.

• жёсткими дисками,

• браузерами,

• веб-серверами,

• службами DNS и WINS.

Внешние запоминающие устройства ЭВМ

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер.

В состав внешней памяти компьютера входят:

• накопители на жёстких магнитных дисках;

• накопители на гибких магнитных дисках;

• накопители на компакт-дисках;

• накопители на магнито-оптических компакт-дисках;

• накопители на магнитной ленте (стримеры)

• и др.

Магнитные диски
(HDD — Hard Disk Drive)

• Первый жесткий диск (1956): IBM 350 Disk Storage Unit был показан миру 4 сентября 1956 года, имел емкость порядка 5 мегабайт, хранящихся на пятидесяти 24-х дюймовых дисках.

• Первый современный дизайн жесткого диска(1973): IBM model 3340 имел емкость в 60 мегабайт (30/30) (“Winchester”).

• 1990 год — максимальная ёмкость 320 Мб;

• 1995 год — максимальная ёмкость 2 Гб;

• 1997 год — максимальная ёмкость 10 Гб;

• 2006 год — применение перпендикулярного

метода записи в коммерческих накопителях;

• 2007 год — выпуск винчестера 1 Терабайт.

Термины по жесткому диску

• Парковка(Park) - перемещение головок накопителя в определенную точку и фиксация их в неподвижном состоянии над неиспользуемыми частями диска, для того, чтобы свести к минимуму повреждения при сотрясении накопителя, когда головки могут ударяться о поверхности диска.

• Уровень прекомпенсации ( Value write precompensation ) - номер цилиндра, с которого контроллер начнет упаковывать записываемые данные более плотно. Дело в том, что дорожки, расположенные на диске винчестера, имеют различную длину - те, что ближе к центру, короче расположенных с краю. Но контроллер записывает одно и то же количество данных в каждую дорожку, независимо от ее длины. Для компенсации разницы в длине дорожек контроллер должен записывать данные на удаленные от края диска дорожки более плотно, чем на наружные.

• Чередование(Interleave) - отношение между скоростью вращения диска и организацией секторов на диске. Обычно скорость вращения диска превышает способность компьютера получать данные с диска. К тому моменту, когда контроллер производит считывание данных, следующий последовательный сектор уже проходит головку. Поэтому данные записываются на диск через один или несколько сектора. С помощью специального программного обеспечения при форматировании диска можно изменять порядок чередования.

Термины по жесткому диску

• Дорожка(Track) - концентрическое деление диска.

• Цилиндр(Cylinder) - дорожки, расположенные напротив друг друга на всех сторонах всех дисков.

• Сектор(Sector) - деление дисковых дорожек, представляющее собой основную единицу размера, используемую накопителем. Секторы DOS обычно содержат по 512 байтов.

• Кластер(Cluster) - наименьшая единица пространства, с которой работает OS в таблице расположения файлов. Обычно кластер состоит из одного или более секторов. Количество секторов зависит от типа диска. Многие жесткие диски имеют кластеры из четырех секторов или 2048 байтов. Поиск кластеров вместо отдельных секторов сокращает издержки DOS по времени.

ФОРМАТИРОВАНИЕ

Форматирование состоит из компьютера двух этапов:

• физического форматирования (форматированием низкого уровня) - создание секторов, в которых будет храниться информация. Кроме того, определяются сектора, непригодные для записи данных, они помечаются как плохие.

• логического форматирования - диск подготавливается для записи файлов в - сектора, созданные при низкоуровневом форматировании(например, таблица расположения файлов, загрузочная запись, может быть присвоено имя).

