Лекция (стр. 1 )

Лекция 1

Современный этап развития человеческого общества характеризуется переходом к всеобщей информатизации, компьютеризации и внедрению информационных технологий во все сферы экономики. Сфера применения современных автоматизированных технологий обширна: от простых технологий по созданию документов и организации служебной переписки до очень сложных технологий системного анализа, поддержки принятия управленческих решений, автоматизации проектирования сложных корпоративных систем и т. д.

Информационная технология – совокупность методов, производственных процессов и программно-технических средств, которые объединены в технологический комплекс, обеспечивающий сбор, создание, накопление, обработку, хранение, поиск, вывод, копирование, передачу и распространение информации.

Информационные процессы – процессы сбора, обработки, накопления, хранения, поиска и распространения информации.

Информационные ресурсы – большие объемы ценной информации, организованные в некоторые структуры данных.

Информация – сведения, получаемые человеком, уменьшающие неполноту знаний.

Информационная система – система, предназначенная для хранения, обработки, поиска, распространения, передачи и предоставления информации.

Методы ИТ – это методы обработки и передачи информации.

Средства ИТ – это технические, программные, информационные средства, при помощи которых реализуется ИТ.

Особенности ИТ

Предметом ИТ являются данные, средствами ИТ являются вычислительные комплексы. Критерием эффективности технологического процесса является своевременная доставка информации пользователю, надежность, полнота и достоверность этой информации. Целью ИТ является получение информации.

Свойства ИТ

1 Целесообразность – состоит в повышении эффективности производства за счет внедрения средств вычислительной техники, баз данных, вычислительных сетей.

2. Наличие компонентов и структуры. Функциональные компоненты - это информационная база, а структура ИТ – это внутренняя организация взаимосвязанных компонент ИТ.

3. Взаимодействие с внешней средой. Это организация связи ИТ с объектами управления, внешними предприятиями, поставщиками и потребителями продукции, с финансово-кредитными органами и т. д.

4. Целостность. ИТ является целостной системой и может решать такие задачи, которые не могут решать отдельные компоненты ИТ.

5. Развитие во времени. ИТ динамически развиваются, модернизируются, включают новые компоненты.

Эволюция ИТ, этапы развития ИТ

1этап – возникновение человеческой речи, упростился обмен информации между отдельными людьми и целыми поколениями.

2 этап – появление письменности, появилась возможность накапливать и передавать информацию между поколениями письменно.

3 этап – распространение книгопечатания (15 век), знания стали тиражироваться, ускорился обмен информацией между людьми.

4 этап – изобретение и распространение средств передачи информации: радио, телеграф, телефон. Появилась возможность передавать информацию в режиме реального времени на любые расстояния.

5 этап – изобретение и распространение телевидения и ЭВМ. Был создан способ записи и долговременного хранения формализованных знаний, появилась возможность передачи видео и аудио информации на большие расстояния и возможность создания информационных фондов.

6 этап – изобретение микропроцессора и ПК, появилась возможность автоматизации многих трудоемких процессов человеческой деятельности.

Признаки деления на этапы развития ИТ

1.Вид задач и процессов обработки информации. Сюда входят этапы: обработка данных на ВЦ в режиме коллективного пользования и создание ИТ для решения стратегических задач.

2.Проблемы, стоящие на пути информатизации общества.

1.  Проблема обработки больших объемов данных

2.  Отставание программного обеспечения от уровня развития аппаратных средств.

3.  С появлением ПК появилась проблема максимального удовлетворения потребностей пользователя, разработка удобного интерфейса пользователя.

4.  Проблемы выработки стандартов, протоколов связи, доступ к стратегической информации, организация защиты и безопасности информации.

3. Преимущества, которые приносит компьютерная ИТ. ИТ увеличивают эффективность обработки данных, помогают принять управленцу правильные решения и помогают выстоять в конкурентной борьбе.

4. Виды инструментария технологии.

1.  Ручная ИТ: перо, чернильница, книга.

2.  Механическая ИТ: пишущая машинка, телефон, диктофон.

3.  Электрическая технология: большие ЭВМ, ксероксы.

4.  Электронная технология: ЭВМ, АСУ, информационно-поисковые системы.

Новая ИТ – это системно организованная последовательность операций, выполняемых над операцией с использованием средств и методов автоматизации.

Интегрированная ИТ - это взаимосвязанная совокупность отдельных технологий, объединение технологий.

