A számítástechnika az emberi társadalom szükségleteinek megfelelően alakult ki és fejlődött, először a kereskedelemben, majd a vallási és tudományos tevékenységekben. Saját fejlődési útjukat járták be a legegyszerűbb számlálóeszközöktől (azonos típusú objektumok halomától) korunk legbonyolultabb számítógépes rendszereiig. Előrehaladásuk fő motiváló tényezője ugyanakkor a számítási munka elvégzésének és a numerikus információk feldolgozásának egyre növekvő igénye volt. Csak a történelmileg közelmúltban (30-40 évvel ezelőtt) kezdték el használni a számítástechnikát a szöveges információk feldolgozásának problémáinak megoldására, és ezt követően a megjelenítés más formáinak (videó és hang) információinak megoldására. Ez a számítástechnika széles körű alkalmazásához vezetett az emberi tevékenység legkülönbözőbb területein.
A számítógépes berendezéseknek különböző osztályozása van:
fejlődési szakaszok szerint (nemzedékek szerint);
üzemeltetési feltételek;
termelékenység;
fogyasztói tulajdonságok.
Osztályozás szerint fejlődési szakaszok(generációnként) tükrözi a számítástechnika fejlődését a tekintetben elem alapés a számítógép architektúrája:
az első generáció (1950-es évek) - elektronikus vákuumcsöveken alapuló számítógépek;
második generáció (1960-as évek) - számítógépek diszkréten félvezető eszközök(tranzisztorok);
harmadik generáció (1970-es évek) - félvezető integrált áramkörökre épülő számítógépek alacsony és közepes fokú integrációval (több száztól több ezer tranzisztorig egy konstrukcióban);
negyedik generáció (1980-as évek) - nagy és ultranagy integrált áramkörökön alapuló számítógépek (tízezertől több millió tranzisztorig egy kialakításban);
ötödik generáció (1990-es évek) - számítógépek több tucat mikroprocesszorral, amelyek párhuzamosan vagy szuper-komplex mikroprocesszorokon működnek párhuzamos vektorszerkezettel, és egyidejűleg több tucat szekvenciális utasítást hajtanak végre;
a hatodik és az azt követő generációk masszív párhuzamossággal és neurális struktúrával rendelkező optoelektronikai számítógépek (nagyszámú egyszerű mikroprocesszorból álló elosztott hálózat, amely a neurális biológiai rendszerek architektúráját szimulálja).
Által üzemeltetési feltételek A számítógépeket két típusra osztják:
egyetemes;
különleges.
Az univerzális megoldások széles körű feladatok megoldására szolgálnak normál üzemi körülmények között.
A speciális számítógépek egy szűkebb problémacsoport, vagy akár egy több megoldást igénylő probléma megoldására szolgálnak, és speciális működési körülmények között működnek. A speciális számítógépek gépi erőforrásai gyakran korlátozottak. Szűk orientációjuk azonban lehetővé teszi egy adott problémaosztály leghatékonyabb megvalósítását. Speciális számítógépes vezérlés technológiai berendezések, műtőben vagy mentőautóban, rakétán, repülőgépen és helikopteren, nagyfeszültségű távvezetékek közelében vagy radar, rádióadók környékén, fűtetlen helyiségekben, víz alatti mélységben, poros, koszos körülmények között, rezgések, robbanásveszélyes gázok stb. P.
Által teljesítmény és használati minták A számítógépek a következőkre oszthatók:
mikroszámítógépeken;
mini számítógépek;
nagyszámítógépek (általános célú számítógépek);
szuperszámítógépek.
Osztályban mikroszámítógépek mikrokontrollerek és személyi számítógépek kiosztása.
mikrokontroller egy mikroprocesszor alapú speciális eszköz, amely egy vezérlőrendszerbe vagy gyártósorba van beépítve.