Форматирование низкого уровня нужно производить в следующих случаях:

• если вы получил“ совершенно новый накопитель от компьютера, и он оказался неподготовленным к работе;

• если появился сбой в нулевой дорожке, вызывающий проблемы при загрузке с жесткого диска, но сам диск при загрузке с дискеты доступен;

• если появляются сообщения об ошибке при записи информации на диск;

• если вы возвращаете в рабочее состояние старый диск, например, переставленный со сломавшегося. В этом случае для обеспечения надежной работы нужно протестировать диск, чтобы найти и отметить все сектора, недопустимые для записи;

• если диск оказался сформатированным для работы с другой операционной системой;

• если диск перестал нормально работать, и все методы восстановления не дали положительных результатов;

• если вы используете диск с контроллером другого типа. В противном случае могут возникнуть проблемы при обращении к жесткому диску.

Файловая система

Файловая система  — порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации .

Задачи файловой системы:

• именование файлов;

• программный интерфейс работы с файлами для приложений;

• отображения логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;

• организация устойчивости файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств;

• содержание параметров файла, необходимых для правильного его взаимодействия с другими объектами системы (ядро, приложения и пр.).

Файловые системы

•  FAT (file allocation table) - хранится информация о расположении файла на диске, а информация о имени, атрибутах, времени и дате создания и размере хранится в каталоге. FAT – это электронная таблица, управляющая распределением дискового пространства. Каждая ячейка этой таблицы связана с определённым кластером на диске. Число, содержащееся в этой ячейке, сообщает о том, использован ли данный кластер под какой-либо файл и, если использован, где находится следующий кластер этого файла.

• FAT32 - основное её преимущество увеличенное по отношению к FAT16 число кластеров в разделе.

• NTFS - обеспечивает преимущества:

  • большие размеры файлов и разделов,

  • дополнительные атрибуты файлов и

  • расширенные средства безопасности.

Размер файла и раздела в NTFS может достигать 17 179 869 184 Гбайт (в FAT до 4 Гбайт). Раздел NTFS состоит из главной таблицы файлов (master file table - MFT). MFT в отличие от FAT содержит больше информации о файле. Атрибуты файла в NTFS сохраняются вместе с файлом и являются частью самого файла.

Основное преимущество файловой системы NTFS – это обеспечение безопасности файлов и каталогов.

Интерфейсы винчестеров SCSI: 

• Интерфейс SCSI (Small Computer System Interface) используется не только в IBM-совместимых компьютерах, но и семействах Macintosh, SPARC, VAX и др.

• Шину SCSI можно использовать для связи компьютера с несколькими периферийными устройствами (как внешними, так и внутренними).

• Подключаемые к шине SCSI устройства могут играть роль ведущих (Initiator) или ведомых (Target), при этом одно и то же устройство может быть ведомым в одних случаях и ведущим - в других.

• Программы для работы со SCSI-устройствами не используют физические характеристики конкретного устройства (число головок, цилиндров и т.п.), а имеют дело с логическими блоками, что дает возможность работы фактически со всеми блочными устройствами.

• Для подключения устройств SCSI используется кабель (как правило плоский) с 50-контактными разъемами.

• Скорость SCSI-интерфейса стандарта до 320 мегабит/с

Интерфейсы винчестеров ATA/IDE: 

• ATA (Advanced Technology Attachment) , IDE (Integrated Drive Electronics) - параллельный интерфейс подключения накопителей (жёстких дисков и оптических дисководов) к компьютеру.

• Особенности: скорость до 133 мегабит/с, невысокая цена устройств, простота их установки и эксплуатации, а также высокий уровень совместимости устройств IDE, но невысокая скорость обмена данными, винчестеры могут быть Master или Slave. 

• Serial ATA - последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE).

• Особенности: скорость от 150 до 600 мегабит/с,
  контроллер Serial ATA Windows опознаёт контроллер
  как устройство SCSI или RAID.

Характеристики HDD:

• Интерфейс - набор, состоящий из линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил обмена. Современные накопители могут использовать интерфейсы ATA (ATA, IDE, PATA), Serial ATA, SCSI, SAS, FireWire, USB и др.

• Ёмкость - количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств достигает 2000 Гб.