Автоматизированный банк данных – это совокупность программных и технических средств для централизованного хранения и коллективного использования данных.

Классификация ИТ

1.  По назначению и характеру использования

1.1.  Обеспечивающие ИТ, они могут использоваться как инструменты в различных предметных областях для решения специализированных задач:т ехнологии текстовой обработки, работы с базами данных, мультимедиа технологии и т. д.

1.2.  Функциональные ИТ, они реализуют типовые процедуры обработки информации в определенной предметной области и строятся на основе обеспечивающих ИТ. Пример связи между такими ИТ: обеспечивающая ИТ (текстовый редактор и табличный процессор) применяются для ведения бухгалтерского учета и получается функциональная ИТ (технология бухгалтерского учета). К функциональным ИТ относят офисные технологии, финансовые технологии, ИТ в образовании, промышленности и т. д.

2.  По пользовательскому интерфейсу. Различают пакетные, диалоговые и сетевые ИТ. В случае пакетных ИТ операции по обработке информации производятся в заранее определенной последовательности и не требуют вмешательства пользователя. При этом задания по определенным критериям объединяются в пакет для автоматической обработки. Пользователь не может влиять на ход выполнения задания. Пакетный режим реализуется в электронной почте и при формировании отчетности. Диалоговые ИТ позволяют пользователю взаимодействовать с информационными ресурсами в режиме реального времени, здесь нет жестко закрепленной последовательности операций обработки. Сетевые ИТ используют для работы вычислительные сети.

3.  По способу организации сетевого взаимодействия выделяют ИТ на базе локальных сетей (локальные ИТ), на базе многоуровневых сетей (многоуровневые ИТ), на базе распределенных сетей (распределенные ИТ)

4.  По принципу построения ИТ делятся на функционально-ориентированные ИТ (система состоит из иерархически подчиненных функций) и объектно-ориентированные ИТ (система проектируется в виде совокупности классов).

5.  По степени охвата задач управления различают технологии обработки данных, технологии управления, технологии автоматизации офиса, технологии поддержки принятия решений, технологии экспертных систем.

6.  По участию технических средств в диалоге с пользователем различают информационно-справочные и информационно-советующие ИТ

7.  По способу управления производственной технологией бывают децентрализованные, централизованные, централизованные рассредоточенные и иерархические ИТ.

Состав ИТ

ИТ состоит из технических и программных средств. В технические средства входят электронно-вычислительная техника, средства связи и организационная техника. В программные средства входят операционные системы, программы ввода информации, программные средства поддержки хранения информации, средства защиты информации, средства представления информации, программы создания и обработки графической информации, подготовка текстовых документов, программы обработки числовой информации.

Технические средства ИТ

Платформа – совокупность взаимодействующих между собой аппаратных средств и операционной системы, под управлением которых работают прикладные программы и средства их разработки. Аппаратная платформа – это совокупность совместимых аппаратных решений с ориентированной на них операционной системой (Apple Macintosh, IBM). У IBM используется принцип открытой архитектуры, что удешевляет разработки, у Apple Macintosh – принцип закрытой архитектуры, комплектующие выпускались небольшим числом авторизованных производителей, поэтому ПК были дороже, но с высокой надежностью и удобством работы.

Принцип открытой архитектуры заключается в следующем

Регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями. Компьютер легко расширяется и модернизируется за счет наличия внутренних расширительных гнезд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства. Можно менять конфигурацию, менять устаревшие блоки и узлы, наращивать системные ресурсы.

Фирма IBM сделала ПК не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность его сборки из независимо изготовленных частей.

На основной электронной плате компьютера IBM PC (системной или материнской) размещаются только те блоки, которые осуществляют обработку информации. Схемы, управляющие остальными устройствами ПК – монитором, винчестером, принтером, реализованы на отдельных платах – контроллерах, которые вставляются в слоты (стандартные разъемы на системной плате). К этим электронным схемам подводится электропитание из единого блока питания, а для удобства и надежности все это заключается в общий корпус – системный блок. Контроллер – это специализированный процессор, автоматически управляющий работой или согласующий работу подключенных к нему устройств.

