3.2. Магистрально-модульный принцип построения ПК

Тест по дисциплине «Информационные технологии в профессиональной деятельности» для АНО ПО ОСЭК

Области, расположенные в верхнем и нижнем поле каждой страницы документа, которые обычно содержат повторяющуюся информацию:

b. совокупность методов, производственных процессов и программно-технических средств для обработки данных

Читайте также

9.5. Пример построения диаграммы кооперации В качестве примера рассмотрим построение диаграммы кооперации для моделирования процесса телефонного разговора с использованием обычной телефонной сети (см. главу ф. Напомним, что объектами в этом примере являются два

§ 76. Два главных принципа построения интерфейсов 21 декабря 2001По своему управлению микросистема Radiotehnika R-100 принципиально отличается от всех музыкальных систем, представленных сегодня на рынке. В Студии Лебедева придумана концепция с двумя идентичными пультами, каждый

Вариант 1

1. Почему ОЗУ и ПЗУ называются памятью с произвольным или случайным доступом?

2. Какие способы адресации данных имеют современные МП? Поясните их принцип действия.

3. Как на схемном уровне организуется доступ к устройствам ввода-вывода? Приведите временные диаграммы.

4. Как используется содержимое регистра состояния процессора (регистра флагов)? Ответ поясните на примере одного из МП.

5. В чем отличия асинхронного и синхронного способов обмена данными по системной магистрали? Ответ поясните временными диаграммами.

6. В чем заключается функциональная неоднородность регистров МП?

7. На какие функциональные части можно разделить BIOS?

8. Что содержит программный счетчик?

9. Для чего используется режим прямого доступа к памяти? Приведите временные диаграммы работы системы в этом режиме.

10. Накопители CD-ROM: Назначение, принцип действия, способы подключения к ЭВМ.

Возможности и области применения САПР

Основная цель разработки платформы – это повышение эффективности труда инженеров с помощью обеспечения взаимодействия с электронно-вычислительными машинами. Оно достигается следующими факторами:

• облегчается процесс конструирования для сотрудников всех отраслей;
• уменьшаются сроки завершения проектов в целом;
• сокращается начальная стоимость работы проектирования за счет устранения издержек и оплаты многочасового труда работников;
• улучшается качество готового продукта и каждого отдельного этапа;
• практически убирается статья расходов на тестирование изделий и устранение погрешностей.
• Такой результат достигается за счет ряда достоинств автоматизации:
• обширная и доступная информационная база, заложенная в структуре программы;
• автоматический сбор и классификация всех сопутствующих документов;
• возможность системы параллельного конструирования и, соответственно, предоставления объема работ на текущий момент моделирования;
• заложенная в программе библиотека готовых решений;
• режим проверки и испытаний готового продукта путем математического моделирования;
• подбор и предложение максимально выгодных методов моделирования при минимизации расходов;
• сбор и классификация информации для наиболее выгодного управления предприятием.

Вопросы и задания

1. Перечислите основные фундаментальные идеи, лежащие в основе построения компьютеров.

2. Какие устройства принято выделять в компьютерах классической архитектуры? Сравните их с устройством машины Беббиджа.

3. Чем обусловлен выбор двоичного кодирования для представления информации в компьютере?

4. Как вы понимаете утверждение «Одно и то же значение ячейки памяти в зависимости от способа обращения к нему может использоваться и как данные, и как команда»?

5. В чём состоит суть принципа адресности памяти?

6. Почему в современных компьютерах используются устройства памяти нескольких уровней, различающиеся по времени доступа, сложности, объёму и стоимости?

7. В чём состоит суть принципа программного управления?

8. Подготовьте сообщение о Джоне фон Неймане и его вкладе в развитие компьютерной техники.

9. Для чего предназначена магистраль (шина)? Из каких частей она состоит?

10. Что такое магистрально-модульная архитектура? В чём её главное достоинство?

Магистрально-модульное построение компьютера.

В основу архитектуры современных компьютеров положен магистрально-модульный принцип построения. Модульный принцип позволяем пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию и производить при необходимости, модернизацию. Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины (рис.2): шину данных, шину адреса и шину управления.

