Технические средства реализации информационных процессов

КГБОУ СПО "Алтайский  государственный колледж"

 

 

 

Реферат

По дисциплине: информатика

На тему: «Технические средства реализации информационных процессов».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студентка 2 курса

Группы  т-201

Латорцева Ксения Владимировна

 

Преподаватель: Наталья Юрьевна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Барнаул

2013

Архитектура ЭВМ. Принципы работы компьютера.

 

 

 

ЭВМ определяется как  комплекс взаимосвязанных программно-управляемых  технических устройств, предназначенных  для автоматизированной обработки  данных с целью получения результатов решения вычислительных и информационных задач.

 

 

 

Основные принципы функционирования компьютера были сформулированные в 1945 году Джоном фон Нейманом.

 

 

 

1. В основе работы  ЭВМ лежит программный принцип,  согласно которому все вычисления выполняются путем последовательного выполнения команд программы ЭВМ.

 

2. Принцип хранимой  программы означает, что программы  и данные во время выполнения  программы хранятся в одном  адресном пространстве в оперативной  памяти и различаются не по  способу кодирования, а по способу использования. Программа может выступать также в качестве исходных данных (самомодифицируемые программы).

 

3. Использование двоичного  кодирования при хранении и  обработке данных в ЭВМ. Отдельные  разряды двоичного числа объединяются  в более крупные единицы, называемые словами.

 

4. Информация размещается  в ячейках различных запоминающих  устройств. Каждая ячейка памяти  имеет адрес, по которому происходят  запись или считывание слов  данных и программ.

 

 

 

К настоящему время принципы фон Неймана дополнены рядом других принципов:

 

- открытая архитектура,  которая означает, что в основе  разработки новых ЭВМ лежат  общедоступные стандарты, которые  унифицируют взаимодействие различных  типов оборудования и отдельных  технических узлов ЭВМ. Использование при разработке оборудования открытых стандартов позволяет разным производителям разрабатывать для ЭВМ новые аппаратные средства, заменяющие или дополняющие существующее оборудование;

 

    - модульность  построения технической архитектуры  состоит в том, что вся ЭВМ состоит из отдельных функционально и конструктивно законченных модулей. Соблюдение этого принципа упрощает процедуру замены устаревших или неработоспособных узлов ЭВМ на современные или рабочие;

 

    - стандартизация  технических устройств ЭВМ означает, что все устройства ЭВМ согласованы по своим электрическим, электромагнитным параметрам, протоколам работы, габаритам и т.д.;

 

 

 

    - принцип микропрограммирования,  заключающийся в том, что машинный  язык не является конечной  субстанцией, приводящей в действие процессы в ЭВМ. Процессор имеет в своем составе блок микропрограммного управления. Этот блок для каждой команды на машинном языке генерирует последовательность действий-сигналов для физического выполнения требуемой машинной команды.  Можно также считать набор команд микропрограммами по отношению к операционной системе.

 

 

 

При этом под архитектурой ЭВМ понимают абстрактное представление  ЭВМ, которое отражает ее структурную, схемотехническую и логическую организацию.

 

 

 

Понятие архитектуры является комплексным и включает:

 

        - структурную схему ЭВМ;

 

- средства и способы  доступа к элементам структурной  схемы ЭВМ;

 

- организацию и разрядность  интерфейсов ЭВМ;

 

- организацию и способы  адресации памяти;

 

- способы представления  и форматы данных ЭВМ;

 

- набор машинных команд  ЭВМ;

 

- обработку прерываний.

 

 

 

Структура ЭВМ представляет совокупность конструктивных элементов (устройств), из которых состоит ЭВМ, и связей между ними.

 

 

 

Связь между различными устройствами, представляющую собой физическую магистраль, состоящую из многопроводной линии для передачи электрических сигналов, называют интерфейсной шиной. Различают шины для передачи адресов, управляющих сигналов и данных.

Перечисленные принципы функционирования ЭВМ предполагают обязательное наличие у ЭВМ следующих устройств:

 

● арифметико-логического  устройства (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции;

 

● устройство управления, предназначенное для  организации  и синхронизации работы всех устройств  ЭВМ;

 

● память для хранения данных;

 

● внешние устройства для обеспечения обмена информацией  с человеком.

 

В современных компьютерах  арифметико-логическое устройство и  устрой-ство управления объединены в  один блок - процессор, предназначенный  для обработки данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций и программного управления работой устройств компьютера.

 

 

 

Все  арифметические и  логические операции непосредственно  выполняются арифметико-логическим устройством.Устройство управления формирует и подает во все блоки ЭВМ управляющие импульсы, обусловленные выполняемой командой.Для кратковременного хранения данных, непосредственно используемых в вычислениях, имеются специальные ячейки памяти процессора, называемые процессорной памятью или регистрами.

 

 Под кэш -  памятью  понимают особый вид быстродействующей  памяти, выполняющей в компьютере  роль промежуточной памяти (буфера) при обмене данными между быстродействующим  устройством ЭВМ и менее быстродействующим  с целью уменьшения периодов  ожидания более производительного устройства.

 

 Программы и данные  во время непосредственного сеанса  работы хранятся в основной (оперативной)  памяти компьютера.

 

 Оперативная память  состоит из ячеек памяти одинаковой  длины. 

 

 Байт является наименьшей  адресуемой единицей оперативной памяти. Для идентификации ячеек в оперативной памяти каждой из них присваивается адрес, представляющий собой номер ячейки. Ячейки нумеруются числами из последовательного натурального ряда чисел.

При чтении данных из памяти по шине адреса передаются адреса читаемых ячеек, а сами данные из ячеек передаются по шине чтения. Возможность произвольного доступа к любой из ячеек памяти позволяет называть оперативную память, как память с произвольным доступом (RAM - Random Access Memory).

