Устройства ввода данных: механические манипуляторы: мышь (механическая, оптическая, индукционная, гироскопическая), трекбол, сенсорная панель, джойстик; сканеры.

 

Периферийное устройство(ПУ) – любое внешнее устройство, подключенное к компьютеру(все компоненты, кроме ЦП и осн.пам.)

Устройства ввода:

-клавиатура

-средства для перемещения указателя по экрану (мышь, трекбол, джойстик, сенсорная панель)

-устройства ввода графической информации (сканер, графический планшет)

-устройства ввода звука(микрофон)

Мышь – устройство преобразующее механическое движение в управляющие сигналы.

Первые мыши были механическими с шариком. Электронная схема считывала движения шарика и факты нажатия кнопок, передавая данные компьютеру по последовательному каналу.

В оптических мышках используется светодиод LED, освещающий поверхность, и светочувствительный элемент, который воспринимает отраженный свет от поверхности. В лазерных оптических мышах для подсветки используется полупроводниковый лазер.

Трекбол (англ. trackball) – это устройство ввода по функциям и принципу выполнения действий аналогичное компьютерной мыши. Трекбол выглядит как перевернутая механическая мышь, шар находиться сверху или с левой стороны, и пользователь может вращать его большим или указательным пальцем, не перемещая корпус самого устройства.

Сенсорная панель - устройство для управления курсором на экране. Представляет собой небольшую плоскость. Курсор перемещаться по экрану благодаря скольжению кончика пальца по панели. Преимущество состоит в том, что сенсорная панель не имеет движущихся частей, которые имеют привычку пачкаться и ломаться. Касание человека к панели определяется несколькими способами: при помощи датчиков давления, благодаря электрической проводимости пальца.

Джойстик (англ. joystick) – это устройство ввода информации, выполненное в виде рукоятки и напоминающее по форме переключатель скоростей автомобиля. В основном джойстик используется для компьютерных игр, потому что они позволяют управлять объектами в трех плоскостях.

Сканер – устройство, изображающее цифровое изображение, нанесенное на листе бумаги.

На стекло кладется сканируемый объект. Под стеклом располагается подвижная лампа с зеркалом, движение которых регулируется шаговым двигателем. Свет, отраженный от объекта, через систему зеркал попадает на светочувствительную матрицу. Далее на АЦП передается в компьютер. За каждый шаг двигателя сканируется полоска объекта, потом все полоски объединяются программным обеспечением в общее изображение.

 

Устройства вывода:

-графической и текстово информации (принтер, монитор)

-звука (наушники)

 

Принтеры бывают (по технологии печати): матричные, лазерные, струйные, с твердыми чернилами, с восковыми чернилами, сублимационные.

Матричная технология – самая старая. «Игольчатые» принтеры работают по принципу печатающей машинки: движущаяся каретка с печатающей головкой, на матрице которой 9 или 24 иголок. Иголочки выдвигаются, ударяя по красящей ленте, оставляют след на бумаге

Струйная технология основана на мгновенном впрыскивании чернил через микроскопические отверстия (дюзы), расположенные на печатающей каретке, движущейся вдоль бумаги.

 Лазерная (электрографическая) технология. В ее основе фотобарабан, способный дискретно удерживать электрический заряд. Луч лазера, попадая на него, «засвечивает» отдельные точки, снимает с них заряд. Управляя лучом, можно «рисовать» на его поверхности. Поверхность посыпается специальным порошком – тонером, прилипающим к заряженным участкам. Потом тонер (и рисунок) переносится на заряженную бумагу, прилипает к ней и вплавляется под воздействием высокой температуры.

 Твёрдые чернила для принтера – это твердотельные красители, используемые в струйной печати

После того, как пользователь отправляет на печать задание, часть чернильных брикетов плавится и переходит из твёрдого состояния в жидкое. Расплавленные чернила поступают в печатающую головку принтера, затем – на вращающийся барабан, покрытый силиконовой смазкой, а оттуда – на подогретый лист бумаги. Изображение переносится в один проход, благодаря чему принтеры с твёрдыми чернилами печатают очень быстро.

Сублимационные чернила – это красящая жидкость для сублимационного полиграфического процесса.

Сублимационные чернила используются для переноса изображений на различные материалы: стекло, керамику, металл, камень, текстиль.

При нагреве до 180-200°С сублимационные чернила переходят из жидкого состояния в газообразное, и, превращаясь в цветное облачко, легко проникают в волокна материала, закрепляются в них и образуют прочные химические связи. Чернила для сублимационной печати окрашивают не только поверхностные, но и глубинные слои материала, благодаря чему готовые оттиски приобретают удивительную стойкость к механическим воздействиям, солнечному свету и истиранию.

 

 

 

 

1Классификация ЭВМ: по принципу действия, по этапам создания, по назначению, по размерам и функциональным возможностям. Современное состояние основных классов ЭВМ: больших ЭВМ (мейнфреймов), малых ЭВМ (мини-ЭВМ и супермини-ЭВМ), персональных компьютеров, суперЭВМ.