Шина данных. По этой шине данные передаются между устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены в оперативную память, или в устройство вывода. Данные могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность ШД определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает аз такт. Варианты разрядности представлены на рис.2.

Шина адреса. Выбор устройств или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка памяти имеют свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к памяти или устройству.

Разрядность шины данных определяет размер адресного поля процессора. Количество адресуемых ячеек памяти определяется

где I – разрядность ША.

Для 32-разрядного компьютера адресное пространство составляет:

N = 232 = 4 294 967 296 = 4 Гбайт

Шина данных (8,16, 32, 64 бит)

Шина адреса (16, 20, 24, 32 бит) МАГИСТРАЛЬ

Рис. 2. Магистрально-модульное устройство компьютера.

Шина управления. По шине управления передаются управляющие сигналы, которые определяют, какую операцию нужно производить: записи или считывания информации, синхронизации обмена между устройствами и т.д.

Процессор. Важнейшей характеристикой процессора, определяющей его быстродействие, является его частота, т.е. количество операций в секунду. Частота современных компьютеров измеряется в ГГц.

Другой важной характеристикой является производительность процессора. Это интегральная характеристика – зависит от частоты, разрядности и архитектурных особенностей процессора. Производительность определяется в процессе тестирования по скорости определенных операций.

Оперативная (основная) память. Входит в состав электронной памяти.

Электронная память применяется практически во всех современных ВС и делится на следующие виды:

Оперативная (основная) память (Main Memory) используется для обмена информацией между процессором, внешней памятью (постоянной или долговременной) и УВВ. Этот вид памяти называют RAM (Random Access Memory) – память с произвольным доступом или в русской интерпретации ее называют ОЗУ – оперативное запоминающее устройство.

КЭШ-память (Cache Memory) – сверхоперативная память (СОЗУ), является буфером между ОЗУ и процессором. КЭШ хранит копии блоков данных тех областей ОЗУ, к которым происходили последние обращения, и весьма вероятное последующее обращение к тем же данным будет обслужено быстрее.

Полупостоянная память. Используется для хранения информации о конфигурации ВС, а так же системных даты и времени. Сохранность данных обеспечивается внутренним источником питания – аккумулятором.

Системный блок – самый главный блок компьютера. К нему подключаются все остальные блоки, называемые внешними или периферийными устройствами.

В системном блоке находятся основные электронные компоненты компьютера. ПК построен на основе СБИС (сверхбольших интегральных схем), и почти все они находятся внутри системного блока, на специальных платах.

Плата — пластмассовая пластина, на которой закреплены и соединены между собой электронные компоненты — СБИСы, микросхемы и др. Самой важной платой компьютера является системная плата. На ней находятся центральный процессор, сопроцессор, оперативное запоминающее устройство – ОЗУ и разъемы для подключения плат-контроллеров внешних устройств.

В системном блоке размещаются:

системная плата (материнская плата);

магистраль (системная шина);

видеокарта (графическая карта);

накопители на жёстких магнитных дисках;

накопители на гибких магнитных дисках;

оптические, магнитооптические и пр. накопители;

накопитель CD-ROM, DVD-ROM.

Блок питания — устройство, преобразующее переменное напряжение электросети в постоянное напряжение различной полярности и величины, необходимое для питания системной платы и внутренних устройств. Блок питания содержит вентилятор, создающий циркулирующие потоки воздуха для охлаждения системного блока.

Системная (Материнская) плата — это комплекс различных устройств поддерживающий работу системы в целом. Обязательными атрибутами материнской платы являются базовый процессор, оперативная память, системный BIOS, контролер клавиатуры, разъемы расширения. На рис. 3 представлена логическая схема системной платы.

Магистраль (системная шина) — это группа электрических каналов, передающая до 32 двоичных цифр (битов) за один раз. Процессоры, типа фирмы Intel и ее конкурентов, способны обрабатывать все 32 двоичные цифры одновременно, поэтому они и называются 32-битные процессоры.

Центральный процессор (ЦПУ, CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. Устройства ввода-вывода.

аКлавиатура- устройство, предназначенное для ввода пользователем информации в компьютер.

Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш. Клавиши клавиатуры разделяются на 6 групп:

1. Клавиши пишущей машинки.

2. Цифровые клавиши (переключение режима работы осуществляется клавишей NumLock).