Személyi számítógépek olyan számítástechnikai rendszerek, amelyek minden erőforrása teljes mértékben egy munkahely működésének biztosítására irányul. Ez a számítástechnika legszámosabb osztálya, amely magában foglalja az IBM PC-vel kompatibilis személyi számítógépeket, valamint az Apple Macintosh személyi számítógépeit. A modern információs technológiák intenzív fejlődése éppen az 1980-as évek eleje óta tapasztalható széles körű elterjedéshez kapcsolódik. személyi számítógépek, ötvözve a viszonylagos olcsóságot a nem professzionális felhasználók számára elég széles lehetőségekkel.
mini számítógépekÉs szupermini számítógépek olyan gépeket neveznek, amelyek szerkezetileg egy állványban készülnek, azaz körülbelül fél köbméter térfogatot foglalnak el. Ezek a számítógépek történelmileg megelőzték a mikroszámítógépeket, műszaki és működési jellemzőiket tekintve rosszabbak a modern mikroszámítógépeknél, és jelenleg nem gyártják őket.
Mainframe-ek(főkeret), amelyet néha vállalati számítógépeknek is neveznek, olyan számítástechnikai rendszerek, amelyek biztosítják több dolgozó közös tevékenységét ugyanazon a szervezeten belül, egy projektben, egy területen. információs tevékenység amikor ugyanazokat az információkat és számítási erőforrásokat használjuk. Ezek többfelhasználós számítástechnikai rendszerek, amelyek nagy számítási teljesítménnyel és jelentős információs erőforrásokkal rendelkező központi egységgel rendelkeznek, amelyhez csatlakozik. nagyszámú munkaállomások minimális felszereléssel (videoterminál, billentyűzet, helymeghatározó eszköz, például "egér" és esetleg nyomtatóeszköz).
A személyi számítógépek elvileg a vállalati számítógép központi egységéhez kapcsolódó munkaállomásként is használhatók. A vállalati számítógépek alkalmazási területe az információs technológiák bevezetése a nagy pénzügyi és ipari szervezetek irányítási tevékenységéhez, különféle információs rendszerek szervezése, amelyek egyazon funkción belül nagyszámú felhasználót szolgálnak ki (tőzsdei és banki rendszerek, jegyek foglalása és értékesítése lakossági közlekedési szolgáltatások biztosítása stb.). P.).
Szuperszámítógépek olyan számítástechnikai rendszerek, amelyek korlátozzák a számítási teljesítményt és az információs erőforrásokat. A fő jellemző itt a teljesítmény volt és az, amelyre mindig a végtelenségig szükség van a különösen erős és felelősségteljes alkalmazásokban. Ezek nagyon nagy teljesítményű számítógépek több mint 100 MFLOPS (másodpercenkénti millió lebegőpontos művelet) teljesítménnyel.
A szuperszámítógép-gyártók harca a Top 500-as besorolásban (az 500 legproduktívabb számítógép rendezett listája, évente kétszer összeállítva) az első helyért, vagyis az abszolút teljesítményrekordért folyik. Az elért teljesítmény már régen átlépte a másodpercenkénti milliárd műveletet -- gigaflop számítógépek. Olyan számítógépeket fejlesztenek és hoznak létre, amelyek már több billió (!) műveletet hajtanak végre másodpercenként, -- teraflop számítógépek.
A szuperszámítógépek területe a meteorológia, az elemi részecskefizika, a nukleáris robbanások modellezése (teljes körű kísérleti tilalom mellett), a hadműveleti helyszínről származó adatok gyűjtése és feldolgozása. Az előttünk álló kihívás a fehérje hajtogatása. Ez a fehérjemolekulák legvalószínűbb konfigurációinak számítása. Például egy 150 aminosavból álló négy egységből álló hemoglobin molekulának legalább 10 150 állapota lehet. Nyilvánvaló, hogy az irodai tevékenységek mértéke nem jelenti az ebbe az osztályba tartozó számítógépek használatát.
Az elektronikus számítógépeket általában számos kritérium szerint osztályozzák, különösen: funkcionalitás valamint a megoldandó feladatok jellege, a számítási folyamat megszervezésének módja, az építészeti jellemzők és a számítási teljesítmény.
A megoldandó feladatok funkcionalitása és jellege szerint a következők:
Univerzális ( Általános rendeltetésű) számítógép;
Problémaorientált számítógépek;
speciális számítógépek.
Mainframe-ek Különféle mérnöki és műszaki problémák megoldására szolgálnak, amelyeket az algoritmusok összetettsége és a feldolgozott adatok nagy mennyisége jellemez.