В настоящее время на Западе чаще используют понятие «платформа WINTEL», подразумевая при этом сочетание микропроцессора фирмы Intel с операционной системой Windows. Микропроцессор рассматривается как основа аппаратной платформы, которая определяет архитектуру ПК, т. е. его тип и характеристики. У ПК фирмы Apple Macintosh основной областью функционирования остается работа с графикой, они незаменимы в издательском деле, дизайне полноцветных иллюстраций, аудио и видео обработке. Существует проблема совместимости ПК с разными аппаратными платформами. Эту проблему решают двумя способами:

1.  Аппаратные решения – это специальные платы с дополнительными процессором, ОП и видеопамятью другой аппаратной платформы. Фактически это еще один компьютер со своей ОС, между ними можно переключаться, однако это очень дорогое решение.

2.  Программные решения – специально написанные программы-эмуляторы, позволяющие запускать ПО, разработанное для ПК одного типа, на другом ПК. Эмуляция – это специальная программа, которая точно выполняет на одном ПК программу, написанную в функциях команд другого ПК. Недостатком эмуляторов является медленная работа. Существуют эмуляторы нескольких видов:

2.1.  Эмуляторы-исполнители – запускают программы, записанные для других ОС.

2.2.  Эмуляторы аппаратного обеспечения – воспроизводят настоящий компьютер со всеми его аппаратными и программными возможностями. Пользователь имеет полный контроль над своим виртуальным компьютером.

2.3.  Эмуляторы операционных систем, они воспроизводят ОС, которая несовместима с данной аппаратной платформой.

В современной ВТ основой представления информации являются электрические сигналы, допускающие при использовании напряжений постоянного тока две формы представления - аналоговую и дискретную. При аналоговом представлении информации значения измеряемых величин могут принимать любые допустимые значения из заданного диапазона, плавно, без разрывов переходя от одного значения к другому.

При дискретном представлении информации значения измеряемых величин носят дискретный (конечный) характер в измеряемом диапазоне.

Сравнительный анализ обеих форм представления показывает, что при создании ВТ аналогового типа требуется меньшее число компонент, но сложность ее быстро возрастает за счет необходимости различать большое число состояний сигнала. Аналоговая ВТ более интеллектуальна и производительна, но сложно реализовывать устройства для логической обработки информации, длительного хранения и высокой точности измерений. Для решения задач, связанных с хранением и обработкой больших объемов информации различного характера, с высокой степенью точности используют дискретную форму представления информации. Иными словами существует два основных класса компьютеров:

- цифровые компьютеры, они обрабатывают данные в виде двоичных кодов;

- аналоговые компьютеры, они обрабатывают непрерывно меняющиеся физические величины (электрическое напряжение, время и т. д.), которые являются аналогами вычисляемых величин. В настоящее время большинство компьютеров являются цифровыми.

Системный блок

Системный блок - это основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Внутренними устройствами считаются устройства процессор и внутренняя память. Внутри системного блока находятся:

Системная плата с видеоадаптером, блок питания, накопители на жестких и гибких магнитных дисках, накопитель на компакт-дисках, звуковая плата, платы контроля периферийных устройств, внутренний модем. Посредством специальных кабелей с разъемами к системному блоку подсоединяется монитор, клавиатура, мышь и другие периферийные устройства. Параметры компонентов системного блока и состав установленных в нем контроллеров периферийных устройств определяют производительность персонального компьютера, а также соответствие компьютера решаемым на нем задач.

Материнская (системная) плата

Структурная схема современного ПК

Системная плата ПК содержит основные компоненты: тактовый генератор (ТГ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - микросхема ROM-BIOS, оперативную память (ОП - RAM), кэш-память, микропроцессор (МП) и возможно сопроцессор (МП*), контроллеры передачи данных, контроллеры вв/выв, обеспечивающие связь центрального процессора с периферийными устройствами, порты вв/выв, а также шины управления, адресации и данных, образующие в совокупности общую шину - системный интерфейс (СИ) ПК, слоты (разъемы) для подключения плат расширения.

Главной частью системной платы является МП.

Общая производительность системной платы определяется тактовой частотой, количеством (разрядностью) данных, обрабатываемых в единицу времени центральным процессором, а также разрядностью шины обмена данными между различными устройствами системной платы. Системные платы исполняются на основе наборов микросхем, которые называются чипсетами.

Протокол – это правила и порядок обмена информацией между устройствами ПК и между ЭВМ в сети. Интерфейс - это совокупность линий и шин, управляющих сигналов, электронных схем и протоколов связи, предназначенная для обеспечения обмена информацией между устройствами.

