Характеристика технического обеспечения компьютера

ОВТЕТЫ ПО ИНФОРМАТИКЕ

Характеристика технического обеспечения компьютера

Техническое обеспечение персонального компьютера — это совокупность технических устройств, из которых состоит компьютер и которые обеспечивают его функционирование. Большинство компонентов компьютера расположено на одной печатной плате, называемой системной платой или материнской платой. Обычно на системной плате располагаются ЦП и его вспомогательные схемы, основная память, интерфейс ввода-вывода (последовательный порт, параллельный порт, интерфейс клавиатуры, дисковый интерфейс и шина (которая позволяет ЦП взаимодействовать с другими компонентами на материнской плате). Основные характеристики ПК: 1)быстродействие, производительность, тактовая частота; 2)разрядность машины и кодовых шин интерфейса; 3)типы системного и локальных интерфейсов; 4)емкость оперативной памяти; 5)емкость накопителя на винте; 6)тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках; 7)виды и емкость кэш–памяти (буферная, недоступная для пользователя, быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией); 8)тип дисплея и видеоадаптера; 9)тип принтера; 10)наличие математического сопроцессора, который позволяет в десятки раз ускорить выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой; 11)аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ; 12)возможность работы в вычислительной сети; 13)возможность работы в многозадачном режиме; 14)надежность; 15)стоимость; 16)габариты и масса. Существенным моментом создания компьютеров являются логические основы его построения. Для анализа и синтеза схем в ЭВМ при алгоритмизации и программировании решения задач широко используется математический аппарат алгебры логики. Алгебра логики — это раздел математической логики, значение всех элементов которой (функций и аргументов) определены в двухэлементном множестве {0, 1}. Алгебра логики оперирует с логическими высказываниями. Логические высказывания — это любое предложение, в отношении которого имеет смысл утверждение о его истинности или ложности. При этом считается, что каждое высказывание или истинно, или ложно и не может одновременно и истинным, и ложным. Решение задач на ЭВМ реализуется программным способом, т.е. путем выполнения последовательно во времени отдельных операций над информацией, предусмотренных алгоритмом решения задач. Алгоритм решения задачи, заданной в виде последовательности команд на языке вычислительных машин (в кодах машины) называется машинной программой. Машинная команда — это элементарная инструкция машине выполняемая автоматически, без каких либо указаний или объяснений. Операционная часть команды — это группа разрядов в команде предназначенных для представления кодов в команде машины. Принцип действия компьютера (принцип Фон Неймана): 1)Принцип программного управления. Программа – состоит из набора команд, которые выполняются – процессором автоматически, друг за другом – в определённой последовательности.; 2)Принцип однородности памяти. Программы, и данные – хранятся в одной и той же памяти. Компьютер – не различает, что хранится в данной ячейке памяти: число, текст, или команда. Над командами – можно выполнять такие же действия, как и над данными.; 3)Принцип адресности. Память – состоит из ячеек имеющих номер (адрес); процессору в произвольный момент времени – доступна любая ячейка. Техническое обеспечение ПК: системный блок, внешняя память, устройства связи – с пользователем, устройства вывода, периферийные устройства. Системный блок: основной микропроцессор, внутренняя память, контроллеры и порты ввода-вывода, системный интерфейс (общая шина), тактовый генератор. Процессор: арифметико-логическое устройство, устройство управления, система прерываний, устройства управления общей шиной, специальные регистры. Фирмы производители процессоров: Intel, Motorola. Внутренняя память: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), КЭШ - память, специальная память. Внутренняя память – служит для хранения: программ, и данных – для системного пользования. Внешняя память: запоминающее устройство на гибких (съёмных) дисках, запоминающее устройство на оптических (CD) дисках, запоминающее устройство на FLASH – элементах; запоминающее устройство на магнитных лентах (стример), винчестер. Всё программное обеспечение (ПО) – бывает: системное и прикладное. Системное ПО: операционные системы, системы программирования, системы диагностики и контроля. Прикладное ПО: универсальное, проблемно-ориентированное, пользовательское. Операционные системы – это набор программ, который обеспечивает управление ресурсами компьютера – с целью их эффективного использования. Системы программирования – это набор программ, обеспечивающих процесс: разработки, и отладки программ пользователя. В каждую систему программирования входит – транслятор. Утилиты – программы вспомогательного назначения. Программы-драйверы – расширяют возможности операционной системы по управлению устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и т.д. Программы-упаковщики (архиваторы) – позволяют: записывать информацию на дисках более плотно, а также объединять копии нескольких файлов – в один архивный файл. Антивирусные программы – нужны для: предотвращения заражения компьютерными вирусами, и ликвидации последствий заражения вирусами. Универсальное прикладное ПО: системы обработки текстовой информации, графическое и мультимедийные системы, системы управления базами данных и базами знаний, табличные процессоры, математические системы, сетевые системы, игровые и обучающие системы. Проблемно-ориентированные системы: бухгалтерские системы, автоматизированные системы управления предприятием (АСУП), системы автоматизированного проектирования (САПР), издательские системы.

