Компьютерные технологии Классификация ЭВМ –Аналоговые вычислительные машины (АВМ) –Аналоговые вычислительные машины (АВМ) вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговый форме), т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения). –Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) –Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее в цифровой форме. –Гибридные вычислительные машины (ГВМ) –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. По принципу действия

Компьютерные технологии Аналоговые ЭВМ Принцип действия

Компьютерные технологии Аналоговые ЭВМ Принцип действия

Компьютерные технологии Аналоговые ЭВМ Принцип действия

Компьютерные технологии Классификация ЭВМ По сферам деятельности человека –для автоматизации вычислений –для систем управления –для решения задач искусственного интеллекта

Компьютерные технологии Классификация ЭВМ По назначению –Универсальные –Проблемно-ориентированные –Специализированные

Компьютерные технологии Классификация ЭВМ По назначению –Многопользовательские –Рабочие станции –Персональные компьютеры –Сервера –Кластерные ЭВМ –Ноутбуки –Карманные компьютеры

Компьютерные технологии Классификация ЭВМ По функциональным (вычислительным) возможностям и размерам –Супер ЭВМ –Большие ЭВМ –Малые ЭВМ –Супер-мини –Микро ЭВМ –Микроконтроллеры и микропроцессоры

Компьютерные технологии Классификация ЭВМ По функциональным (вычислительным) возможностям и размерам Класс компьютера ПараметрыСупер компьютеры Большие компьютеры Малые компьютеры Микро компьютеры Производительность (MIPS) Емкость ОП (Мбайт) Емкость внешнего ЗУ (Гбайт) Разрядность (бит)

Компьютерные технологии Структура и характеристики ЭВМ Электронная вычислительная машина Электронная вычислительная машина это комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей. Структура ЭВМ Архитектура ЭВМ

Компьютерные технологии Структура и характеристики ЭВМ Структура Структура совокупность элементов и их связей: структура технических средств, структура программных средств, структура аппаратно-программных средств.

Компьютерные технологии Структура и характеристики ЭВМ Архитектура ЭВМ Архитектура ЭВМ это многоуровневая иерархия аппаратно-программных средств, из которых строится ЭВМ.

Компьютерные технологии Структура и характеристики ЭВМ Характеристики ЭВМ с точки зрения человеко-машинного интерфейса технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ (быстродействие и производительность, показатели надежности, достоверности, точности, емкость оперативной и внешней памяти, габаритные размеры, стоимость технических и программных средств, особенности эксплуатации и др.); характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ (возможность расширения состава технических и программных средств; возможность изменения структуры) состав программного обеспечения ЭВМ и сервисных услуг (операционная система или среда, пакеты прикладных программ, средства автоматизации программирования).

Компьютерные технологии Структура и характеристики ЭВМ Быстродействие Быстродействие число определенного типа команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду. Производительность Производительность это объем работ (например, число стандартных программ), выполняемый ЭВМ в единицу времени.

Компьютерные технологии Структура и характеристики ЭВМ Единица измерения быстродействия - MIPS (Million Instructions Per Second миллион операций в секунду, обычно рассматриваются наиболее короткие операции типа сложения). Для оценки современных ЭВМ применяется достаточно редко по следующим причинам: – набор команд современных микропроцессоров может включать сотни команд, сильно отличающихся друг от друга длительностью выполнения; – значение, выраженное в MIPS, меняется в зависимости от особенностей программ;

Компьютерные технологии Структура и характеристики ЭВМ Единица измерения быстродействия - MFPOPS (Million Floating Point Operations Per Second миллион операций с плавающей точкой в секунду). Для персональных ЭВМ этот показатель практически не применяется из-за особенностей решаемых задач и структурных характеристик ЭВМ.

Компьютерные технологии Структура и характеристики ЭВМ Тестовые наборы для комплексных оценок производительности: – наборы тестов фирм-изготовителей для оценивания качества собственных изделий – стандартные универсальные тесты для ЭВМ, предназначенных для крупномасштабных вычислений; – специализированные тесты для конкретных областей применения компьютеров.

Компьютерные технологии Структура и характеристики ЭВМ Примеры тестовых наборов: – компания Intel для своих микропроцессоров ввела показатель iCOMP-Intel Comparative Microprocessor Performance; – пакет математических задач Linpack, по которому ведется список ТОР 500, включающий 500 самых производительных компьютерных установок в мире; – для тестирования ПК по критериям офисной группы приложений использовался тест Winstone97-Business, для группы «домашних компьютеров» WinBench97-CPUMark32, а для группы ПК для профессиональной работы 3DWinBench97-UserScene.

Компьютерные технологии Структура и характеристики ЭВМ Емкость запоминающих устройств Емкость запоминающих устройств количество структурных единиц информации, которые одновременно можно разместить в памяти.

Компьютерные технологии Структура и характеристики ЭВМ Бит Бит одна двоичная цифра, наименьшая структурная единица информации Байт = 8 бит. 1Кбайт = 2 10 байта = 1024 байта, 1Мбайт = 2 10 Кбайта = 2 20 байта, 1 Гбайт = 2 10 Мбайта = 2 20 Кбайта = 2 30 байта.