• Физический размер (форм-фактор)  - обычно это либо 3,5, либо 2,5 дюйма. Последние чаще применяются в ноутбуках. Для Notebook важна также высота винчестера 6 - 9 мм.

• Время произвольного доступа  - время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска ( от 2,5 до 16 мс).

• Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) - количество оборотов шпинделя в минуту. Обычно это: 4200, 5400 и 7200, реже 10 000 и 15 000 об./мин..

Характеристики HDD:

• Надежность  - определяется как среднее время наработки на отказ.

• Количество операций ввода-вывода в секунду - у современных дисков это около 50 оп./сек при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

• Потребление энергии - важный фактор для мобильных устройств.

• Уровень шума, - шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

• Сопротивляемость ударам  - сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включенном и выключенном состоянии.

• Скорость передачи данных: У Внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с S Внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с

•  Объем буфера: В современных (2008 год) HDD он обычно варьируется от 8 до 32 Мб.

RAID-массивы

RAID ( Redundunt Array of Inexpensive Disks) — «избыточный массив недорогих дисков», но позже буква I в аббревиатуре стала заменять слово Independent (независимый).

Преимущества RAID :

• Во-первых, как мы уже сказали, программное обеспечение воспринимает RAID как один большой диск.

• Во-вторых, данные на всех RAID распределены по дискам таким образом, чтобы можно было осуществлять параллельные операции.

RAID-массивы

• RAID-0. Называемый так же "Лента". Два или более жестких дисков объединяются в один путем последовательного слияния и суммирования объемов. При этом скорость чтения/записи у этого массива будет вдвое больше, нежели у одного диска.
  Недостаток - полное отсутствие отказоустойчивости.

• RAID-1 - дублирует все диски. При записи информации каждая полоса записывается дважды. При считывании может использоваться любая из двух копий, при этом одновременно может происходить загрузка информации с большего количества дисков. Производительность при записи будет такая же, как у обычного диска, а при считывании — гораздо выше (максимум в два раза). Отказоустойчивость отличная: если происходит сбой на диске, вместо него используется копия.

RAID-массивы

• RAID-2. Каждый байт виртуального диска разбивается на два кусочка по 4 бита, затем к каждому из них добавляется код Хэмминга, и таким образом получается слово из 7 бит. Каждый из 7 бит пишется на отдельный диск синхронно. При утрате одного из дисков проблем также не возникало, поскольку потеря одного диска означала потерю одного бита, а это код Хэмминга исправляет. Это дает возможность коррекции возникающих ошибок "на лету" без снижения скорости обмена данными между дисковым массивом и центральным процессором.

• RAID-3 представляет собой упрощенную версию RAID-массива второго уровня - для каждого слова данных вычисляется 1 бит четности и записывается на диск четности. Диски должны быть точно синхронизированы, поскольку каждое слово данных распределено на несколько дисков.

• В RAID-4 происходит разбиение данных на отдельные блоки, размер которых не превышает размер одного сектора на диске. В результате повышается скорость обработки небольших файлов.
  Существенным недостатком рассматриваемых массивов является повышенная нагрузка на жесткий диск, предназначенный для хранения контрольных сумм, что существенно снижает его ресурс.

RAID-массивы

• RAID-5 - биты четности распределяются равномерно по всем дискам и записываются по кругу. При выходе из строя любого диска после его замены необходимо некоторое время на полное восстановление информации.

• RAID 6 В нем под хранение контрольных сумм, которые также циклично и равномерно разносятся на разные диски, выделяется объем памяти, равный объему двух жестких дисков. Вместо одной вычисляются две контрольные суммы, что гарантирует целостность данных при одновременном выходе из строя сразу двух винчестеров в массиве.
  Достоинство - высокая степень защищенности информации.

Недостаток - снижение общей скорости обмена данными примерно на 10% из-за увеличения объема необходимых вычислений контрольных сумм, а также из-за роста объема записываемой/считываемой информации.