3. Клавиши редактирования (Home, End, Page Up, Page Down, Insert, Delete, Back Space).

4. Специальные клавиши (Ctrl, Alt, Esc, Num Lock, Scroll Lock, Print Screen, Pause).

5. Функциональные клавиши F1 – F12 (расположены в верхней части клавиатуры и предназначены для вызова наиболее часто использующихся команд).

6. Клавиши перемещения курсора (   ).

Манипулятор мышь – устройство управления манипуляторного типа.

Небольшая коробочка с клавишами (1, 2 или 3 клавиши). Перемещение мыши по плоской поверхности (например, коврика) синхронизировано с перемещением указателя мыши на экране монитора.

Ввод информации осуществляется перемещением курсора в определенную область экрана и кратковременным нажатием кнопок манипулятора или щелчками (одинарными или двойными). По принципу работы манипуляторы делятся на механические, оптомеханические и оптические.

Тачпад (сенсорная панель) — указательное устройство ввода, применяемое, чаще всего, в ноутбуках.

Как и другие указательные устройства, тачпад обычно используется для управления «указателем», перемещением пальца по поверхности устройства. Тачпады имеют различные размеры, но обычно их площадь не превосходит 50 см².

Трекбол — указательное устройство ввода информации, аналогичное мыши по принципу действия и по функциям. Трекбол функционально представляет собой перевернутую механическую (шариковую) мышь. Шар находится сверху или сбоку и пользователь может вращать его ладонью или пальцами, при этом не перемещая корпус устройства. Несмотря на внешние различия, трекбол и мышь конструктивно похожи — при движении шар приводит во вращение пару валиков или, в более современном варианте, его сканируют оптические датчики перемещения (как в оптической мыши)

В портативных ПК в качестве мыши используются трекболы и тачпады. Комбинация монитора и мыши обеспечивают диалоговый режим работы пользователя с компьютером, это наиболее удобный и современный тип интерфейса пользователя.

Корпорация Microsoft выпустила новый набор из клавиатуры и мыши, предназначенный для настольных ПК. Продукт получил название Natural Ergonomic Desktop 7000, в нем используется беспроводная технология.

Мониторы – устройства, которые служат для обеспечения диалогового режима работы пользователя с компьютером путем вывода на экран графической и символьной информации.

В графическом режиме экран состоит из точек (пикселей от англ. pixel — picture element, элемент картинки), полученных разбиением экрана на столбцы и строки.

Количество пикселей на экране называется разрешающей способностью монитора в данном режиме. В настоящее время мониторы ПК могут работать в следующих режимах: 480х640, 600х800, 768х1024, 864х1152, 1024х1280 (количество пикселей по вертикали и горизонтали).

Разрешающая способность зависит от типа монитора и видеоадаптера. Каждый пиксел может быть окрашен в один из возможных цветов. Стандарты отображения цвета: 16, 256, 64К, 16М цветовых оттенков каждого пикселя.

По принципу действия все современные мониторы разделяются на:

 Мониторы на базе электронно-лучевой трубки (CRT)

 Жидкокристаллические дисплеи (LCD)

Наиболее распространенными являются мониторы на электронно-лучевых трубках, но более популярными становятся мониторы с жидкокристаллическими дисплеями (экранами). Самое высокое качество изображения имеют современные плазменные дисплеи.

Стандартные мониторы имеют длину диагонали 14, 15, 17, 19, 20, 21 и 22 дюйма. В мониторах CRT изображение формируется электронно-лучевой трубкой. При настройке монитора необходимо устанавливать такие параметры разрешающей способности и режима отображения цвета, чтобы частота обновления кадров не превышала 85 Гц.

В мониторах LCD изображение формируется с помощью матрицы пикселей. Каждый пиксел формируется свечением одного элемента экрана, поэтому каждый монитор имеет свое максимальное физическое разрешение. Так, например, для мониторов 19 дюймов разрешающая способность 1280х1024.

Для того чтобы исключить искажения изображений на экране рекомендуется использовать мониторы LCD в режимах его максимального разрешения. Для мониторов LCD частота смены кадров не является критичной. Изображение выглядит устойчивым (без видимого мерцания) даже при частоте обновления кадров 60 Гц.