Компьютерные технологии Структура и характеристики ЭВМ Емкость оперативной памяти – для ПЭВМ в 2004 г. обычно Мб, в 2006 г. – Мб Емкость внешней памяти – флоп (1.44Мб) – винчестер (40Гб - 120Гб) – CD (DVD) (600Мб - 18Гб)

Компьютерные технологии Структура и характеристики ЭВМ Надежность Надежность это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного времени (стандарт ISO /14-78 (Международная организация стандартов))

Компьютерные технологии Структура и характеристики ЭВМ Точность Точность возможность различать почти равные значения (стандарт ISO 2382/2-76). Точность получения результатов обработки в основном определяется разрядностью ЭВМ, которая в зависимости от класса ЭВМ может составлять 32, 64 и 128 двоичных разрядов.

Компьютерные технологии Структура и характеристики ЭВМ Достоверность Достоверность свойство информации быть правильно воспринятой. Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных результатов.

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ программное управление Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Алгоритм «Алгоритм конечный набор предписаний, определяющий ре- шение задачи посредством конечного количества операций»

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Программа для ЭВМ «Программа для ЭВМ упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке» (стандарт ISO 2382/1-84 г.).

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Принцип Дж. фон Нейманом Принцип программного управления, описанный Дж. фон Нейманом Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов команд. Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, местонахождение (адреса) операндов и ряд служебных признаков.

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Фон-неймановской архитектура компьютеров содержит пять компонент: - Арифметико-логическое устройство (АЛУ). - Устройство управления. - Память. - Устройство ввода информации. - Устройство вывода информации. (Подавляющее большинство современных компьютеров).

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Операнды Операнды переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных. Список (массив) всех переменных (входных данных, промежуточных значений и результатов вычислений) - неотъемлемый элемент любой программы.

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса. В качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ, предназначенных для хранения объектов

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Структурные единицы информации ЭВМ полем. Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, представлена полем. словом Последовательность, состоящая из определенного, принятого для данной ЭВМ числа байтов, называется словом

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Структурные единицы информации ЭВМ бит самая малая структурная единица - бит ; поле последовательность битов - поле ; байт полей длинной 8 бит - байт ; последовательность байтов (2, 4, 8) - слово (особенность слова как структурной единицы в том, что оно записывается в ОЗУ и считывается из него за один цикл). массив Последовательность слов одинакового смысла - массив. Файл Файл это имеющий имя информационный массив (программа, данные, текст и т.п.), размещаемый во внешней памяти и рассматриваемый как неделимый объект при пересылках и обработке.

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Обобщенная структурная схема ЭВМ первых поколений, отвечающая программному принципу управления УВвОЗУУВыв АЛУ УУ ВЗУ Программы и исходные данные Результаты

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Структурная схема ПЭВМ

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Основные компоненты персонального компьютера: Системный блок – Материнская плата – Процессор – Оперативная память – Корпус с блоком питания Периферийные устройства (в том числе, клавиатура, мышь, монитор, принтер и т.д.)

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Децентрализация построения и управления Децентрализация построения и управления вызвала к жизни также элементы, которые являются общим стандартом структур современных ЭВМ: – модульность построения; – магистральность; – иерархия управления.

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Модульная конструкция ЭВМ – делает ее открытой системой, способной к адаптации и совершенствованию

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Модульность структуры ЭВМ требует стандартизации и унификации оборудования, номенклатуры технических и программных средств, средств сопряжения интерфейсов, конструктивных решений, унификации типовых элементов замены, элементной базы и нормативно-технической документации.

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ В современных ЭВМ принцип децентрализации и параллельной работы распространен как на периферийные устройства, так и на сами ЭВМ (процессоры).

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Все существующие типы ЭВМ выпускаются семействами, в которых различают старшие и младшие модели. Информационная, аппаратная и программная совместимость

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Общие и специальные шины или магистрали для обмена информацией Стандартизация и унификация привели к появлению иерархии шин и к их специализации: – системная шина для взаимодействия основных устройств; – локальная шина для ускорения обмена видеоданными; – периферийная шина для подключения «медленных» периферийных устройств.

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Децентрализация управления предполагает иерархическую организацию структуры

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Иерархический принцип построения памяти ЭВМ: – сверхоперативное запоминающее устройство небольшой емкости – кэш-память или память блокнотного типа – кэш L1 (Е п = Кбайта с временем доступа такта процессора); – кэш L2 (Е п = Кбайт с временем доступа тактов) – кэш L3 (Е п =2 - 4 Мбайта с временем доступа тактов). – оперативное запоминающее устройство – постоянное запоминающее устройство – внешнее запоминающее устройство

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Децентрализация управления и структуры ЭВМ позволила перейти к более сложным многопрограммным (мультипрограммным) режимам.

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Признаки классической структуры ЭВМ (фон Неймана): – ядро ЭВМ образует процессор единственный вычислитель в структуре, дополненный каналами обмена информацией и памятью; – линейная организация ячеек всех видов памяти фиксированного размера; – одноуровневая адресация ячеек памяти, стирающая различия между всеми типами информации; – внутренний машинный язык низкого уровня, при котором команды содержат элементарные операции преобразования простых операндов; – последовательное централизованное управление вычислениями; – достаточно примитивные возможности устройств ввода-вывода.

Компьютерные технологии Общие принципы построения ЭВМ Недостатки классической структуры ЭВМ (фон Неймана): – практически исчерпаны структурные методы повышения производительности ЭВМ; – плохо развиты средства обработки нечисловых данных (структуры, символы, предложения, графические образы, звук, очень большие массивы данных и др.); – несоответствие машинных операций операторам языков высокого уровня; – примитивная организация памяти ЭВМ; – низкая эффективность ЭВМ при решении задач, допускающих параллельную обработку, и т.п.