НАКОПИТЕЛИ НА ГИБКИХ МАГНИТНЫХ ДИСКАХ

• FDD - (Floppy Disk Drive) дисковод для гибких дисков (дискет)

• Гибкий диск (floppy disk), или дискета, — носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения.

• Основные принципы работы аналогичны HDD/

• Объем :

  • 8 дюймов (80, 256, 800 КБ)

  • 5,25 дюйма (110, 360, 720, 1200 КБ)

  • 3,5 дюйма (1,44, 2,88 Мб)

Оптические диски

Компакт-диск изготавливается с использованием очень мощного инфракрасного лазера, который выжигает отверстия диаметром 0,8 микрон в специальном стеклянном контрольном диске. Углубления в нижнем слое смолы в английском языке называются термином «впадина» (pit), а ровные пространства между впадинами называются термином «площадка»- (land).

В результате, если свет отражается от выступа, фотодетектор проигрывателя получает меньше света, чем при отражении от площадки. Переход впадина/площадка или площадка/впадина для записи 1 и его отсутствие для 0.

Запись проводится по спирали.

DVD (Digital Video Disk)

DVD (или Digital Versatile Disc - цифровой многоцелевой диск) - носитель информации, выполненный в виде диска, внешне схожий с компакт-диском, однако имеющий возможность хранить больший объем информации за счет использования лазера с меньшей длиной волны, чем для CD.

Защита от копирования дисков DVD

• контроль регионального воспроизведения –(Регион 1 - США и Канада, Регион 5 - Восточная Европа, Россия, Индийский субконтинент, Африка, Северная Корея, Монголия и др.).

• система шифрования видеоданных -  обеспечивается системой шифрования видеоданных. Для дешифрования необходима пара 40-разрядных ключей.

• аналоговая система защиты -предназначена для предотвращения копирования дисков DVD-Video на др. носители.

Типы CD и DVD:

• Без возможности записи - CD-ROM и DVD-ROM

• С однократной записью и многократным чтением - 
  CD-R и DVD±R (R — recordable, записываемый). 

• С возможностью перезаписи - CD-RW и DVD±RW

Характеристики CD, DVD:

• Емкость диска (CD - до 700 Мбайт, DVD - до 17 Гбайт)

• Скорость передачи данных от носителя в оперативную память - измеряется в долях, кратных скорости 150 Кбайт/сек для CD-дисководов и 1,3 Мбайт/сек для DVD-дисководов (Такая скорость считывания информации была у первых -дисководов)

CD-дисководы маркируются тремя числами «скорость чтения Х скорость записи CD-R Х скорость записи CD-RW» (например, «52х52х32»). 
DVD-дисководы также маркируются (например, «16х8х6»).

• время доступа - время, нужное для поиска информации на диске, измеряется в миллисекундах (для CD 80-400мс).

• Форматы записи и воспроизведения (например для DVD: DVD видео, DVD+R/RW, DVD-R/RW, DVD-RAM, CD/-R/-RW )

USB-ФЛЕШ-НАКОПИТЕЛЬ

Flash-память относится к классу энергонезависимых типов памяти, хранящих данные даже в отсутствие напряжения питания. Очистка памяти производится при помощи операции стирания.
Элемент, хранящий информацию - это один полевой транзистор, у которого под затвором помещен еще так называемый плавающий затвор (из электрически изолированного поликремния) , позволяющий хранить заряд в виде электронов.

Наличие заряда на транзисторе понимается как логический "0", а его отсутствие - как логическая "1".

Использование только одного транзистора для хранения одного бита ведет к уменьшению площади памяти (и значит, к уменьшению цены) , по сравнению с типами памяти хранящей на нескольких транзисторах (например SRAM). 

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Малый вес, бесшумность работы, портативность и универсальность: современные компьютеры, телевизоры и DVD-проигрыватели имеют USB-порты.

