1.3.Основные типы эвм

Разнообразие форм и областей использования ЭВМ породило широкий спектр машин, различающихся по техническим характеристикам и устройству. Ввиду высоких темпов совершенствования вычислительной техники, классификация её по типам весьма условна, поскольку количественные характеристики классификационных признаков часто меняются. С учетом этого можно сказать, что существуют следующие основные типы ЭВМ:

· суперкомпьютеры;

· мэйнфреймы (mainframe);

· серверы и рабочие станции;

· персональные компьютеры (мини ЭВМ);

· специализированные компьютеры.

Суперкомпьютеры, как явствует из названия, стоят на вершине иерархии вычислительных машин, они обладают наивысшей достигнутой в настоящий момент производительностью и являются флагманом прогресса в вычислительной технике, так как многие новинки, впервые примененные в суперкомпьютерах, затем используются в компьютерах других классов. Дорогостоящая погоня за максимальной производительностью суперкомпьютеров имеет практическую основу: благодаря высокой скорости работы, эти вычислительные комплексы позволяют выполнять математическое моделирование и имитацию различных природных процессов - климата и землетрясения, помогают разведке полезных ископаемых, активно используются автомобильными, аэрокосмическими и химическими компаниями для разработки новой техники, используются финансовыми компаниями для пересчёта в режиме реального времени цен пакетов акции с учетом текущего состояния дел на рынке, для анализа риска финансовых операций. В кинематографе суперкомпьютеры применяются для создания искусственных образов с высокой степенью реалистичности. Огромное значение уделяется моделированию ядерных взрывов для проверки ядерных запасов на предмет порчи и старения. Это даёт наиболее развитым странам огромное преимущество перед остальным миром в условиях моратория на ядерные испытания.

Мэйнфреймами называются большие универсальные компьютеры, стоимость и производительность которых ниже суперкомпьютеров, но существенно выше компьютеров других классов.Традиционно, мэйнфреймы использовались для централизованной обработки информации в крупных учреждениях, ими оснащались вычислительные центры больших научных и учебных заведений, крупных промышленных предприятий, объединений и министерств.

Серверами называют мощные машины, превосходящие по мощности персональные компьютеры. Назначение серверов - управлять работой компьютерной сети (сетевые серверы) и хранить на магнитных дисках большой объем информации, используемой в сети (файловые серверы).

Рабочие станции - это компьютеры, мощность которых сопоставима с вычислительной способностью серверов, но представляющие собой не сетевые машины, а индивидуальные вычислительные системы, предназначенные для автоматизированного проектирования, компьютерной графики, компьютерного моделирования и анализа, обработки и распознавания изображений, картографии. Как правило, рабочие станции оснащаются высокопроизводительными видеоадаптерами и дорогими высококачественными дисплеями, мощными RISC-процессорами и объемной оперативной памятью. В то же время в качестве недорогих рабочих станций могут использоваться мощные персональные компьютеры, оснащенные высокопроизводительными 2D/3D графическими ускорителями.

Термином "персональный компьютер" в наши дни охватывается широкий спектр, производительность которых сравнима с производительностью рабочих станций и серверов. Общим для ПК является их сравнительная простата, дешевизна и универсальность, они не ориентированы на применение в какой-либо узкой области.

Специализированными называются вычислительные машины, ориентированные на узкую область применения, например в качестве бортового компьютера самолета, космического корабля, автомобиля или для управления оборудованием.

5. Архитектура компьютера. Основные принципы фон Неймана построения ЭВМ. Принцип открытой архитектуры. Магистрально-модульный принцип построения ПК. Типовая конфигурация IBM PC. Принципы работы и структурная схема ЭВМ. Системная плата.

Архитектура компьютера

Архитектура вычислительной машины  — концептуальная структура вычислительной машины, определяющая проведение обработки информации и включающая методы преобразования информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения.

Основные принципы фон Неймана построения ЭВМ

Основные принципы построения ЭВМ были сформулированы американским учёным Джоном фон Нейманом в 40-х годах 20 века:

1. Любую ЭВМ образуют три основные компоненты: процессор, память и устройства ввода-вывода (УВВ).

