Шпаргалка: Архитектуре ЭВМ
Шпаргалка: Архитектуре ЭВМ
Архитектура
1 Понятие архитектуры ЭВМ. Принципы фон Неймана
Архитектурой ПК называется его описание на некотором общем уровне включающее описание пользовательских возможностей программирования систем команд систем адресации организации памяти Архитектура определяет принцип действия, информационные связи взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора; оперативного ЗУ, Внешних ЗУ и периферийных устройств.
Классические принципы построения архитектуры ЭВМ были предложены в 1946 году и известны как принципы фон Неймана".
Они таковы:
Использование двоичной системы представления данных
Авторы убедительно продемонстрировали преимущества двоичной системы для технической реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и логических операций. ЭВМ стали обрабатывать и нечисловые виды информации - текстовую, графическую, звуковую и другие, но двоичное кодирование данных по-прежнему составляет информационную основу любого современного компьютера.
Принцип хранимой программы Нейман первым догадался, что программа может также храниться в виде нулей и единиц, причем в той же самой памяти, что и обрабатываемые ею числа. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений. Устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) в современных компьютерах объединены в один блок - процессор, являющийся преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств.
Память (ЗУ) хранит информацию (данные) и программы. Запоминающее устройство у современных компьютеров "многоярусно" и включает оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и внешние запоминающие устройства(ВЗУ).
ОЗУ- это устройство, хранящее ту информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (исполняемая программа, часть необходимых для нее данных, некоторые управляющие программы).
ВЗУ- устройства гораздо большей емкости, чем ОЗУ, но существенно более медленны.
Принцип последовательного выполнения операций
Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.
Принцип произвольного
доступа к ячейкам оперативной памяти
Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает,
что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами
можно выполнять такие же действия, как и над данными.
8 BIOS. Назначение, функции. Установка CMOS
BIOS – базовая система ввода-вывода, хранящаяся в ПЗУ и предназначенная для выполнения базовых аппаратных функций с учетом особенностей аппаратной части конкретной ПЭВМ. Этим обеспечивается независимость операционной системы и прикладных программ от особенностей ПЭВМ, на которой они функционируют.
BIOS включает в себя программную поддержку стандартных ресурсов ПЭВМ и обеспечивает диагностику аппаратных средств, их конфигурирование и вызов загрузчика операционной системы. Обычно BIOS привязан к конкретному типу системной платы.
В последнее время BIOS чаще всего хранят во Flash памяти, допускающей перезапись содержимого. Это позволяет обновлять версии BIOS, однако, оборотной стороной этого является возможность вывода ПЭВМ из строя из-за порчи BIOS при неправильной его перезаписи или под воздействием вирусов.
Для обновления BIOS новые версии следует получать непосредственно от изготовителей системной платы или с сайтов, хранящих такие версии. Собственно производители BIOS (фирмы AMI, Award, Phoenix) под конкретные платы их не настраивают: Этой настройкой (доработкой) базовых версий BIOS и занимаются изготовители системных плат.
Функции BIOS разделяются на следующие группы:
Инициализация и тестирование аппаратных средств по включении питания – POST (Power On Self Test)
Настройка и конфигурирование аппаратных средств и системных ресурсов– BIOS Setup
Загрузка операционной системы с дисковых носителей – Bootstrap Loader
Обслуживание аппаратных прерываний от системных устройств (таймера, клавиатуры, дисков) – BIOS Hardware Interrupts
Отработка базовых функций программных обращений (сервисов) к системным устройствам –BIOS Services
Все эти функции исполняет системный модуль System BIOS, хранящийся в микросхеме ПЗУ или флэш-памяти, установленной на системной плате.