Структура и характеристика системного блока

Системная (материнская) плата

На материнской плате обычно располагаются следующие устройства:

· процессор - основная микросхема, выполняющая математические и логические операции;

· оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - набор микросхем, предназначенных для временного сохранения данных, пока включен компьютер;

· постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - микросхема, предназначенная для долговременного хранения данных, даже при отключенном компьютере;

· шина - магистраль, по которой происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;

· разъемы для подсоединения дополнительных устройств (слоты) и др.

Процессор

Основная микросхема компьютера, в которой производятся все вычисления.

В состав МП входят:

1. устройство управления (УУ) – формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы;

2. арифметико-логическое устройство (АЛУ) – предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией;

3. регистровая память (МПП)- служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. Эта память состоит из ячеек, которые называются регистрами. Регистры – быстродействующие ячейки памяти различной длины. Обработка информации происходит только в регистрах процессора.

Основными характеристиками процессоров являются: разрядность, тактовая частота, модель (тип).

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обрабатывать в своих регистрах за один раз (за один такт). Чем больше это количество, тем больше информации в единицу времени может быть обработано. Разрядность процессора зависит от разрядности регистров его собственной памяти, в которых размещаются обрабатываемые данные, поступившие из внутренней памяти (информация между процессором и внутренней памятью передается целыми машинными словами).

Первые процессоры семейства х86 были 16-разрядными. Современные процессоры семейства Intel Pentium являются 32 и 64-разрядными.

Тактовая частота показывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. Чем больше тактов выполняется в единицу времени, тем выше скорость работы компьютера. Таким образом, тактовая частота – количество тактов в секунду – является одной из важнейших характеристик процессора. Она измеряется в мегагерцах (МГц), гигагерцах (ГГц). В компьютере тактовые импульсы задает одна из микросхем – генератор тактовых импульсов. Генератор тактовых импульсов с определенной частотой вырабатывает специальные сигналы – тактовые импульсы, поступающие на устройства компьютера и таким образом синхронизирует их работу. Частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины.

Частота генерируемых импульсов является одной из основных характеристик ПК и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше его производительность. Первые процессоры х86 могли работать с частотой не более 4, 7 МГц, а сегодня тактовые частоты уже превосходят несколько миллионов тактов в секунду (МГц) и даже несколько миллиардов тактов в секунду (ГГц).

Модель. Определяется фирмой изготовителем. Известные модели: Intel80386, Intel80486, Intel Pentium, Intel Pentium Pro, Intel Pentium 2, Intel Pentium 3, Intel Pentium 4, Intel Celeron, Intel Xeon, а также микропроцессоры фирм AMD Duron, AMD Athlon, Cyrix и др.

Внутренняя память

Внутренняя память реализуется в виде микросхем. Высокая скорость обмена сигналами с процессором, что обеспечивает быстрый доступ к хранимой информации. Ёмкость внутренней памяти невелика в сравнении с ёмкостью внешних носителей информации. В составе внутренней памяти выделяют оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), кэш-память, CMOS-память.