Problémaorientált számítógépek kis mennyiségű adat nyilvántartásával, felhalmozásával és feldolgozásával kapcsolatos feladatok szűkebb körének megoldására készült.
Speciális számítógépek feladatok szűk körének megoldására szolgálnak (mikroprocesszorok és vezérlők, amelyek a műszaki eszközök vezérlésének funkcióit látják el).
A számítási folyamat szervezésének módszere szerint A számítógépeket egyprocesszoros és többprocesszoros, valamint soros és párhuzamos számítógépekre osztják.
Egyprocesszoros. A számítógép egy központi processzorral rendelkezik, és minden számítási művelet, valamint a bemeneti-kimeneti eszközök vezérlésére szolgáló művelet ezen a processzoron történik.
Többprocesszoros. A számítógép több processzorral rendelkezik, amelyek között a számítási folyamat szervezésének és az információbeviteli-kimeneti eszközök vezérlésének funkciói újra megoszlanak.
Egymás utáni. Egyprogramos üzemmódban működnek, amikor a számítógépet úgy tervezték, hogy csak egy programot tudjon végrehajtani, és minden erőforrását csak a végrehajtható program érdekében használják fel.
Párhuzamos. Többprogramos üzemmódban működnek, amikor több felhasználói program fut a számítógépen, és ezek a programok megosztják az erőforrásokat, biztosítva a párhuzamos végrehajtást.
Az építészeti jellemzők és a számítási teljesítmény szerint a következők:
Tekintsük a számítógépek osztályozási sémáját e tulajdonság szerint (1. ábra).
1. ábra. A számítógépek osztályozása építészeti jellemzők szerint
és a számítási teljesítmény.
Szuperszámítógépek- Sebesség és teljesítmény szempontjából ezek a legerősebb számítógépek. A szuperszámítógépek közé tartozik a "Cray" és az "IBM SP2" (USA). Használják nagyszabású számítási problémák és szimulációk megoldására, komplex számításokhoz aerodinamikai, meteorológiai, nagyenergiájú fizikában, valamint a pénzügyi szektorban is alkalmazhatók.
Nagy gépek vagy nagyszámítógépek (Mainframe). A nagyszámítógépeket a pénzügyi szektorban, a védelmi iparban használják, valamint osztályok, területi és regionális számítástechnikai központok felszerelésére szolgálnak.
Közepes számítógépekáltalános célú komplex technológiai gyártási folyamatok vezérlésére szolgálnak.
miniszámítógép vezérlő számítástechnikai komplexumként, hálózati szerverként való használatra irányulnak.
Mikroszámítógép olyan számítógépek, amelyek központi egységként mikroprocesszort használnak. Ide tartoznak a beágyazott mikroszámítógépek (különféle berendezésekbe, készülékekbe vagy eszközökbe ágyazva) és a személyi számítógépek.
Személyi számítógépek. Az elmúlt 20 évben elért gyors fejlődés. A személyi számítógépet (PC) egyetlen munkahely kiszolgálására tervezték, és képes kielégíteni a kisvállalkozások és magánszemélyek igényeit. Az Internet megjelenésével jelentősen megnőtt a PC népszerűsége, mert segítségével személyi számítógép Használhat tudományos, referencia, oktatási és szórakoztató információkat.
A személyi számítógépek közé tartoznak az asztali és laptop számítógépek. A hordozható számítógépek közé tartozik a Notebook (notebook vagy Jegyzetfüzet) és zsebbeli személyi számítógépek (Personal Computers Handheld – Handheld PC, Personal Digital Assistant – PDA és Palmtop).
Beágyazott számítógépek.-ben használt számítógépek különféle eszközök ah, rendszerek, komplexek meghatározott funkciók megvalósítására. Például autódiagnosztika.
1999 óta egy nemzetközi tanúsítási szabványt, az RS99 specifikációt használják a PC-k osztályozására. E specifikáció szerint a PC-ket a következő csoportokba osztják:
Tömegszámítógépek (fogyasztói számítógépek);
Üzleti PC-k (irodai PC-k);
hordozható PC-k (Mobile PC);
munkaállomások (WorkStation);
Szórakoztató PC-k (Szórakoztató PC).