2. Информация, с которой работает ЭВМ делится на два типа:

• набор команд по обработке (программы);

• данные подлежащие обработке.

3. И команды, и данные вводятся в память (ОЗУ) – принцип хранимой программы.

4. Руководит обработкой процессор, устройство управления (УУ) которого выбирает команды из ОЗУ и организует их выполнение, а арифметико-логическое устройство (АЛУ) проводит арифметические и логические операции над данными.

5. С процессором и ОЗУ связаны устройства ввода-вывода (УВВ).

Принцип открытой архитектуры:

• Регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определённая совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-производителями.

• Компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, и, тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями.

Магистрально-модульный принцип построения ПК

Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе. Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через системную шину (другое название - системная магистраль).

Шина - это кабель, состоящий из множества проводников. По одной группе проводников - шине данных передаётся обрабатываемая информация, по другой - шине адреса - адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Третья часть магистрали - шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др).

Системная шина характеризуется тактовой частотой и разрядностью. Количество одновременно передаваемых по шине бит называется разрядностью шины. Тактовая частота характеризует число элементарных операций по передаче данных в 1 секунду. Разрядность шины измеряется в битах, тактовая частота – в мегагерцах.

Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине. Это может быть адрес ячейки памяти или адрес периферийного устройства. Необходимо, чтобы разрядность шины позволила передать адрес ячейки памяти. Таким образом, словами разрядность шины ограничивает объем оперативной памяти ЭВМ, он не может быть больше чем  , где n – разрядность шины. Важно, чтобы производительности всех подсоединённых к шине устройств были согласованы. Неразумно иметь быстрый процессор и медленную память или быстрый процессор и память, но медленный винчестер.

Типовая конфигурация IBM PC.

 Типовая конфигурация ПК типа IBM PC включает: системный блок, дисплей и клавиатуру. Это базовый комплект. К базовому комплекту обычно добавляют принтер. Возможности базового комплекта расширяются, если в его состав также включить следующие дополнительные устройства:

	манипулятор типа "мышь"- устройство для ввода координат, значительно упрощающее работу с программами;
	плоттер (графопостроитель)- устройство для вычерчивания на бумаге рисунков и чертежей;
	сканер - устройство оптического ввода графической и текстовой информации в ПК;
	модем - устройство для приема/передачи информации через телефонную линию связи;
	стример - устройство для записи/считывания информации с магнитной ленты;
	сетевой адаптер - устройство для подключения ПК в локальную компьютерную сеть (комплекс из нескольких взаимосвязанных ПК, расположенных недалеко друг от друга);
	звуковая плата - электронная схема, расширяющая звуковые возможности компьютера, например получение стерео эффекта;
	дисковод для оптических дисков - позволяет считывать и записывать информацию на компакт-диски.

Принципы работы и структурная схема ЭВМ.

1. Принцип программного управления

2. Принцип условного перехода

3. Принцип хранимой информации

4. Принцип использования двоичной системы счисления

5. Принцип иерархичности ЗУ

Системная плата.

 Системная (материнская) плата– основной аппаратный компонент, на котором реализована магистраль обмена информацией, имеются разъемы для установки процессора и оперативной памяти, а также слоты для установки дополнительных контроллеров внешних устройств.

Чипсет – базовый набор микросхем, с помощью которого материнская плата осуществляет контроль над всеми процессами внутри системного блока. От чипсета напрямую зависят самые важные характеристики материнской платы – скорость передачи данных, число поддерживаемых моделей процессоров, параметры работы с памятью и т. д.

Главные составляющие любого чипсета называются «мостами». Каждый из двух имеющихся в любом чипсете «мостов» - это специальный чип-микросхема. У каждого из двух «мостов» существует свой четко очерченный круг задач: «северный мост» соединяет между собой процессор, оперативную память и видеошину AGP. «Южный мост» отвечает за работу с шиной PCI и всеми подключенными к компьютеру периферийными устройствами.

Каждый чипсет, как правило, предназначен под конкретное поколение процессоров. Более того, нередко на протяжении жизни одного и того же процессора успевает смениться несколько поколений чипсетов. В особенности это касается материнских плат для процессоров фирмы Intel (главного изготовителя чипсетов).