Кэш-память

Специальная сверхбыстродействующая память небольшого объема (128-512 Кбайт), которая располагается как бы «между» микропроцессором и оперативной памятью и хранит копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти. При обращении микропроцессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к обычной памяти, а в большинстве случаев необходимые микропроцессору данные уже содержатся в кэш-памяти, среднее время доступа к памяти уменьшается.

CMOS-память

Это микросхема памяти для хранения параметров конфигурации компьютера. Эта память выполнена по специальной технологии «CMOS», обладающей низким электропотреблением. Содержимое CMOS-памяти не изменяется при выключении электропитания компьютера. Микросхема памяти CMOS постоянно питается от небольшой батарейки, расположенной на материнской плате.

Устройства внешней памяти

К ним относятся накопители на магнитных и оптических дисках, электронные устройства внешней памяти – флэш-память. Их функция – обеспечить чтение и запись информации на внешние носители. Если накопитель работает с дисками, то его называют дисководом. Например, дисковод жестких дисков, дисковод гибких дисков, дисковод компакт-дисков.

Встроенные в системном блоке магнитные диски вместе с дисководом жестких дисков называются винчестером. Это очень важная часть компьютера, поскольку именно здесь хранятся все необходимые для работы компьютера программы. Чтение и запись на жесткий диск производится быстрее, чем на все другие виды внешних носителей, но все-таки медленнее, чем в оперативную память. На современных ПК устанавливают жесткие диски на сотни гигабайтов. Они представляют собой систему, состоящую из механического привода, головок чтения/записи, нескольких носителей и контроллера, обеспечивающего работу всего устройства и передачу данных. Магнитная головка (несколько магнитных головок в специальном позиционере) является одной из наиболее важных частей устройства. Конструкция магнитных головок постоянно совершенствуется. Носитель информации состоит из нескольких дисков, каждый из которых имеет две рабочих поверхности. При записи информации используются магнитные свойства слоя, нанесенного на поверхность. Диски закреплены на шпинделе двигателя. Скорость вращения дисков может быть 3600, 4500, 5400, 7200, 10000, 12000 об/мин. С увеличением скорости вращения дисков увеличивается производительность всей системы. Каждая поверхность любого из дисков разбивается на отдельные дорожки. Дорожки на одной вертикали на всех поверхностях образуют цилиндр. Дорожка разбивается на секторы. Доступ к необходимой информации осуществляется по номеру дорожки, номеру цилиндра, номеру сектора. Плотность записи на внешних секторах меньше, чем на внутренних секторах. Среди характеристик, определяющих производительность винчестера, можно выделить следующие: среднее время доступа, которое определяется временем позиционирования магнитных головок на дорожке и временем ожидания сектора, и скорость обмена данными, которая в основном зависит от используемого интерфейса.

Гибкие магнитные диски (дискеты) служат для хранения программ и данных небольшого объема и удобны для перенесения информации с одной ПЭВМ на другую.

На рабочей поверхности диска (дискеты) по концентрическим окружностям, размещенным на определенном расстоянии от центрального отверстия, записываются данные. Стандартный формат дискеты имеет 80 концентрических дорожек. Каждая дорожка разделена на 18 частей, называемые " секторами". Секторы представляют собой основную единицу хранения информации на дискете. При чтении или записи устройство всегда считывает или записывает целое число секторов независимо от объема запрашиваемой информации, которые называют кластерами.

Емкость таких дисков 1, 44 Мбайт. Операции чтения/записи осуществляются контактным способом, когда магнитная головка для чтения/записи соприкасается с поверхностью диска, перемещаясь по радиусу. Во время работы диск вращается. В каждом фиксированном положении головка взаимодействует с круговой дорожкой. На эти дорожки и производится запись двоичной информации. На дорожки диска записывается двоичный код: намагниченный участок – единица, ненамагниченный – нуль. При чтении с диска эта запись превращается в нули и единицы в битах внутренней памяти.