• Низкое энергопотребление (так как не является механизмом в отличие от CD, DVD и жёстких дисков)

• Устойчивы к механическим воздействиям (вибрации и ударам), а также к воздействию магнитных полей по сравнению с жёсткими дисками.

• Способны хранить данные автономно до 5 лет. Наиболее перспективные образцы — до 10 лет. В худшем случае флеш-накопитель хранит данные 3-6 месяцев.

Недостатки

• Ограниченное число циклов записи-стирания перед выходом из строя. Чипы памяти, сделанные по технологии MLC (обычно не более 5000).

• В отличие от компакт-дисков, имеют недостатки, свойственные любой электронике:

  • чувствительны к электростатическому разряду — обычное явление в быту, особенно зимой;

  • чувствительны к радиации.

Характеристики НМЛ

• Объем хранимой информации на одной кассете - до 4Гбайт, в библиотеке - до 70 Петабайт (1015 байт).

•  Скорость передачи данных до 6 Гбит/с

Достоинства:

• большая ёмкость;

• низкая стоимость;

• стабильность работы и надежность;

• низкое энергопотребление у ленточной библиотеки большого объёма;

• наличие ленточная библиотека.

Недостатки:

• низкая скорость произвольного доступа к данным из-за последовательного доступа;

• сравнительно высокая стоимость устройства записи (стримера).

ZIP – накопитель на мягком магнитном диске

Zip — семейство накопителей на гибких магнитных дисках, аналоги дискет, имеющие большую ёмкость.

Изначально имели ёмкость около 100 мегабайт, в поздних версиях она была увеличена до 250 и 750 мегабайт.

Jaz накопители на жестком магнитном диске

Jaz накопители на съемных жестких дисках.

• Емкость используемого картриджа до 2 Гбайт;

• Скорость передачи данных 1,4 Мбайт/с

Внешние устройства ЭВМ

Манипулятор Мышь

Это механический манипулятор, преобразующий движение в управляющий сигнал. Например, сигнал может быть использован
для позиционирования курсора.

Основные характеристики:

• Тип: механические, оптические и оптомеханические

• Вид подключения :USB, PS/2, USB+PS/2, Bluetooth, COM, ИК-порт.

• Количество кнопок: от одной до 17.

• Частота опроса может быть от 20 до 1000 Гц. Для PS/2 она может быть от 10 до 200 герц, USB до 1000 герц.

• Разрешение сенсора в количестве позиций на дюйм. (например, 800 Dpi)

Видеоадаптер

Видеоадаптер служит для программного формирования графических и текстовых видеоизображений и является промежуточным элементом между монитором и шиной ЭВМ.

Стандарты видеоадаптеров

• MDA (Monochrome Display Adapter) – монохромный адаптер, используемый для вывода только текстовой информации;

• HGC (Hercules Graphic Controller) – графическое расширение MDA, обеспечивающий режим 720*350 с двумя битами на пиксель;

• CGA (Color Graphic Adapter) – цветной графический адаптер. Режимы текстовый и графический, разрешение низкое особенной по вертикали.

• EGA (Enhanced Graphic Adapter) – расширенный графический адаптер. Режимы текстовый и графический, кроме собственных видеорежимов поддерживал режимы адаптеров MDA и CGA.

• MCGA (Multi Color Graphic Array) – появился как встроенный графический адаптер на системной плате, поддерживал режимы CGA и др.

• VGA (Video Graphic Adapter) – появился как встроенный графический адаптер на системной плате, затем сформировался как самостоятельный адаптер. Режимы текстовый и графический. Поддерживает режимы MDA, CGA, EGA и дополнительный (640*480). Обеспечивает на экране 256 цветов.

•  SVGA (SuperVGA) – группа видеоадаптеров, превосходящих VGA по количеству цветов и разрешению. Наиболее популярные режимы: разрешения 800×600, 1024×768, 1280×1024, 1600×1200 и количество цветов до 16 млн (24 бита на пиксель),

Характеристики видеоадаптеров:

• • Тип (модель) графического процессора (чипсета)

  • NVIDIA называет свои графические процессоры следующим образом: GeForce GTX 123.