 

Классификация ЭВМ:

1)По принципу действия:

a.Аналоговые - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины

b.Цифровые - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.

c.Гибридные - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ

2)По этапам создания:

a.1-е поколение, 50-е гг.: ЭВМ на электронных вакуумных лампах;

  b.2-е поколение, 60-е гг.: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах);

c.3-е поколение, 70-е гг.: ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни - тысячи транзисторов в одном корпусе);

 d.4-е поколение, 80-е гг.: ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах - микропроцессорах (десятки тысяч - миллионы транзисторов в одном кристалле);

e.5-е поколение, 90-е гг.: ЭВМ с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы;

f.6-е и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой - с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

3)По назначению:

a.Универсальные ЭВМ предназначены для решения самых различных инженерно-технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных.

b.Проблемно-ориентированные ЭВМ служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами.

c.Специализированные ЭВМ используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы.

4)По размерам и функциональным возможностям:

a.Супер ЭВМ

b.Большие ЭВМ

c.Малые ЭВМ

d.Микро ЭВМ

Современное состояние основных классов ЭВМ:

Больших ЭВМ (мейнфреймов).К мэйнфреймам относят, как правило, компьютеры, имеющие следующие характеристики:

1)производительность не менее 10 MIPS;

2)основную память емкостью от 64 до 10000 Мбайт;

3)внешнюю память не менее 50 Гбайт;

 4)многопользовательский режим работы (обслуживают одновременно от 16 до 1000 пользователей)

Основные направления эффективного применения мейнфреймов – это решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и их ресурсами. Последнее направление - использование мэйнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей часто отмечается специалистами среди наиболее актуальных.

Малых ЭВМ (мини-ЭВМ и супермини-ЭВМ). Малые ЭВМ (мини – ЭВМ) – надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями.

Мини – ЭВМ (и наиболее мощные из них супермини - ЭВМ) обладают следующими характеристиками:

1)производительность – до 100 MIPS;

2)емкость основной памяти – 4 - 512 Мбайт;

3)емкость дисковой памяти – 2 - 100 Гбайт;

4)число поддерживаемых пользователей – 16 – 512.

 

Персональный компьютер для удовлетворения требованиям общедоступности и универсальности применения должен иметь следующие характеристики:

1) малую стоимость, находящуюся в пределах доступности для индивидуального покупателя;

2)автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;

3)гибкость архитектуры, обеспечивающую ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;

4)«дружественность» операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающую возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;

5)высокую надежность работы (более 5000 ч наработки на отказ).

 

 

Параллельные системы. Внутрипроцессорный параллелизм. Суперскалярные процессоры и VLIW-процессоры (с очень длинным командным словом). Многопоточность. Многоядерность (гомогенная и гетерогенная). Сопроцессоры.

 

Параллельные вычислительные системы — это физические компьютерные, а также программные системы, реализующие тем или иным способом параллельную обработку данных на многих вычислительных узлах.

 

Одним из путей повышения пропускной способности процессора является выполнение большего числа операций за то же время. Другими словами, использование параллелизма.

 

Низкоуровневый параллелизм достигается, в частности, выдачей (issue) нескольких команд за один тактовый цикл. Процессоры, в которых реализуется этот принцип, делятся на две категории: суперскалярные и VLIW (Very Long Instruction Word – процессоры со сверхдлинным словом). Суперскалярные процессоры способны за один такт вызывать для выполнения несколько команд (обычно от 2 до 6), что определяется как аппаратной реализацией, так и последовательностью команд.

 

 

Многопоточность

Позволяет процессору одновременно управлять несколькими программными потоками, тем самым маскируя простои. Общая идея: если программный поток 1 блокируется, процессор может обеспечить полную загрузку аппаратуры, запустив программный поток 2.

Многоядерность (гомогенная и гетерогенная)

1.Гомогенная архитектура — все ядра процессора одинаковы и выполняют одни и те же задачи.

2.Гетерогенная архитектура — ядра процессора выполняют разные задачи.

Сопроцессор — специализированный процессор, расширяющий возможности центрального процессора компьютерной системы[, но оформленный как отдельный функциональный модуль. Физически сопроцессор может быть отдельной микросхемой или может быть встроен в центральный процессор .

Различают следующие виды сопроцессоров:

1)математические сопроцессоры общего назначения, обычно ускоряющие вычисления с плавающей запятой,

2)сопроцессоры ввода-вывода (например — Intel 8089), разгружающие центральный процессор от контроля за операциями ввода-вывода или расширяющие стандартное адресное пространство процессора,

3)сопроцессоры для выполнения каких-либо узкоспециализированных вычислений.