Процессор

В основе ЭВМ лежит процессор, содержащий устройство управления (УУ) и арифметическо-логическое устройство (АЛУ). УУ и АЛУ обращаются к оперативной памяти (ОП). Система сопряжения (СС) предназначена для обеспечения интерфейса между памятью процессора и внешней средой. В качестве внешней среды выступают различные источники и приемники. Процессор функционирует под управлением программы, находящейся в ОП или в постоянном запоминающемся устройстве (ПЗУ). Все основные компоненты ЭВМ объединяются общей шиной (ОШ) или магистралью.

Процессор – это устройство, выполняющее команды Процессоры характеризуются архитектурой, набором выполняемых команд, скоростью их выполнения и длиной машинного слова. Архитектура определяет типы обрабатываемых данных, регистры, стэки, систему адресации и т. д. Набор команд может быть фиксированным или с возможностью микропрограммирования, в этом случае процессор называют микропроцессором. Микропрограммируемые процессоры имеют встроенную память, в которой хранятся микропрограммы, определяющие набор выполняемых команд. Среди фиксированных команд есть команды арифметических и логических операций, передачи управления и перемещения данных между регистрами, стэками, памятью и портами ввода/вывода. Команды процессора обычно обрабатывают слова следующей длины: бит, полубайт, байт, два, четыре или восемь байтов. Существуют векторные процессоры, они позволяют одновременно обрабатывать массивы данных. В современных компьютерах используются микропроцессоры, в разговорном языке под процессором понимается центральный процессор.

Центральный процессор – это главный рабочий процессор компьютера или вычислительной системы. Он выполняет основные функции по обработке данных и управлению работой всей системы узлов ПК и программой, которая описывает алгоритм решаемой задачи. ЦП и МП имеют сложную структуру, реализованную в виде системы электронных логических схем. Математический сопроцессор служит для ускорения операций над числами с плавающей точкой, кэш-память – для быстрой выборки данных из ОП. Основная характеристика для процессоров – тактовая частота. Внутренняя кэш-память разделена на кэш-команд и кэш-данных. Есть система предсказания переходов путем опережающего просмотра программы, что позволяет в случае верного предсказания выполнить переход за один такт. Математический сопроцессор имеет мультимедийные расширения – дополнительные возможности, ориентированные на обработку цифрового изображения и звук. В многомашинном вычислительном комплексе или в компьютерной сети ЦП называют главную ЭВМ, которая кроме выполнения основной обработки информации управляет работой других ЭВМ.

Итак, в качестве основных компонент МП можно выделить: арифметическо-логическое устройство (АЛУ), устройство управления (УУ), кэш-память, систему прерывания (СПр), устройство управления общей шиной (УОШ) – системным интерфейсом и специальные регистры. УУ служит для управления работой всех узлов МП. УУ вырабатывает и передает другим компонентам МП и узлам ПК управляющие и синхронизирующие сигналы. Система синхронизации ПК базируется на кварцевом тактовом генераторе (ТГ). При включении ПК кварцевый генератор, имеющий строго определенные размеры, начинает вибрировать с постоянной частотой, достигающей до 3000Мгц и более. Каждое колебание ТГ генерирует импульс напряжения. Эти регулярно повторяющиеся импульсы совместно с другими сигналами управляющих схем задают темп работы всех компонент системной платы и обеспечивают синхронное срабатывание различных ее электронных элементов. Для передачи синхро и управляющих сигналов служит специальная шина управления (ШУ). Итак, блок УУ вырабатывает последовательность управляющих сигналов, запускающих выполнение соответствующей последовательности микрокоманд (МК). Эти микрокоманды реализуют текущую команду. Кроме этого УУ координирует работу всех устройств ЭВМ, посредством посылки управляющих сигналов, при этом обеспечивается обмен данными между ЦП и ОП, хранение и обработка информации, интерфейс с пользователем, тестирование, диагностика и т. д. Поэтому УУ можно рассматривать как отдельный блок ЦП. Однако на практике большинство управляющих схем распределены по всей ЭВМ. Они связаны между собой большим числом управляющих линий, по которым передаются сигналы для синхронизации операций во всех устройствах ЭВМ и принимаются сигналы о состоянии устройств ЭВМ.