A legtöbb PC az tömegesés tartalmazzon egy szabványos (minimálisan szükséges) hardvert. Ez a készlet a következőket tartalmazza: rendszer egysége, kijelző, billentyűzet, egér. Szükség esetén ez a készlet a felhasználó kérésére könnyen kiegészíthető más eszközökkel, például nyomtatóval.
Üzleti PC-k tartalmaznak egy minimális eszközt a grafika és a hang reprodukálásához.
Hordozható PC-k különböznek a távoli hozzáférés kommunikációs eszközeinek meglétében.
Munkaállomások megfelel a tárolóeszközök megnövekedett memóriaigényének.
Szórakoztató PC-k a grafika és a hang kiváló minőségű reprodukálására összpontosít.
Tervezési jellemzők szerint A PC-k a következőkre oszthatók:
helyhez kötött (asztali, Asztali);
hordozható:
Hordozható (laptop);
Jegyzettömbök (Notebook);
zseb (Palmtop).
Összetett számítástechnikai rendszer. A számítógépes rendszer összetétele Tekintsük a hardver és szoftver konfigurációt m. Bármely számítógépes rendszer interfészei feloszthatók soros és párhuzamos rendszerekre. Átmeneti rendszerszint, amely más programok interakcióját biztosítja számítógépes rendszer mind alap szintű programokkal, mind közvetlenül hardverrel, különösen azzal központi feldolgozó egység.
Ha ez a munka nem felel meg Önnek, az oldal alján található a hasonló művek listája. Használhatja a kereső gombot is
Az első számlálóeszközök mechanikus eszközök voltak. 1642-ben francia szerelő Blaise Pascal kompakt összegző készüléket fejlesztett ki mechanikus számológép.
1673-ban német matematikus és filozófus Leibniz hozzáadásával javítottszorzási és osztási műveletek. A 18. század során egyre fejlettebb, de még mindig mechanikus számítástechnikai eszközöket fejlesztettek ki, amelyek fogaskeréken, fogaslécen, emelőkaron és egyéb mechanizmusokon alapultak.
A számítási műveletek programozásának ötlete innen származikóránkénti ipar. Az ilyen programozás merev volt: ugyanazt a műveletet egyszerre hajtották végre (példa a gép működésére a fénymásolón).
A rugalmasság ötlete programozásszámítási műveleteket fejezte ki egy angol matematikusCharles Babbage 1836-1848-ban Elemző motorjának jellemzője az információ felosztásának elve voltparancsokat és adatokat. A projektet azonban nem valósították meg.
Babbage gépén való számítástechnikai programok, Byron költő lánya által összeállított Ada Lovelace (1815-1852) nagyon hasonlítanak az első számítógépekre később összeállított programokhoz. Ezt a csodálatos nőt nevezték ela világ első programozója.
Regisztrációs módból való váltáskor rendelkezések mechanikus eszköz üzemmódba kapcsol bejegyzés elektronikus eszközelemek állapotaia decimális rendszer lettkényelmetlen, mert az elemek állapota csak kettő : be-és kikapcsolása.
Bármilyen bemutatási lehetőségszámok bináris formábanLeibniz fogalmazta meg először 1666-ban.
A logikai állítások matematikai kifejezésekbe való kódolásának ötlete:
első felében George Boole (1815-1864) angol matematikus valósította meg XIX század.
Az általa kidolgozott logikai Boole-algebra azonban csak a következő évszázadban talált alkalmazásra, amikor is matematikai apparátusra volt szükség a kettes számrendszert használó számítógépes áramkörök tervezéséhez. "Összekapcsolt" matematikai logika a bináris rendszerrel és elektromos áramkörök Claude Shannon amerikai tudós híres disszertációjában (1936).
A logikai algebrában a számítógépek létrehozásakor ezeket használják Főleg 4 művelet:
1936-ban A. Turing angol matematikus és tőle függetlenül E. Post terjesztette elő és fejlesztette ki a koncepciót.absztrakt számítógép. Bebizonyították annak alapvető lehetőségét, hogy bármilyen probléma automatával megoldható, feltéve, hogy az algoritmizálható.