Где 123 - это числовое обозначение, которое указывает на положение данного графического чипа в линейке видеокарт от NVIDIA. Первая цифра (1) указывает на поколение видеокарты. На данный момент последним поколением видеокарт является GeForce GTX 7xx. Вторая (2) и третья (3) цифры указывают на положение данного графического чипа в линейке видеокарт текущего поколения.

• AMD использует очень похожую схему обозначения своих графических чипов. Чипы от компании AMD обозначаются следующим образом: Radeon HD1234. Где цифра 1 указывает на поколение графического чипа, а цифры 2, 3 и 4 указывают на положение чипа внутри текущего поколения.

• Частота работы графического ядра — ~1000 МГц.

• Тип интерфейса —AGP или PCI-E.

• Тип, разрядность шины и частота работы локальной памяти, определяющие ее производительность.

• Поддерживаемый объем локальной памяти — до 4000 Мбайт

• Разрешение экрана, с которым работает акселератор.

• Максимальное цифровое разрешение 4096x2160(GeForce GTX 780 Ti)

• Максимальное VGA разрешение 2048x1536(GeForce GTX 780 Ti)

• Разрядность цвета — 16-32 бит/пиксел.

• др.

Мониторы

В основу способа формирования цветного изображения положено свойство трехкомпонентности цветового восприятия (получение всех цветов путем аддитивного смешения трех цветовых потоков — красного, синего, зеленого, стандарт RGB).

Электронно-лучевые мониторы

Электронный луч периодически сканирует весь экран, образуя на нем близко расположенные строки развертки (растр).

Наиболее важными параметрами монитора являются частота кадровой развертки (поддерживается на уровне 75-85 Гц в соответствии с современными медико-психологическими оценками нормального восприятия изображений человеком), частота строчной развертки (определяется произведением частоты кадровой развертки на количество выводимых строк в одном кадре, измеряется в килогерцах),

В мониторах используются два способа формирования изображения сплошная развертка (все строки кадра выводятся в течение одного периода кадровой развертки); чересстрочный (за одну половину периода кадровой развертки выводятся четные строки изображения, а за следующую—не-четные, т. е. один кадр делится на два поля). Это позволяет увеличить разрешающую способность монитора в ущерб качеству изображения.

Жидкокристаллические мониторы

Экран жидкокристаллического дисплея состоит из двух стеклянных параллельно расположенных пластин, между которыми находится герметичное пространство с жидким кристаллом. К обеим пластинам подсоединяются прозрачные электроды. Искусственный или естественный свет за задней пластиной освещает экран изнутри. Электроды, подведенные к пластинам, используются для того, чтобы создать электрические поля в жидком кристалле. На различные части экрана воздействует разное напряжение, и таким образом можно контролировать изображение.

Характеристики мониторов

• Тип матрицы — технология, по которой изготовлен ЖК-дисплей.

• Разрешение — горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселях.

• Размер точки (размер пикселя) — расстояние между центрами соседних пикселей.

• Соотношение сторон экрана (пропорциональный формат) — отношение ширины к высоте (5:4, 4:3, 3:2 (15÷10), 8:5 (16÷10), 5:3 (15÷9), 16:9 и др.)

• Видимая диагональ — размер самой панели, измеренный по диагонали.

• Контрастность — отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек при заданной яркости подсветки.

• Яркость — количество света, излучаемое дисплеем, обычно измеряется в канделах на квадратный метр.

• Время отклика — минимальное время, необходимое пикселю для изменения своей яркости.

• Угол обзора — угол, при котором падение контраста достигает заданного, для разных типов матриц и разными производителями вычисляется по-разному(к примеру как: CR 5:1 — 176/176°, CR 10:1 — 170/160°? CR(contrast ratio) ).

•  и др.