АЛУ предназначено для выполнения арифметических и логических операций над данными и адресами памяти, которые хранятся в регистрах общего назначения (РОНах) и специальных регистрах. Регистры представляют собой сверх оперативную память, работающую со скоростью работы процессора. Вся обрабатываемая и передаваемая информация передается по шине данных (ШД). Эта шина связывает все основные узлы системной платы, кроме ТГ. АЛУ работает под управлением УУ. АЛУ выполняет арифметические операции над бинарными числами с фиксированной и плавающей точкой, над десятичными числами, производит обработку символьной информации над словами фиксированной и переменной длины и др. Логические операции производятся над отдельными битами, байтами и их последовательностями. Тип выполняемой АЛУ операции определяется текущей командой, работающей в данный момент программы. АЛУ служит для выполнения любой операции, которую задает УУ. В общем случае обрабатываемая информация состоит из слов, содержащих фиксированное число битов (например, 8, 16, 32, 64, 128 бит). В этом случае АЛУ должно иметь возможность производить операции над n – битными словами. Данные, которые в этом случае называются операнды, поступают из ОП на регистры АЛУ, а УУ указывает операции, которую надо произвести над операндами. Результат каждой арифметическо-логической операции сохраняется в специальном регистре, который называется сумматором и является основным регистром для арифметическо-логических операций. ЭВМ имеет несколько сумматоров. Если сумматоров больше четырех, они выделяются в специальную группу регистров общего назначения (РОНов).

Кэш-память или сверхоперативная память – это очень быстрое запоминающее устройство, которое используется при обмене данными между процессором и ОП для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и менее быстродействующей ОП.

Кэш-памятью управляет специальное устройство – контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны «попадания» и «промахи». Если в кэш-память подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если требуемая информация в КЭШе отсутствует, то процессор считывает ее непосредственно из ОП. Соотношение попаданий и промахов определяет эффективность кэширования. Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоемких, чем DRAM (SDRAM). Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня. Кроме этого, на системной плате может быть установлен кэш второго уровня.

Система прерываний. Система прерываний позволяет прерывать работу МП практически в любой момент времени для немедленной обработки некоторого поступившего в данный момент запроса, или постановки его в очередь прерываний. В основе системы прерываний лежит специальный регистр (регистр состояний) который описывает состояние МП, т. е. запоминает состояние процессора в момент прихода прерывания. После обработки прерывания СПр обеспечивает восстановление прерванного процесса обработки с точки, непосредственно следующей за точкой прерывания.

Конструктивно процессор состоит из ячеек, данные в ячейках могут храниться и изменяться. Внутренние ячейки процессора называются регистрами. Данные, попавшие в некоторые регистры не как данные, а как команды, управляют обработкой данных в других регистрах. С остальными устройствами, в первую очередь с ОП, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три - шина данных, адресная шина и командная шина.

Во всех PC-совместимых компьютерах используются процессоры, поддерживающие семейство микросхем Intel, но выпускаются и проектируются они не только самой Intel, но и компаниями AMD, Cyrix, IDT и Rise Technologies.

ШИНЫ

Шина – это устройство, которое служит для передачи данных и управляющих сигналов между компонентами компьютера. Шина состоит из линий электрических соединений. По каждой линии шины обычно передается один двоичный разряд информационного слова, которое является элементом данных или адресом. Шина имеет число линий, равное количеству бит в машинном слове плюс максимальное число двоичных разрядов адреса плюс оптимальное количество линий для передачи управляющих сигналов. Существует способ организации ЭВМ, при котором все компоненты ЭВМ подключаются к единой шине. Это шинная архитектура компьютера. В ПК применяют шины высокой пропускной способности.

Адресная шина У процессоров Intel Pentium (они очень распространены) адресная шина имеет 32 разряда, то есть состоит из 32 параллельных линий. В зависимости от того, есть напряжение на какой-то линии или нет, говорят, что на этой линии выставлена 1 или 0. Комбинация из 32 нулей и единиц образует 32-разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек ОП. К ней и подключается процессор для копирования данных в один из своих регистров.

Шина данных По этой шине происходит копирование данных из ОП в регистры процессора и обратно. В компьютерах, собранных на базе процессоров Intel Pentium шина данных имеет 64 и 128 разрядов, т. е. состоит из 64 или 128 линий, по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 или 16 байт.