1946-ban John von Neumann, Goldstein és Burks (Princeton Institute for Advanced Study) részletes leírást tartalmazó jelentést állított össze.A digitális számítógépek építésének alapelveiamelyek ma is használatban vannak.
|
évek |
1955 60 |
196065 |
1965 70 |
1970 90 |
1990-től |
|
Alapvető |
Elektronikus |
Tranzisztor |
IP |
Nagy |
Nagy |
|
Számítógépes példa |
IBM 701 |
IBM 360-40 |
IBM 370- |
IBM 370-168 |
IBM Server |
|
Gyors- |
8 000 |
246 000 |
1 230 000 |
7 700 000 |
9*10 9 |
|
RAM kapacitás, |
20 480 |
256 000 |
512 000 |
8 200 000 |
256*10 9 |
|
jegyzet |
Shannon, |
Nyelvek |
minicom- |
PC, |
Mesterséges- |
A számítástechnikai rendszerek rohamos fejlődése a 20. század 60-as éveiben kezdődött, amikor elutasították aelektronikus csövekés a fejlesztés félvezető,és akkor lézer technológia.
Hatékonyság A számítógépek (számítógépek) jelentősen megnövekedtek a 20. század 70-es éveiben a processzorok fejlesztésével, amelyek a 20.integrált áramkörök.
A 80-as években minőségi ugrás következett be a számítógépek fejlődésében XX században a találmánnyal személyi számítógép és a világ fejlődése információs hálózat - az internet.
A rendkívül összetett számítási problémák megoldására (összetett jelenségek modellezése, szupernagy mennyiségű információ feldolgozása, előrejelzések készítése stb.) létrehozott szuperszámítógépek - számítási központok.
Szerverek (az angol szolgálni, kezelni szóból) - számítógépek, amelyek helyi ill globális hálózat, nagyvállalatok, bankok, oktatási intézmények információs szolgáltatásaira és számítógépeinek karbantartására szakosodott.
A gyártásban és a háztartási gépekben elterjedtek a beágyazott számítógépek (mikroprocesszorok), ahol a vezérlés korlátozott számú parancssor végrehajtására redukálható (robotok szállítószalagon, fedélzeten, háztartási gépekbe integrálva stb.)
személyi számítógépek ( PC ) egy személy munkájára készültek, ezért mindenhol használják. Születésüket 1981. augusztus 12-én tartják, amikor az IBM bemutatta első modelljét. A PC számítógépes forradalmat okozott emberek millióinak életében, és óriási hatással volt az emberi társadalom fejlődésére.
PC tömeges, üzleti, hordozható, szórakoztató és munkaállomásokra oszthatók.
PC szabványok:
A legtöbb PC masszív.
Üzleti Iroda) PC professzionális programokat tartalmaznak, de minimalizálják a grafikus eszközökkel és a hangvisszaadási eszközökkel szemben támasztott követelményeket.
A szórakozásban PC alapok széles körben elérhetők multimédia.
A munkaállomások megnövelték az adattárolási követelményeket.
A hordozható eszközök esetében kötelező a számítógépes hálózathoz való hozzáférés.
Vegye figyelembe a hardver és szoftver konfigurációt, mivel gyakran ugyanazon feladatok megoldását hardver és szoftver egyaránt biztosíthatja. A kritérium minden esetben a munka hatékonysága.
Úgy gondolják, hogy a munka hatékonyságának növelése a hardverfejlesztés miatt átlagosan drágábbnak bizonyul, de a megoldások szoftveres megvalósítása magasan képzett munkaerőt igényel.
a hardverhez számítástechnikai rendszerek közé tartoznakeszközök és eszközök(blokk-moduláris felépítéssel).
Az eszközök központi egységhez viszonyított elhelyezésének módja szerint megkülönböztetünk belső és külső eszközöket. Külső - ezek I / O eszközök (perifériák) és további eszközök, amelyeket hosszú távú adattárolásra terveztek.
Az egyes blokkok és csomópontok közötti koordináció átmeneti hardver-logikai eszközök - a jóváhagyott szabványoknak megfelelően működő hardver interfészek - segítségével történik.