 

 Тактовые импульсы вырабатываются генератором тактовых импульсов ЭВМ и используются для синхронизации процессов передачи информации между устройствами. Базовая последовательность импульсов задает тактовую частоту работы процессора и во многом определяет скорость работы ЭВМ.

 

 Внешние устройства  ввода-вывода и хранения данных  подключаются к ЭВМ через адаптеры  или контроллеры. Основное назначение  адаптера состоит в управлении  и синхронизации работы внешнего  устройства с работой других  устройств ЭВМ. 

 

 Устройства ввода обеспечивают считывание данных с определенных устройств (клавиатуры, сканера, графических манипуляторов и других) и преобразование их в последовательности электрических сигналов, воспринимаемых другими устройствами ЭВМ.

 

 Устройства вывода  представляют результаты обработки информации в форме, удобной для визуального восприятия. К таким устройствам относятся принтеры, мониторы, графопостроители.

 

 Внешние устройства  хранения предназначаются для  организации долговременного хранения  данных и программ. К устройствам внешнего хранения относятся накопители на жестких и гибких дисках, DVD (Digital Video Disk) и CD (Compact Disk) накопители, накопители на магнитных лентах  (стримеры), Flasch - память и другие.

 

 Управление работой  внутренних и внешних устройств  ЭВМ производится устройством управления процессора через основной набор логических схем компьютера.

 

 Выполнение команд  программы процессором. 

 

Рассмотрим выполнение  процессором команд программы.

 

В общем случае формат машинной команды состоит из двух частей. Одна часть содержит код операции, которую команда должна выполнить. Другая часть - адресная, содержащая адреса оперативной памяти операндов, над которыми эта операция должна быть выполнена и по какому адресу должен быть помещен результат выполнения команды.

Виды и характеристика машинных носителей информации.

 

Носитель информации - строго определённая часть конкретной информационной системы, служащая для  промежуточного хранения или передачи информации.

 

К носителям информации относят:

 

- магнитные диски;

 

- магнитные барабаны;

 

- дискеты;

 

- магнитофонные ленты;

 

- оптические диски;

 

- flash память.

 

 Магнитный барабан - ранняя  разновидность компьютерной памяти, широко использовавшаяся в 1950-1960-х  годах. Изобретена Густавом Таушеком (Gustav Tauschek) в 1932 году в Австрии. В дальнейшем магнитный барабан был вытеснен памятью на магнитных сердечниках.

 

Дискета - портативный магнитный  носитель информации, используемый для  многократной записи и хранения данных сравнительно небольшого объема. Запись и считывание дискет осуществляется с помощью специального устройства - дисковода.

 

Магнитная лента - носитель магнитной  записи, представляющий собой тонкую гибкую ленту, состоящую из основы и  магнитного рабочего слоя.

 

Компакт-диск - оптический носитель информации в виде диска с отверстием в центре, информация с которого считывается с помощью лазера. Изначально компакт-диск был создан для цифрового хранения аудио (т. н. Audio-CD), однако в настоящее время широко используется как устройство хранения данных широкого назначения (т. н. CD-ROM).

 

 Аудио-компакт-диски по формату  отличаются от компакт-дисков  с данными, и CD-плееры обычно  могут воспроизводить только  их (на компьютере, конечно, можно  прочитать оба вида дисков).

 

Флэш-память (англ. Flash-Memory) - разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. Флэш-память может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (обычно около 10 тысяч раз).

 

Несмотря на то, что  такое ограничение есть, 10 тысяч  циклов перезаписи - это намного  больше, чем способна выдержать дискета  или CD-RW. Стирание происходит участками, поэтому нельзя изменить один бит  или байт без перезаписи всего  участка (это ограничение относится к самому популярному на сегодня типу флэш-памяти - NAND). Преимуществом флэш-памяти над обычной является её энергонезависимость - при выключении энергии содержимое памяти сохраняется. Преимуществом флэш-памяти над жёсткими дисками, CD-ROM-ами, DVD является отсутствие движущихся частей. Поэтому флэш-память более компактна, дешева (с учётом стоимости устройств чтения-записи) и обеспечивает более быстрый доступ.

 

Технические средства для  сбора, регистрации, хранения, отображения  и передачи информации.

 

 

 

В качестве средств сбора  и регистрации данных используются датчики, счетчики, регистраторы, машиночитаемые документы, сканеры, дигитайзеры.

 

Технические средства копирования  документов различаются между собой  по принципам и способам формирования копий изображения на различных носителях:

 

-           устройства электрографического  копирования: семейства машин  Xerox, Canon, Konica и другие;

 

-         устройства термографического копирования:  Молния, ТЭКА и другие;

 

-         устройства фотографического копирования: КРН, Докуфо БВ101 и другие;

 

-         устройства дизографического копирования:  СКА, КВС-100 и другие;

 

-         средства оперативной полиграфии: ротапринты, ротаторы, ризографы.

 

 

 

К средствам транспортирования  документов относятся различного рода тележки, транспортеры, пневматическая почта.

 

 К средствам хранения  документов относят различные  электронных архивы, картотеки бумажных  документов и микрофильмов.

 

 Средства обработки  документов разделяются на следующие  группы оборудования: переплетное, брошюровальное, бумагорезательное, фальцевальное, листоподборочное, маркировальное, ламинаторное и другие.

 

Классификация ЭВМ.

Классификация ЭВМ по принципу действия. По принципу действия вычислительные машины делятся на три  больших класса: аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ).

 Критерием деления  вычислительных машин на эти  три класса является форма  представления информации, с которой  они работают.

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

Аналоговые вычислительные машины (АВМ) - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения). Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5 %).

 

На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

 

Гибридные вычислительные машины (ГВМ) - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства  АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.