Шина команд Чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды. Он должен знать, что делать с теми байтами, которые хранятся в его регистрах. Эти команды поступают в процессор тоже из ОП, из тех областей, где хранятся программы. Команды тоже представлены в виде байтов. Простая команда укладывается в 1 байт, но бывают команды из 2-х, 3-х и более байтов. Обычно шина команд имеет 32 разряда. (Intel Pentium), но бывают 64-разрядные и 128-разрядные шины.

Рассмотренные три типа шин образуют общую или системную шину компьютера. Существуют в ПК и локальные шины.

Локальная шина – это специальная дополнительная шина с высокой пропускной способностью. Она связывает ЦП с некоторыми компонентами ПК. Например, в ПК через локальную шину можно подключать видеоадаптер, контроллер жесткого диска, в качестве примера можно привести шины VLB – для подключения высокоскоростных видеоплат), PCI-Express, AGP, USB.

Система команд процессора. В ходе работы процессор обслуживает данные, находящиеся в его регистрах, в поле ОП, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора. Совокупность всех возможных команд, которые может выполнить процессор над данными, образует систему команд процессора. Процессоры, относящиеся к одному семейству, имеют одинаковые или близкие системы команд. Процессоры, относящиеся к разным семействам, имеют разные системы команд и невзаимозаменяемые. Группы процессоров, имеющие ограниченную совместимость, рассматривают как семейства процессоров. Например, все процессоры семейства Intel Pentium относятся к семейству х86.

Основные параметры процессоров

1. Рабочее напряжение - менее 3В

2. Разрядность процессора - разрядность процессора определяется разрядностью командной шины, у процессоров Intel Pentium 32 разряда.

3. Рабочая тактовая частота - в основе работы процессора лежит тактовый принцип: исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. Чем выше частота тактов, тем выше производительность процессора. У некоторых процессоров рабочие частоты выше 500 млн тактов в секунду (до 3000 и более Мг).

4. Коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты - от 3-5 и более.

5. Размер кэш-памяти. Кэш-память - это буферная область с малым временем доступа, для временного хранения промежуточных результатов и содержимого часто используемых ячеек ОП (около 256 Кб).

Сопроцессор – специализированный процессор, который дополняет функциональные возможности ЦП. Сопроцессор расширяет набор команд, которыми пользуется программист. Когда ЦП получает команду, которая не входит в его рабочий набор, он передает управление сопроцессору, в котором есть эта команда. В вычислительной системе может быть несколько сопроцессоров.

Команда

Команда – это описание элементарной операции, которую должен выполнить компьютер. Команда обычно содержит следующую информацию: код выполняемой команды, указания по определению операндов или их адресов (операндами называются данные), указания по размещению получаемого результата. В зависимости от количества операндов команды бывают: одноадресные, двухадресные, трехадресные и переменно-адресные. Команды хранятся в ячейках памяти в двоичных кодах. В настоящее время длина команд в основном переменная, способы указания адресов различны. В адресной части команды может быть указан: сам операнд (число или символ), адрес операнда, адрес адреса операнда (номер байта, начиная с которого расположен адрес операнда) и др.

Выполнение команды

Счетчик команд

УУ

Регистр команд

Регистры операндов

АЛУ

Сумматоры (РОНы)

Процесс выполнения команды следующий:

адрес ячейки памяти хранится в счетчике команд, в соответствие с этим адресом из ячейки памяти выбирается очередная команда, при этом содержимое счетчика команд увеличивается на длину команды;

выбранная команда передается в устройство управления на регистр команд;

устройство управления расшифровывает адресное поле команды;

по сигналам устройства управления операнды считываются из памяти и записываются в АЛУ на специальные регистры операндов;

УУ расшифровывает код операции и выдает в АЛУ сигнал выполнить нужную операцию над данными;

Результат операции остается в процессоре или отправляется в память, если в команде был указан адрес результата;

Все предыдущие действия повторяются до команды Останов.

ТИПЫ ПАМЯТИ

Под памятью ЭВМ понимают устройства, служащие для запоминания, хранения и представления информации. Основными характеристиками памяти являются объем памяти и время доступа (запись/чтение) в микро - и наносекундах (мкс и нс). Под шириной доступа понимается объем считанной или записанной информации. Этот объем может составлять один байт, машинное слово или группу байтов. Именно время и ширина доступа определяют производительность операций с памятью ЭВМ, Память ЭВМ имеет многоуровневую организацию. Внешняя память была рассмотрена ранее.