В плазменные мониторах изображение формируется с помощью матрицы пикселей, как и в мониторах LCD. Принцип работы плазменной панели состоит в управляемом холодном разряде разряженного газа (ксенона или неона), находящегося в ионизированном состоянии (холодная плазма).

Пиксел формирует группа из трех подпикселов, ответственных за три основных цвета, которые представляют собой микрокамеры, на стенках которых находится флюоресцирующее вещество одного из основных цветов. Это одна из наиболее перспективных технологий плоских дисплеев.

Достоинства плазменных мониторов заключаются в том, что в них отсутствует мерцание изображения, картинка имеет высокую контрастность и четкость по всему дисплею, имеют хорошую обзорность под любым углом и малую толщину панели. К недостаткам следует отнести – большая потребляемая мощность.

Для хранения программ и данных в ПК используются накопители различных типов.

Накопители — это устройства для записи и считывания информации с различных носителей информации.

Различают накопители со сменным и встроенным носителем.

По типу носителя информации накопители разделяются на накопители на магнитных лентах и дисковые накопители. К накопителям на магнитных лентах относятся стримеры и др. Более широкий класс накопителей составляют дисковые накопители.

По способу записи и чтения информации на носитель дисковые накопители разделяются на магнитные, оптические и магнитооптические.

К дисковым накопителям относятся:

накопители на флоппи-дисках;

накопители на несменных жестких дисках (винчестеры);

накопители на сменных жестких дисках;

накопители на магнитооптических дисках;

накопители на оптических дисках (CD-R CD-RW CD-ROM) и накопители на оптических DVD – дисках (DVD-R DVD-RW DVD-ROM и др.)

Периферийные устройства — это устройства, которые подключаются к контроллерам ПК и расширяют его функциональные возможности

Пятый уровень, сеансовый (session layer, L5)

Пятый уровень оперирует чистыми данными; помимо пятого, чистые данные используются также на шестом и седьмом уровне. Сеансовый уровень отвечает за поддержку сеанса или сессии связи. Пятый уровень оказывает услугу следующему: управляет взаимодействием между приложениями, открывает возможности синхронизации задач, завершения сеанса, обмена информации.

Службы сеансового уровня зачастую применяются в средах приложений, требующих удаленного вызова процедур, т.е. чтобы запрашивать выполнение действий на удаленных компьютерах или независимых системах на одном устройстве (при наличии нескольких ОС).

Примером работы пятого уровня может служить видеозвонок по сети. Во время видеосвязи необходимо, чтобы два потока данных (аудио и видео) шли синхронно. Когда к разговору двоих человек прибавится третий — получится уже конференция. Задача пятого уровня — сделать так, чтобы собеседники могли понять, кто сейчас говорит.

Модульное программирование

Модульное программирование является естественным следствием проектирования сверху вниз и заключается в том, что программа разбивается на части – модули, разрабатываемые по отдельности.

В программировании под модулем понимается отдельная подпрограмма, а подпрограммы часто называются процедурами или процедурами-функциями. Поэтому модульное программирование еще называется процедурным.

Модуль должен обладать следующими свойствами:

• один вход и один выход – на входе программный модуль получает определенный набор исходных данных, выполняет содержательную обработку и возвращает один набор результатных данных, т.е. реализуется стандартный принцип IPO (Input — Process — Output — вход-процесс-выход);
• функциональная завершенность – модуль выполняет перечень регламентированных операций для реализации каждой отдельной функции в полном составе, достаточных для завершения начатой обработки;
• логическая независимость – результат работы программного модуля зависит только от исходных данных, но не зависит от работы других модулей;
• слабые информационные связи с другими программными модулями – обмен информацией между модулями должен быть по возможности минимизирован;
• обозримый по размеру и сложности программный код.

Модули содержат определение доступных для обработки данных, операции обработки данных, схемы взаимосвязи с другими модулями.

Каждый модуль состоит из спецификации и тела. Спецификации определяют правила использования модуля, а тело – способ реализации процесса обработки.

Принципы модульного программирования программных продуктов во многом сходны с принципами нисходящего проектирования: сначала определяются состав и подчиненность функций, а затем — набор программных модулей, реализующих эти функции.