Устройства CD-ROM используют оптические диски емкостью до 700 Мбайт. Носитель представляет собой диск со светоотражающим слоем на одной стороне, на которой хранится информация. На диск нанесена спиралевидная дорожка от центра к краю диска, состоящая из отражающих и не отражающих свет точек. Считывание производится лазерным лучом. Сначала появились оптические диски, на которые информация записывается только один раз в заводских условиях. Диски CD-R с возможностью записи позволяют однократно записывать информацию на диски пользователем. Луч лазера прожигает пленку на поверхности диска, меняя его отражательную способность. Перезапись невозможна. Диски CD-RW позволяют делать многократную запись на диск. Здесь используется свойство рабочего слоя переходить под действием лазерного луча в кристаллическое или аморфное состояние, имеющие разную отражательную способность. Диск DVD (Digital Versatile Disc) - цифровой универсальный диск. Предназначен для хранения видео, аудио высокого качества, компьютерной информации большого объема. Односторонние однослойные DVD имеют емкость 4, 7 Гбайт информации, двухслойные - 8, 5 Гбайт; двухсторонние однослойные вмещают 9, 4 Гбайт, двухслойные - 17 Гбайт.

Электронное устройство флэш-память используется для чтения и записи информации в файловом формате. Это энергонезависимое устройство. Обладает гораздо большим информационным объемом (сотни и тысячи мегабайтов) по сравнению с дисками. Его устанавливают в USB – порт материнской платы.

Контроллеры

Для работы компьютера необходим обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами. Такой обмен называется «вводом-выводом».

Для каждого внешнего устройства в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером, или адаптером (от английского «controller» -«контролёр», «управляющий»). Существует контроллер дисковода, контроллер монитора, контроллер принтера и др. Некоторые контроллеры могут управлять сразу несколькими устройствами.

Одним из контроллеров, которые присутствуют почти в каждом компьютере, является контроллер портов ввода-вывода. Эти порты бывают следующих типов:

· параллельные (обозначаемые LPT1-LPT4), к ним обычно подключают принтеры;

· последовательные (COM1-COM3), через которые обычно подсоединяют мышь, модем и др.;

· usb – порт (цифровые устройства, электронное устройство - флэш – память и др.)

Примеры линейных, разветвляющихся, циклических алгоритмов

Виды алгоритмов. Существует 4 вида алгоритмов: линейный, циклический, разветвляющийся, вспомогательный. Линейный (последовательный) алгоритм — описание действий, которые выполняются однократно в заданном порядке. Линейными являются алгоритмы отпирания дверей, заваривания чая, приготовления одного бутерброда. Линейный алгоритм применяется при вычислении арифметического выражения, если в нем используются только действия сложения и вычитания. Циклический алгоритм — описание действий, которые должны по вторяться указанное число раз или пока не выполнено заданное условие. Перечень повторяющихся действий называется телом цикла. Многие процессы в окружающем мире основаны на многократном повторении одной и той же последовательности действий. Каждый год наступают весна, лето, осень и зима. Жизнь растений в течение года проходит одни и те же циклы. Подсчитывая число полных поворотов минутной или часовой стрелки, человек измеряет время. Условие — выражение, находящееся между словом «если» и словом «то» и принимающее значение «истина» или «ложь». Разветвляющийся алгоритм — алгоритм, в котором в зависимости от условия выполняется либо одна, либо другая последовательность действий. Примеры разветвляющих алгоритмов: если пошел дождь, то надо открыть зонт; если болит горло, то прогулку следует отменить; если билет в кино стоит не больше десяти рублей, то купить билет и занять свое место в зале, иначе (если стоимость билета больше 10 руб.) вернуться домой. В общем случае схема разветвляющего алгоритма будет выглядеть так: «если условие, то..., иначе...». Такое представление алгоритма получило название полной формы. Неполная форма, в которой действия пропускаются: «если условие, то...». Вспомогательный алгоритм — алгоритм, который можно использовать в других алгоритмах, указав только его имя. Например: вы в детстве учились суммировать единицы, затем десятки, чтобы суммировать двузначные числа содержащие единицы вы не учились новому методу суммирования, а воспользовались старыми методами.