Печатающие устройства (принтеры)

По принципу переноса изображения на носитель принтеры делятся на:

• Ударно-шрифтовые (алфавитно-цифровые, АЦПУ)

• Матричные ;

• Лазерные ;

• Струйные ;

• Термопринтеры;

• Сублимационные;

• Твердочернильные;

• 3D - принтеры.

Ударно-шрифтовые (алфавитно-цифровые, АЦПУ)

• Барабанные, на основе лепесткового печатающего устройства или пишущей машинки с электромагнитным приводом. Исторические типы. Морально устарели в 1980-е годы. С начала 1990-х годов не выпускаются.

Матричные принтеры

Изображение формируется печатающей головкой, которая состоит из набора иголок (игольчатая матрица), приводимых в действие электромагнитами. Головка передвигается построчно вдоль листа, при этом иголки ударяют по бумаге через красящую ленту, формируя точечное изображение.

Сравнение с другими типами

• Очень низкое качество печати.

• Низкая скорость печати (в текстовом режиме — десятки
  секунд на страницу, в графическом — несколько минут)

• Стоимость отпечатка крайне низка (расходный материал — красящая лента).

• Отлично печатают на бумаге крайне плохого качества, что ещё снижает стоимость.

• Устойчивость отпечатка к внешним воздействиям.

• Простота обслуживания.

• Высокий уровень шума ( до 65 дБ).

Основное применение в настоящее время - печать документов (в банках, билетных кассах, различных бюро, лабораториях, медицинских учреждениях, в составе кассовых аппаратов и др.)

Струйные принтеры

В струйных принтерах используется матрица дюз (печетающая головка), печатающая жидкими красителями. Печатающая головка может быть встроена в картриджи с красителями или выполнена отдельно.

Струйные принтеры

Сравнение с другими типами

• Высокое качество достигается только на бумаге со специальным покрытием.

• Цветопередача очень хороша.

• Скорость печати у простых персональных принтеров — сравнима со скоростью матричного принтера, около минуты на страницу A4.

• Стоимость отпечатка при использовании оригинальных расходных материалов очень высока.

• Устойчивость отпечатка к внешним воздействиям зависит от состава чернил и материала печати.

• Струйные принтеры (при надлежащей конструкции тракта подачи) могут печатать даже на сувенирах с неровной поверхностью.

• Низкий шум.

• Крайне капризны, бесперебойная работа возможна только если принтер периодически печатает всеми своими картриджами.

• Основное применение в настоящее время. Фотопечать, широкоформатная печать, специальные виды печати.

Термопринтеры

Процесс печати состоит в формировании изображения термической печатной головкой на специальной термочувствительной бумаге, которая чернеет в местах нагрева, образуя символы. Просты и дешёвы, не требуют красящего вещества, но качество печати невысокое.

Сравнение с другими типами

• Качество печати невысокое (~ 300 dpi).

• Только чёрно-белые.

• Очень быстры, быстрее матричных и струйных принтеров.

• Стоимость отпечатка крайне низка.

• Отпечатки неустойчивы к трению, давлению.

• Крайне надёжны

• Расходный материал — термобумага.

Основное применение в настоящее время. Массово применяются в малоформатных и малогабаритных печатающих устройствах: факсах, кассовых аппаратах, банкоматах, терминалах обслуживания.

Сублимационные принтеры

Сравнение с другими типами

• Сублимационный принтер печатает очень долговечные изображения за счет того, что краска — твердая, и находится под поверхностью бумаги. Защитный слой препятствует испарению краски из-под поверхности.

• Сублимационные принтеры печатают более качественное изображение, чем струйные принтеры при том же уровне разрешения.

• Сублимационный принтер достаточно дорог, так же как и расходные материалы к нему.

• К серьёзным проблемам сублимационной печати можно отнести крайне медленный вывод фотографий (фото 10×15 см печатается более 1 минуты) и чувствительность применяемых чернил к ультрафиолету. Однако сейчас вводятся новые типы защитной краски, обеспечивающей защиту от ультрафиолета.