Bármely számítógépes rendszer interfészei feltételesen feloszthatóksoros és párhuzamos.
A párhuzamos interfészek bonyolultabbak, szinkronizálást igényelnek az adó és a vevő között, de nagyobb a teljesítményük, ami mérhetőbájt másodpercenként(byte/s, Kbytes/s, Mbyte/s). Nyomtató csatlakoztatásakor használják (most ritkán).
Szekvenciális - könnyebb és lassabb, hívják őketaszinkron interfészek. A csomagok szinkronizálásának hiánya miatt a hasznos adatokat szolgáltatási adatcsomagok előzik meg és egészítik ki (1-3 szolgáltatásbit 1 bájtonként), a teljesítmény mérése történik.bit per másodperc(bps, kbps, Mbps).
Egér, billentyűzet, flash memória, érzékelők, hangrögzítők, videokamerák, kommunikációs eszközök, nyomtatók stb. bemeneti, kimeneti és tárolóeszközeinek csatlakoztatására szolgálnak.
Szabványok hardveres interfészeken a VT-ben hívják protokollok. A protokoll olyan technikai feltételek összessége, amelyeket a számítástechnikai fejlesztőknek biztosítaniuk kell az eszközök működésének sikeres összehangolásához.
A szoftver (szoftver) vagy szoftverkonfiguráció programok (rendezett parancssorozatok). A programok között van kapcsolat: egyesek mások (alacsonyabb szintű) alapján működnek, vagyis programközi felületről kellene beszélnünk.
Ha az alaplétesítmények paramétereit működés közben módosítani kell, akkor jelentkezzenújraprogramozható Törölhető és programozható csak olvasható memória (EPROM) ). A PROM megvalósítása "nem felejtő memória" chip segítségével, ill CMOS , amely a számítógép indításakor is működik.
Rész rendszer támogatás magába foglalja:
A rendszerszintű programok formák halmazaoperációs rendszer kernel PC.
Ha a számítógép rendszerszintű szoftverrel van felszerelve, akkor az már elő van készítve:
kötelező és általában elegendő feltétel biztosítása munka személy a számítógépen.
A segédprogramok fejlesztésének és üzemeltetésének két alternatív iránya van: az operációs rendszerrel való integráció és az önálló működés.
A második esetben több lehetőséget biztosítanak a felhasználónak a hardverrel és szoftverrel való interakció személyre szabására.
Alkalmazási szoftverek elérhetősége és széles körű funkcionalitás PC közvetlenül függ a használt operációs rendszertől, vagyis attól, hogy a kernel milyen rendszereszközöket tartalmaz, és ezáltal hogyan biztosít interakciót: egy személy programoz berendezéseket.
A legegyszerűbb monitorok általában az operációs rendszer részét képezik, és rendszerszinten helyezkednek el.
A raszteres szerkesztőkben ( Festék ) egy grafikus objektum pontok kombinációjaként jelenik meg, amelyek mindegyike rendelkezik a fényerő és a szín tulajdonságaival. Ez az opció olyan esetekben hatékony, amikor a képnek sok féltónusa van, és az objektum elemeinek színére vonatkozó információ fontosabb, mint az alakjukkal kapcsolatos információ. A raszteres szerkesztőket széles körben használják képek retusálására, fotóeffektusok létrehozására, de nem mindig kényelmesek új képek készítéséhez, és nem gazdaságosak, mert a képeknek sok a redundanciája.
A vektoros szerkesztőkben ( Corel Draw ) a kép elemi tárgya nem pont, hanem egyenes. Ez a megközelítés a rajzi és grafikai munkákra jellemző, amikor a vonalak formája fontosabb, mint az azt alkotó egyes pontok színére vonatkozó információ. Ez az ábrázolás sokkal kompaktabb, mint a bittérképes ábrázolás. Vektoros szerkesztők kényelmesek képek készítéséhez, de gyakorlatilag nem használják kész rajzok feldolgozására.
A 3D grafikus szerkesztők lehetővé teszik az objektum felületi tulajdonságainak és a fényforrások tulajdonságainak kölcsönhatásának rugalmas szabályozását, valamint 3D animáció készítését, ezért is hívják 3D grafikus szerkesztőknek. D-animátorok.