Сопроцессор расширяет систему инструкций центрального процессора, поэтому для его использования программа (компилируемая без интерпретации и вызова внешних библиотек) должна содержать эти инструкции.

 

Понятие о многопроцессорных и многомашинных вычислительных системах (мультипроцессоры и мультикомпьютеры). Классификация параллельных вычислительных систем по Флинну. Конвейерная (магистральная) обработка. Векторная обработка. Матричные системы.

 

Многомашинная ВС (ММС) содержит несколько ЭВМ, каждая из которых имеет свою оперативную память и работает под управлением своей операционной системы, а также средства обмена информацией между машинами. Реализация обмена информацией происходит, в конечном счете, путем взаимодействия операционных систем машин между собой.

Вычислительная система называется многопроцессорной (МПС), если она содержит несколько процессоров, работающих с общей ОП (общее поле оперативной памяти) и управляется одной общей операционной системой.

 

Классификация параллельных вычислительных систем по Флинну.

 

SISD (single instruction, single data) – системы с одиночным потоком команд и одиночным потоком данных.

SIMD (single instruction, multiple data) – системы с одиночным потоком команд и множественным потоком данных.

 MISD (multiple instruction, single data) – системы с множественным потоком команд и одиночным потоком данных.

 

MIMD (multiple instruction, multiple data) - системы с множественным потоком команд и множественным потоком данных.

 

 Конвейерная (магистральная) обработка - способ выполнения команд процессором, при котором выполнение следующей команды начинается до полного окончания выполнения предыдущей команды (в предположении отсутствия ветвления)..

Векторная обработка. Векторизация— вид распараллеливания программы, при котором однопоточные приложения, выполняющие одну операцию в каждый момент времени, модифицируются для выполнения нескольких однотипных операций одновременно.

Матричные системы. Матричные вычислительные системы - наиболее распространенные представители класса SIMD, лучше всего приспособленные для решения задач, характеризующихся параллелизмом независимых данных. Матричная система состоит из множества процессорных элементов, работающих параллельно и обрабатывающих свой поток данных.

 

Многопроцессорные вычислительные системы с общей памятью: с однородным доступом к памяти (UMA), неоднородным доступом (NUMA) и доступом только к кэш-памяти (COMA). Массово-параллельные и кластерные многокомпьютерные системы. Закон Амдала. Понятие о грид-технологиях и облачных вычислениях.

 

Для дальнейшей систематики мультипроцессоров учитывается способ построения общей памяти. Первый возможный вариант – использование единой (централизованной) общей памяти. Такой подход обеспечивает однородный доступ к памяти (UMA) и служит основой для построения векторных параллельных процессоров (PVP) и симметричных мультипроцессоров (SMP).

 

Рисунок 1Архитектура многопроцессорных систем с общей (разделяемой) памятью: системы с однородным (а) и неоднородным (б) доступом к памяти

 

Массово-параллельная архитектура — класс архитектур параллельных вычислительных систем. Особенность архитектуры состоит в том, что память физически разделена.

Система строится из отдельных узлов, содержащих процессор, локальный банк оперативной памяти, коммуникационные процессоры или сетевые адаптеры, иногда — жёсткие диски и другие устройства ввода-вывода. Доступ к банку оперативной памяти данного узла имеют только процессоры из этого же узла. Узлы соед

Главным преимуществом систем с раздельной памятью является хорошая масштабируемость: в отличие от SMP-систем, в машинах с раздельной памятью каждый процессор имеет доступ только к своей локальной памяти, в связи с чем не возникает необходимости в потактовой синхронизации процессоров.

Кластер — группа компьютеров, объединённых высокоскоростными каналами связи, представляющая с точки зрения пользователя единый аппаратный ресурс. «Кластер — это разновидность параллельной или распределённой системы, которая:

1.состоит из нескольких связанных между собой компьютеров;

2.используется как единый, унифицированный компьютерный ресурс».

 

 

Зако́н Амдала — иллюстрирует ограничение роста производительности вычислительной системы с увеличением количества вычислителей

 

 «В случае, когда задача разделяется на несколько частей, суммарное время её выполнения на параллельной системе не может быть меньше времени выполнения самого длинного фрагмента».

 

Формула

 

Грид-вычисления — это форма распределённых вычислений, в которой «виртуальный суперкомпьютер» представлен в виде кластеров, соединённых с помощью сети, слабосвязанных гетерогенных компьютеров, работающих вместе для выполнения огромного количества заданий (операций, работ). Эта технология применяется для решения научных, математических задач, требующих значительных вычислительных ресурсов. Грид-вычисления используются также в коммерческой инфраструктуре для решения таких трудоёмких задач, как экономическое прогнозирование, сейсмоанализ, разработка и изучение свойств новых лекарств.

Облачные вычисления — технология распределённой обработки данных, в которой компьютерные ресурсы и мощности предоставляются пользователю как Интернет-сервис.

⇐ Предыдущая12345678910

Поделиться: