1.2 Элементная база, архитектура, сетевая компоновка, производительность
Первый этап в развитии электронной вычислительной техники (ЭВМ) базировался на электронных лампах. Но электронные лампы обладали существенными недостатками: большие размеры, низкая надежность и др. Поэтому начала развиватьсятвердотельная электроника, а в качестве элементной базы стали применятьдиодыитранзисторы. Компьютеры, основанные на транзисторах, не устранили полностью эти недостатки. Для решения проблем начали применятьсямикросборки, а затем имикросхемы. Число элементов микросхем постепенно увеличивалось, стали появлятьсямикропроцессоры. В настоящее время развитию электроники способствует появлениесотовой связи, а также различных беспроводных устройств,навигаторов,коммуникаторов,планшетови т. п.
Архитектура ЭВМ— концептуальная структура вычислительной машины, определяющая проведение обработки информации и включающая методы информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения.
Архитектура ЭВМ определяется совокупностью общих принципов организации аппаратно-программных средств и их основных характеристик, обеспечивающих функциональные возможности вычислительной машины при решении соответствующих типов задач. Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав компьютера, так и программно – математическое обеспечение.
Структура ЭВМ- совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.
Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую архитектуру ЭВМ, представленную на рисунке 1.1.
|
|
| Внешнее запоминающее устройство |
|
|
| ||
|
|
|
|
|
|
| ||
Устройство ввода |
| Процессор Арифметико-логическое Устройство устройство управления |
|
Устройство вывода | ||||
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
| Оперативное запоминающее устройство |
|
|
|
Рис. 1.1 Схема классической архитектуры ЭВМ
Сущность этих принципов заключалась в следующем:
компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, устройство управления, память, внешняя память, устройства ввода и вывода);
арифметико-логическое устройство
(АЛУ)– выполняет арифметические и логические операции, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти;устройство управления
(УУ)– обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы на рисунке указаны пунктирными стрелками);данные, которые хранятся в запоминающем устройстве
(ЗУ),. представляются в двоичной форме;программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве;
для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода.
Принцип работы и структуру ЭВМ рассмотрим на примере персонального компьютера (ПК). На рисунке 1.2 представлена схема структуры ПК. Основу ПК составляет системный блок, в котором размещены: микропроцессор (МП), блок оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), долговременной памяти на жёстком магнитном диске (Винчестер), устройства для запуска компакт-дисков (CD) и дискет (НГМД). Там же находятся платы: сетевая, видеопамяти, обработки звука, модем (модулятор-демодулятор), интерфейсные платы, обслуживающие устройства ввода-вывода: клавиатуры, дисплея, "мыши", принтера и др.
Рис. 1.2 Схема структуры ПК
Все функциональные узлы ПК связаны между собой через системную магистраль (шину), представляющую из себя более трёх десятков упорядоченных микропроводников, сформированных на печатной плате.
Микропроцессор служит для обработки информации: он выбирает команды из внутренней памяти (ОЗУ или ПЗУ), расшифровывает и затем исполняет их, производя арифметические и логические операции. Получает данные из устройства ввода и посылает результаты на устройства вывода. Он вырабатывает также сигналы управления и синхронизации для согласованной работы его внутренних узлов, контролирует работу системной магистрали и всех периферийных устройств.
С развитием вычислительной техники появились и приобрели широкое использование системы физического соединения двух или более компьютеров - компьютерные сети. По территориально-организационным признакам (количеству машин и расстоянию между ними) компьютерные сети принято разделять на локальные и глобальные. Глобальные сети (например, Internet) распространяют свое действие по всему миру и используют все каналы связи, включая спутниковые.
Архитектурный принцип построения большинства сетей называется «клиент-сервер». Сервер - компьютер сети, предоставляющий свои программные и аппаратные ресурсы пользователям сети для хранения данных, выполнения программ и других услуг. Клиент - компьютер сети, пользующийся услугами сервера; в его роли часто выступают программы, имеющие доступ к информационным ресурсам или устройствам сервера. Термины «клиент» и «сервер» используются для обозначения как программных, так и аппаратных средств.
Для передачи данных в сети используются специальные стандарты, обеспечивающие их совместимость ‑ сетевые протоколы. Примером универсального протокола является семейство TCP/IP, широко применяющееся во всем мире для объединения компьютеров в сеть Internet которая состоит из множества сетей различной физической природы.
История его возникновения связана с задачей, поставленной после второй мировой войны правительством США. Требовалось создать единую сеть, которая могла бы своими средствами находить маршруты передачи данных, а также в случае повреждения некоторых каналов связи перенаправлять поток информации по другим каналам. При реализации этого проекта были созданы отдельные представители семейства протоколов TCP/IP.
Контрольные вопросы:
1. Назовите основные этапы развития вычислительной техники.
2. Назовите ученых, которые внесли существенный вклад в развитие вычислительной техники.
3. Какие научные открытия предшествовали появлению первых вычислительных машин на электронных лампах?
5. Назовите особенности и направления развития вычислительной техники шестого поколения.
- Основы информационных технологий
- Оглавление
- Предисловие
- Современные информационные технологии
- 1.1 История, современное состояние и перспективы развития вычислительной техники
- 1.2 Элементная база, архитектура, сетевая компоновка, производительность
- 1.3 Понятие информации. Классификация и виды информационных технологий
- Основные свойства информационных технологий.
- 1 .4 Операционные системы
- 2 Основные программные средства информационных технологий
- 2.1. Программное обеспечение. Текстовые редакторы, их возможности и назначение
- 2.2. Графические редакторы
- 2.3. Электронные таблицы
- 2.4. Сервисные инструментальные программные средства
- 2.5. Системы математических вычислений MatLab
- 2.6 Система подготовки презентаций
- 3 Сетевые технологии и интернет
- 3.1 Классификация компьютерных сетей
- 3.2 Семиуровневая модель структуры протоколов связи
- 2.3. Взаимодействие компьютеров в сети
- 3.3 Организационная структура Internet
- 3.4 Инструментальные средства создания web-сайтов. Основы web-дизайна
- 3.5 Языки разметки гипертекста html и xml
- 3.6 Скриптовые языки программирования
- 4 Системы управления базами данных
- 4.1. Классификация систем управления базами данных
- 4.2 Модели данных
- 4.3 Моделирование баз данных
- 4.4 Архитектура и функциональные возможности субд. Языковые и программные средства субд
- 4.5 Общая характеристика субд ms Access
- 4.6 Основные объекты ms Access
- 4.7 Основы языка sql
- Контрольные вопросы
- 5 Защита информации при использовании информационных технологий
- 5.1 Основы информационной безопасности
- 5.2. Методы и средства защиты информации
- 5.3 Защита от несанкционированного доступа к данным
- 5.4 Классы безопасности компьютерных систем
- 5.5 Основные аспекты построения системы информационной безопасности
- 6 Математическое моделирование и численные методы
- 6.1 Математические модели и численные методы решения задач в различных предметных областях
- 6.2 Численное дифференцирование и интегрирование
- 6.2.1 Особенность задачи численного дифференцирования
- 6.2.2 Интерполяционная формула Лагранжа для равноотстоящих узлов
- 6.2.3 Численное дифференцирование на основе интерполяционной формулы Лагранжа
- 6.2.4 Численное дифференцирование на основе интерполяционной формулы Ньютона
- 6.2.5 Постановка задачи численного интегрирования