A hardveren és szoftveren kívül vannakInformációs támogatás(Helyesírás-ellenőrző, szótárak, tezauruszok stb.)
A speciális (on-board) számítógépes rendszerekben szoftver- és információs támogatást hívnak matematikai szoftver.
7. oldal
Egyéb kapcsolódó munkák, amelyek érdekelhetik.vshm> |
|||
| 7644. | Ötletformálás az alkalmazott problémák számítástechnikai megoldásának módszereiről | 29,54 KB | |
| A hiba számos okra vezethető vissza. A kiindulási adatok általában hibákat tartalmaznak, mert vagy mérési kísérletek eredményeként, vagy valamilyen segédprobléma megoldásának eredményeként jönnek létre. A feladat számítógépen történő megoldásának eredményének teljes hibája három összetevőből áll: a módszerhiba végzetes hibájából és a számítási hibából: . | |||
| 166. | Földelés biztosítása a számítástechnikában | 169,06 KB | |
| Szinte minden számítógép vagy más eszköz tápegysége rendelkezik hálózati szűrő rizs. A nullázásnál ügyelni kell arra, hogy ez a nulla ne legyen fázis, ha valaki kifordítja valamelyik tápkábelt. Bemeneti áramkörök számítógép tápegység Fig. Potenciálképződés a számítógépházon Természetesen ennek a forrásnak az erejét korlátozza az áramerősség rövidzárlat A földelés mértéke egységektől több tíz milliamperig terjed, és minél erősebb a tápegység, annál nagyobb a szűrőkondenzátorok kapacitása, és így az áramerősség: ... | |||
| 167. | Általános tudnivalók a számítástechnikai berendezések működéséről | 18,21 KB | |
| Alapfogalmak Számítógépes berendezések Az SVT számítógépek, amelyek magukban foglalják a személyi számítógépeket, PC-ket, hálózati munkaállomásokat, szervereket és más típusú számítógépeket, valamint perifériás eszközöket, számítógépes irodai berendezéseket és számítógépek közötti kommunikációt. Az SVT működése abból áll, hogy a berendezést rendeltetésszerűen használják, amikor a VT-nek el kell látnia a rábízott feladatok teljes körét. Az SVT hatékony használatához és működés közbeni működőképes karbantartásához,... | |||
| 8370. | Mappák és fájlok beállítása. Az operációs rendszer eszközeinek beállítása. Szabványos segédprogramok használata. Az objektumok összekapcsolásának és beágyazásának elvei. Hálózatok: alapfogalmak és osztályozás | 33,34 KB | |
| Az operációs rendszer eszközeinek beállítása. Az operációs rendszer eszközeinek beállítása Minden beállítás általában a Vezérlőpulton keresztül történik. Az operációs rendszer stílusának beállítása A rendszer stílusának beállítása a következő útvonalon történik: Start Vezérlőpult Összes Vezérlőpult elem Rendszer. Az Advanced System Settings (Speciális rendszerbeállítások) fül megnyitja a System Properties (Rendszertulajdonságok) ablakot, amelyben az Advanced (Speciális) fül a legfontosabb a konfigurációhoz. | |||
| 9083. | Szoftver. Cél és osztályozás | 71,79 KB | |
| Víruskeresők Furcsa módon, de még mindig nincs pontos definíció, hogy mi a vírus. vagy más programok velejárói, amelyek semmiképpen sem vírusok, vagy vannak olyan vírusok, amelyek nem tartalmazzák a fenti megkülönböztető jellemzőket, kivéve a terjesztés lehetőségét. makróvírusok fertőzik meg a fájlokat Word dokumentumokés Excel. Számos kombináció létezik, például a fájlrendszerindító vírusok, amelyek a fájlokat és a lemezek rendszerindító szektorait egyaránt megfertőzik. | |||
| 5380. | Oktatóállvány fejlesztése A nyomtató eszköze és működési elve, mint a hallgatók képzési színvonalának javításának eszköze Számítógépes berendezések és számítógépes hálózatok karbantartása szakon. | 243,46 KB | |
| A nyomtatókat öt fő pozíció szerint osztályozzák: a nyomtatási mechanizmus működési elve, a papírlap maximális mérete, a színes nyomtatás használata, a PostScript nyelv hardveres támogatásának megléte vagy hiánya, valamint az ajánlott havi terhelés. | |||