Система CMOS (энергозависимая память CМОS). Особенность этой памяти состоит в том, что она питается от специального источника питания, независимо включен или выключен основной источник питания. В ней содержится информация о гибких дисках, о жестком диске, процессоре, а также показания системных часов. Запуск BIОS
9 BIOS. Последовательность загрузки ЭВМ
При включении компьютера по адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Процессор обращается по этому адресу за первой командой. После чего начинает работать под управлением программы. Так как, в ОЗУ нет никакой информации то стартовый адрес указывается на ПЗУ. Программы находящихся в ПЗУ образуют базовую система ввода-вывода. Функция этой системы осуществляет проверку состава и работоспособности компьютерной системы, а также обеспечивает взаимодействие с такими устройствами, как клавиатура, монитора и дисковода. Система CMOS (энергозависимая память CМОS). Особенность этой памяти состоит в том, что она питается от специального источника питания, независимо включен или выключен основной источник питания. В ней содержится информация о гибких дисках, о жестком диске, процессоре, а также показания системных часов. Запуск BIОS Работа программ, записанных в микросхеме ВIОS, отображается на черном экране бегущими белыми строчками. В этот момент компьютер проверяет свои устройства. Прежде всего выполняется проверка оперативной памяти (сколько её и вся ли она в порядке). Проверяется наличие жестких дисков и дисковода гибких дисков, а также наличие клавиатуры. Если что-то не работает, программы, выполняющие проверку, доложат о неисправности. Если всё в порядке, то программы ВIОS заканчивают свою работу и напоследок дают команду загрузить с жесткого диска в оперативную память специальный пакет программ, который называется операционной системой. После того как этот пакет загружен, он начинает работу и отныне всё, что мы делаем с компьютером, происходит под управлением операционной системы. Теперь мы имеем дело только с ней и можем забыть, что у компьютера есть процессор, что ему нужны какие-то инструкции и данные. Отныне всю работу с процессором и другими устройствами берёт на себя операционная система, а нам остается только научится работать с ней, а точнее говоря с тем пакетом программ,
загрузить и с гибкого диска. Для этого нужен специальный гибкий диск, который называют системным. Таким методом запускают компьютер при устранении неисправностей.
13 Назначение, функции базовых программных средств, исполняемая программа
Программное обеспечение Программы — это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера.
Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии. Несмотря на то что мы рассматриваем эти две категории отдельно, нельзя забывать, что между ними существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является по меньшей мере условным.
Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и блоками существует взаимосвязь — многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть, мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней. Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое членение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и технического обслуживания. Обратите внимание на то, что каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение.
Базовый уровень. Самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ — Read Only Memory, ROM). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.
В тех случаях, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM). В этом случае изменение содержания ПЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флэш- технологией), так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами.
19 Виды, назначение, функции, специфика периферийных устройств
Клавиатура – клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знакомых) данных, а также команд управления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с помощью монитора получают от нее оклик. Принцип действия. Клавиатура относится к стандартным средствам персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами). Необходимое программное обеспечения для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме ПЗУ в составе базовой системы ввода-вывода (BIOS), и поэтому компьютер реагирует на нажатия клавиш ОЗУ после включения. Мышь устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой плоскую коробочку с двумя-тремя кнопочками. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора. Устройство вывода: принтер (лазерный, матричный, струйный). Матричные принтеры – это недорогие принтеры, которые первыми начали применяться в IBM РС – совместимых компьютерах. В матричных принтерах печать производится печатающей головкой с выдвигающимися иголочками. Струйные принтеры – это наиболее распространенный в настоящее время тип принтеров. Они безударные, т.е. бесшумные, которые формируют изображение с помощью печатающей головки, содержащей множество капилляров-сопел от 50 до 200. Лазерные принтеры позволяют получать наилучшее качество черно-белого или цветного оттиска. Они обладают высокой скоростью печати 10 и более страниц в минуту. Одной из основных характеристик лазерных принтеров является разрешающая способность количество печатаемых точек на единицу длины. Устройство хранения данных. Для хранения данных компьютера используют накопители. Накопитель – это устройство, состоящее из носителя информации и привода. Привод представляет собой совокупность различных механических и электронных компонентов: корпуса, двигателя и т.д. Плоттер-устройство которое чертит графики рисунки или диаграммы под управлением ПК.