- 6.2.6 Квадратурные формулы Ньютона-Котеса
- 6.2.7 Формула трапеций
- 6.2.8 Формула Симпсона
- 6.2.9 Оценка точности квадратурных формул
- 6.3 Методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений
- 6.3.1 Задача Коши и краевая задача
- 6.3.1.1 Классификация уравнений
- 6.3.1.2 Задача Коши
- 6.3.2 Одношаговые методы решения задачи Коши
- 6.3.2.1 Метод Эйлера
- 6.3.2.2 Модифицированный метод Эйлера
- 6.3.2.3 Метод Рунге-Кутта четвертого порядка
- 6.3.2.4 Погрешность решения и выбор шага
- 6.3.3 Многошаговые методы решения задачи Коши
- 6.3.3.1 Многошаговые методы
- 6.3.3.2 Метод Адамса
- 6.3.3.3 Методы прогноза и коррекции (предиктор-корректор)
- 6.3.3.4 Общая характеристика многошаговых методов
- 6.3.4 Краевая задача и метод стрельбы
- 6.3.4.1 Краевая задача
- 6.3.4.2 Метод стрельбы
- 6.3.4.3 Метод стрельбы для линейного дифференциального уравнения
- 6.4 Решение дифференциальных уравнений в чстных производных
- 6.4.1 Краткие теоретические сведения
- 6.4.2 Классификация уравнений по математической форме
- 6.4.3 Основы метода конечных разностей
- 6.4.3.1 Построение сетки
- 6.4.3.2 Аппроксимация уравнения эллиптического типа
- 6.4.3.3 Аппроксимация уравнения гиперболического типа
- 6.4.3.4 Аппроксимация уравнения параболического типа
- 6.4.3.5 Погрешность решения
- 6.4.4 Основы метода конечных элементов
- 6.4.4.1. Формирование сетки
- 6.4.4.2 Конечно-элементная аппроксимация
- 6.4.4.3 Построение решения
- 6.6 Элементы математической статистики
- 6.6.1 Генеральная совокупность. Выборка. Статистические ряды
- 6.6.2 Графическое изображение вариационных рядов. Эмпирическое распределение
- 6.6.3 Средние величины и показатели вариации
- 6.6.4 Средняя арифметическая и ее свойства
- 6.6.5 Дисперсия и ее свойства. Среднее квадратическое отклонение
- 6.6.6 Коэффициент вариации
- 6.6.7 Структурные средние
- 6.6.8 Законы распределения случайных величин
- 6.6.9 Статистические гипотезы
- 7 Методы оптимизации и системы поддержки принятия решений
- 7.1 Характеристика методов решения задач оптимизации
- 7.1.1 Численные методы безусловной оптимизации нулевого порядка
- 7.1.1.1 Основные определения
- 7.1.1.2 Классификация методов
- 7.1.1.3 Общая характеристика методов нулевого порядка
- 7.1.1.4 Метод прямого поиска (метод Хука-Дживса)
- 7.1.1.5 Метод деформируемого многогранника (метод Нелдера—Мида)
- 7.1.1.6 Метод вращающихся координат (метод Розенброка)
- 7.1.1.7 Метод параллельных касательных (метод Пауэлла)
- 7.1.2 Численные методы безусловной оптимизации первого порядка
- 7.1.2.1 Минимизация функций многих переменных. Основные положения
- 7.1.2.2 Метод наискорейшего спуска
- 7.1.2.3 Метод сопряженных градиентов
- 7.1.3 Численные методы безусловной оптимизации второго порядка
- 7.1.3.1 Особенности методов второго порядка
- 7.1.3.2 Метод Ньютона
- 7.2 Линейное программирование
- 7.2.1 Транспортная задача линейного программирования
- 7.2.1.1 Постановка задачи
- 7.2.1.2 Венгерский метод
- 7.2.1.3 Метод потенциалов
- 7.3 Прямые методы условной оптимизации
- 7.3.1 Основные определения
- 7.3.2 Метод проекции градиента
- 7.3.3 Комплексный метод Бокса
- 7.4 Методы штрафных функций
- 7.4.1 Основные определения
- 7.4.2 Методы внутренних штрафных функций
- 7.4.3 Методы внешних штрафных функций
- 7.4.4 Комбинированные алгоритмы штрафных функций
- 7.5 Информационные технологии поддержки принятия решений
- 7.6 Информационные технологии экспертных систем Характеристика и назначение
- Список литературы