Твердочернильные принтеры

Сравнение с другими типами

• Качество печати остается стабильным с течением времени.

• Использование твердых чернил на основе воска обеспечивает яркость, насыщенность цветов.

• Твердочернильные аппараты способны печатать на широком диапазоне носителей, в том числе и бумаге различной плотности, картоне, пленке и т. д. без потери качества.

• Неустойчивость отпечатков к высоким температурам (более 125 °C).

3D - принтеры

Устройство, использующее метод послойного создания физического объекта по цифровой 3D-модели.

Применяются две технологии формирования слоёв:

• Лазерная - ультрафиолетовый лазер постепенно, пиксель за пикселем, засвечивает жидкий фотополимер, При этом жидкий полимер затвердевает и превращается в достаточно прочный пластик.

• Струйная - застывание материала при охлаждении — раздаточная головка выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика. Капли быстро застывают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта.

Планшетные графопостроители

В планшетных графопостроителях носитель неподвижно закреплён на плоском столе. Головка перемещается по двум перпендикулярным направлениям. Размер носителя ограничен размером планшета.

В некоторых устройствах небольших размеров головка закреплена неподвижно, а перемещается стол с закреплённым на нём носителем, как это сделано во фрезерных станках с числовым программным управлением.

Графопостроители с перемещающимся носителем

• барабанные графопостроители, в которых носитель фиксированного размера укреплён на вращающемся барабане;

• фрикционные графопостроители, в которых носитель перемещается с помощью фрикционных роликов.

• рулонные графопостроители, которые подобны фрикционным, но используют специальный носитель с краевой перфорацией.

Электростатические графопостроители

Электростатические графопостроители работают на безударном электрографическом растровом принципе. Специальная диэлектрическая бумага перемещается под электростатической головкой, содержащей иголки. К иголкам прикладывается отрицательное напряжение в результате чего диэлектрическая бумага заряжается и на ней создаётся скрытое изображение. Затем бумага проходит через бокс, в котором над ней распыляется положительно заряженный тонер. Заряженные области притягивают частицы тонера.

• Скорость печати составляет от 500 до 1000 линий в мин.

• Разрешение 200—400 dpi.

Перьевые графопостроители

Перьевые плоттеры являются электромеханическими устройствами векторного типа и создают изображение при помощи пишущих элементов, обобщенно называемых перьями

Сканеры

Сканером называется устройство, которое служит для ввода изображений. Основным узлом сканера является считывающая головка, состоящая из фоточувствительных полупроводниковых элементов.

• Ручной сканер - для ввода в ПК какого либо документа необходимо без резких движений провести сканирующей головкой по этому изображению.

• Настольные сканеры:

  • В планшетных сканерах головка перемещается относительно бумаги с помощью шагового двигателя.

  • В рулонном сканере санирующая головка остается без движения, а относительно нее перемещается бумага со сканируемым изображением.

  • Проекционные сканеры отличаются тем, что сканируемый документ кладется на поверхность сканирования изображением вверх, блок сканирования находится сверху и перемещается только сканирующее устройство. При этом можно сканировать проекции трехмерных объектов (основная отличительная черта этих сканеров).

Характеристики сканеров:

• Интерфейс для подключения.

• Оптическое разрешение сканирования, например, 4800х9600 dpi.

• Разрешающая способность характеризует размер сетки пикселей (600, 1200, 2400 и выше dpi).

• Разрядность цвета (24, 48 и т. д. бит на пиксель).

• Сканирование фотопленки (слайдов) есть или нет.

• Скорость сканирования изображения может составлять от нескольких секунд до нескольких минут.

Многофункциональные устройства (МФУ)

МФУ - устройство с дополнительными функциями принтера, сканера, факсимильного устройства, копировального модуля. Дополнительные функции могут присутствовать в стандартной комплектации устройства или же добавляться к базовому устройству опционально.