Плоттеры используют для получения сложных конструкторских чертежей архитектурных планов. роликовые плоттеры- прокручивают бумагу под пером а планшетные перемешают перо через всю поверхность горизонтально лежащей бумаге.
Сканер для ввода в ПК графических изображений создаёт оцифрованное изображение документа и помешает его в память ПК.
25 Понятие о редиректоре и сетевых драйверах
Ф-ия клиентской проги- способность отличить запрос к удал. ф-лу от запроса к локаль. ф-лу. Если клиентская прога умеет это делать, то приложение не д. заботиться о том, с каким файлом оно работает. Клиентская прога сама распознает и перенаправляет запрос к удал. машине. Поэтому для клиентской части примен-ся редиректор. Иногда в функции распределения выдел-ся отдель. программные модули. В этом случае редиректором наз-ют не всю клиентскую часть, а этот программный модуль. Драйвер- спец. прога, кот. управ-ет контроллером или адаптером. Распределение обязанностей сетей между драйвером и контроллером м.б. разными, но чаще всего контроллер поддерживает простой набор команд, а др-р определяет последовательность их выполнения. В LAN ф-ции передачи данных в линию связи вып-ся сет. адаптерами и их др-ми. Это происходит след. образом: приложение, кот. треб-ся передать данные обращ-ся с запросом на выполнение к ОС. Получив запрос, ОС запускает соответств. др-р. Дальнейшее действиепо выполнению операции реализ-ся совместно с др-омадресанта и сет. адаптером. Др-р адресата периодически опрашивает признак приёма, кот . устан-ся адаптером при правильно выбранной передаче данных, при его появлении из буфера адаптера считывается принятый байт и запис-ся в ОП адреса.
22 Понятие о локальной сети, ее основные компоненты
Локальной наз-ют сеть, абоненты которой наход-ся на небольшом расстоянии др от др (до15 км. ). Обычно такая сеть привязана к какому-нибудь объекту. К этому классу относ-ся сети отдельных предприятий, фирм корпораций. Если такие сети имеют абонентов, расположенных в разных помещениях, то они используют структуру глобальной сети, и их называют корпоративными сетями.
2 История ЭВМ, поколения. Элементная база поколений
Первое поколение(1948-1958 гг.) Применение вакуумно-ламповой технологии, использование систем памяти на ртутных линиях задержки, магнитных барабанах, электронно-лучевых трубках (трубках Вильямса).
Для ввода-вывода данных использовались перфоленты и перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства.
Была реализована концепция хранимой программы. Быстродействие (операций в секунду) 10-20 тыс.
Второе поколение (1959 1967 гг.) Замена электронных ламп как основных компонентов компьютера на транзисторы. Компьютеры стали более надежными, быстродействие их повысилось, потребление энергии уменьшилось. С появлением памяти на магнитных сердечниках цикл ее работы уменьшился до десятков микросекунд.
Главный принцип структуры - централизация. Появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, устройства памяти на магнитных дисках. Быстродействие (операций в секунду) 100-500 тыс решения научно-технических и планово-экономических задач; для систем противоракетной обороны; ЭВМ общего назначения, ориентированные на решение инженерно-технических задач
Третье поколение(1968 1973 гг.) малые интегральные схемы (МИС) Компьютеры проектировались на основе интегральных схем малой степени интеграции (МИС - 10 - 100 компонентов на кристалл) и средней степени интеграции (СИС - 10 -1000 компонентов на кристалл).
Появилась идея, которая и была реализована, проектирования семейства компьютеров с одной и той же архитектурой, в основу которой положено главным образом программное обеспечение.
В конце 60-х появились мини-компьютеры. В 1971 году появился первый микропроцессор. Быстродействие (операций в секунду) порядка 1 млн.
Четвертое поколение(1974 1982 гг.) большие интегральные схемы (БИС) Использование при создании компьютеров больших интегральных схем (БИС - 1000 - 100000 компонентов на кристалл) и сверхбольших интегральных схем (СБИС - 100000 - 10000000 компонентов на кристалл).