ПЗУ - микросхема, предназначенная для длительного хранения, она выполняется на быстродействующих БИС. Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирование устройств. Важнейшая микросхема постоянной памяти или Flash-памяти – BIOS. Роль BIOS двоякая: с одной стороны это неотъемлемая часть аппаратуры, с другой – важный элемент операционной системы.

BIOS – базовая система ввода/вывода – совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера и загрузки операционной системы в ОП. Разновидностью ПЗУ является CMOS RAM. CMOS RAM - это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера и режимах его работы.

Внутренняя память - это набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен. В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и специальная память. ПЗУ в разных источник может относится ко внутренней памяти или о ней говорят отдельно. Оперативная память – память с произвольным доступом, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, которые эти программы обрабатывают. Доступ к элементам ОП прямой, т. е каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес. В момент выключения компьютера данные из ОЗУ теряются. Объем ОЗУ увеличивается кратно 256 байт. Для ОЗУ обычно используются микросхемы SDRAM, они устанавливаются в корпуса и собираются в модули памяти. Модули в основном типа DIMM, RIMM, DDR DRAM.

Кэш-память представляет собой реализацию одного из принципов буферизации внутренней памяти ЭВМ, когда между ЦП и ОП используются более быстрые, чем ОП запоминающие устройства (рассматривалась ранее).

К устройствам специальной памяти относится постоянная память Rom, перепрограммируемая постоянная память Flash Memory, память CMOS RAM и др.

ОП служит для хранения информации, непосредственно обеспечивающий текущий вычислительный процесс в АЛУ и УУ процессора. Из ОП в ЦП поступают команды и операнды, а из ЦП в ОП записываются промежуточные и конечные результаты обработки.

Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов – битов, которые объединены в байты. Все байты пронумерованы, номер байта называется его адресом. Байты объединяются в ячейки, которые называются словами. Компьютер может иметь разную длину слова – два, четыре или восемь байт. Обычно в одном машинном слове записано число или команда.

Структурная организация ОП

ОП является памятью с произвольным доступом, т. е. позволяет адресоваться непосредственно к любой ячейке памяти. Способ организации ОП зависит от методов размещения и поисков информации в ней. По данным принципам различают адресную, ассоциативную и стэковую память.

Адресная память: размещение и поиск информации в ней основаны на адресном принципе. Адресом слова является номер содержащей его ячейки. Команда должна указывать номер ячейки ОП прямо или косвенно через адресные регистры.

Ассоциативная память обеспечивает поиск информации по ее содержанию, поиск происходит параллельно во времени для всех ячеек ОП.

Стэковая память - это тоже безадресная память, ее можно представить в виде одномерного массива ячеек. Запись нового слова в ОП производится в ее верхнюю ячейку с номером 0, при этом все ранее записанные слова (включая нулевую ячейку) сдвигаются на ячейку вниз, т. е. получают адреса на 1 больше прежних. Считывание информации производится только из нулевой ячейки, если считывание происходит с удалением слова, то остальные слова сдвигаются на одну ячейку вверх.

Внешние устройства

По назначению периферийные устройства можно разделить на устройства ввода данных, устройства вывода данных, устройства хранения данных и устройства обмена данными (средства связи и телекоммуникаций). Периферийные устройства ПК подключаются к его интерфейсам. Подсоединение периферийных устройств к компьютеру производится через устройства сопряжения (адаптеры), на которых реализованы стандартные или специальные интерфейсы. Обычно адаптеры выполняются в виде отдельных плат ввода/вывода, вставляемых в разъемы расширения на системной плате. Интерфейс определяет тип и вид соединителя (вилка или розетка), протоколы обмена, уровни и длительности электрических сигналов. Последовательный и параллельный интерфейсы называют также портами ввода/вывода. Последовательные порты используются для подключения мыши, удаленного принтера, внешнего модема, плоттера и т. п. Параллельные порты используются для подключения принтера, сканера, плоттера.

1. Устройства хранения данных или внешняя память ЭВМ

Первая группа внешних устройств обеспечивает расширение возможностей ЭВМ по обработке информации. Она представляет в распоряжение пользователя устройства для длительного хранения больших объемов информации, доступ к которым может быть достаточно быстрым. Необходимость во внешних устройствах хранения данных возникает, когда нужно обрабатывать больше данных, чем можно разместить на базовом жестком диске, или, когда данные имеют повышенную ценность и нужно хранить резервные копии.