Стр. 56 книги

Стр. 53

31. Аппроксимация и интерполяция данных, основные определения

Любому специалисту в своей практической деятельности приходится изучать зависимости между различными параметрами исследуемых объектов, процессов и систем. Например: зависимость числа оборотов двигателя от нагрузки, т.е. n=f(Мкр.); зависимость силы резания при обработке детали на металлорежущем станке от глубины резания, т.е. P=f(t), и т.д. Из всех способов задания зависимостей наиболее удобным является аналитический способ задания зависимости в виде функции n=f(Мкр.), P=f(t), y=f(t). Однако на практике специалист чаще всего получает зависимости между исследуемыми параметрами экспериментально. В этом случае ставится натурный эксперимент, изменяются значения параметров на входе системы, измеряются значения параметров на выходе системы. Результаты измерений заносятся в таблицу. Таким образом, в результате проведения натурного эксперимента получаем зависимости между исследуемыми параметрами в виде таблицы, т.е. получаем, так называемую, табличную функцию.

Далее с этой табличной функцией необходимо вести научно-исследовательские расчеты. Например, необходимо проинтегрировать или продифференцировать табличную функцию и т.д. При такой постановке задачи моделирования нужно заменить табличную функцию аналитической. Для этой цели используются методы аппроксимации и интерполяции. Аппроксимация – это замена исходной функции f(x) функцией φ (x) так, чтобы отклонение f(x) от φ (x) в заданной области было наименьшим. Функция φ (x) называется аппроксимирующей.

Если исходная функция f(x) задана таблично (дискретным набором точек), то аппроксимация называется дискретной. Если исходная функция f(x) задана аналитически (на отрезке), то аппроксимация называется непрерывной или интегральной.

Интерполяция – это замена исходной функции f(x) функцией φ (x) так, чтобы φ (x) точно проходила через точки исходной функции f(x). Интерполяция еще называется точечной аппроксимацией. Точки исходной функции f(x) называются узлами интерполяции. Для интерполирующей функции справедливо:

Экстраполяцией называется аппроксимация вне заданной области определения исходной функции, т.е. Найдя интерполяционную функцию, мы можем вычислить ее значения между узлами интерполяции, а также определить значение функции за пределами заданного интервала (провести экстраполяцию). Основной мерой отклонения функции y(x) от функции f(x) при аппроксимации является величина, равная сумме квадратов разностей между значениями аппроксимирующей и исходной функций

Простейшими видами интерполяции является линейная и квадратичная. При линейной интерполяции точки заданной функции соединяются линейными отрезками, и функция f(x) приближается ломаной с вершинами в данных точках. В качестве уравнения интерполяционного многочлена используются уравнения прямой, проходящей через две точки. При квадратичной интерполяции в качестве приближающей функции, соединяющей соседние точки, принимается квадратный трехчлен. Такая интерполяция называется параболической. Распространенным видом интерполяции является интерполяция с использованием кубических сплайн-функций. Сплайн представляет собой модель гибкого тонкого стержня из упругого материала, закрепленного в двух соседних узлах интерполяции с заданными углами наклона α и β так, чтобы потенциальная энергия стержня была минимальна.

Интерполяция может выполняться с помощью многочленов Ньютона, Эрмита, Лагранжа и т.д. Наиболее известными методами аппроксимации являются метод наименьших квадратов, метод многочленов Чебышева, рядов Тейлор и т.д. При решении задач аппроксимации часто используются функции регрессии. Регрессия – представление совокупности данных некоторой функцией f(x). Задачей регрессии является вычисление параметров функции f(x) таким образом, чтобы функция приближала последовательность исходных точек с наименьшей погрешностью. При этом функция f(x) называется уравнением регрессии. При регрессии не требуется чтобы функция проходила через все заданные точки, что особенно важно при аппроксимации данных, заведомо содержащих ошибки.

ОВТЕТЫ ПО ИНФОРМАТИКЕ

Характеристика технического обеспечения компьютера

12 3 4 5 6 7 8 9 Следующая ⇒