| 10480. | Számítógépes program. Alkalmazási programok típusai | 15,53 KB | |
| A számítógép programjainak cseréjével egy könyvelő, statisztikus vagy tervező munkahelyévé varázsolhatja, ahol dokumentumokat szerkeszthet, vagy valamilyen játékot játszhat. A programok osztályozása A számítógépen futó programokat három kategóriába sorolhatjuk: alkalmazási programok közvetlenül biztosítja a felhasználók számára szükséges munkák elvégzését: szövegek szerkesztése, képek rajzolása, videók megtekintése stb .; rendszerprogramok különféle teljesítő másodlagos funkciókat mint a másolatkészítés... | |||
| 7045. | Információs rendszerek. Fogalom, összetétel, szerkezet, osztályozás, generációk | 12,11 KB | |
| Tulajdonságok tájékoztatási rendszer: Az alrendszerek kiosztásának oszthatósága, amely leegyszerűsíti az IS elemzését, fejlesztését, megvalósítását és működtetését; Az integritás a rendszer egészének alrendszerei működésének következetessége. Az információs rendszer összetétele: Az információs környezet rendszerezett és sajátos módon rendszerezett adatok és ismeretek összessége; Információs technológia. Az IS cél szerinti osztályozása Információkezelő rendszerek a vállalati szervezet irányításához szükséges információk összegyűjtésére és feldolgozására ... | |||
| 19330. | SZÁLLÍTÁSI LOGISZTIKAI SZÁMÍTÓGÉPES RENDSZER FEJLESZTÉSE C# NYELVEN | 476,65 KB | |
| A programozási nyelv egy formális jelrendszer, amelyet írásra terveztek számítógépes programok. A programozási nyelv lexikai, szintaktikai és szemantikai szabályokat határoz meg, amelyek meghatározzák kinézet programok és műveletek, amelyeket az előadó (számítógép) az irányítása alatt hajt végre. | |||
| 9186. | A számítógépes rendszer folyamata és a kapcsolódó fogalmak | 112,98 KB | |
| Tekintsük a következő példát. Két diák négyzetgyök programot futtat. Az egyik 4 négyzetgyökét, a másik 1 négyzetgyökét akarja kiszámolni. A tanulók szemszögéből ugyanaz a program fut; egy számítógépes rendszer szempontjából két különböző számítási folyamattal kell megbirkóznia, hiszen a különböző bemenetek más-más számítási halmazhoz vezetnek. | |||
A számítástechnika fő jellemzői közé tartoznak a működési és műszaki jellemzők, mint például a sebesség, a memóriakapacitás, a számítási pontosság stb.
Számítógép sebessége két aspektusban vizsgáljuk. Egyrészt a központi processzor által másodpercenként végrehajtott elemi műveletek száma jellemzi. Elemi művelet alatt minden olyan egyszerű műveletet értünk, mint az összeadás, átvitel, összehasonlítás stb. Másrészt a teljesítmény
A számítógép alapvetően a memóriájának felépítésétől függ. A memóriában a szükséges információk keresésére fordított idő jelentősen befolyásolja a számítógép sebességét.
Az alkalmazási területtől függően a számítógépek másodpercenként több százezertől milliárd műveletig terjedő sebességgel készülnek. Bonyolult problémák megoldásához több számítógépet is lehet egyetlen számítástechnikai komplexummá egyesíteni a szükséges teljes sebességgel.
A sebesség mellett gyakran használják ezt a fogalmat teljesítmény . Ha az első főként a számítógépben használt elemrendszernek köszönhető, akkor a második az architektúrájához és a megoldandó feladatok típusaihoz kapcsolódik. Még egy számítógép esetében sem állandó érték az olyan jellemző, mint a sebesség. Ebben a tekintetben vannak:
csúcsteljesítmény, a processzor órajel-frekvenciája határozza meg a hozzáférés figyelembevétele nélkül véletlen hozzáférésű memória;
névleges sebesség, meghatározott figyelembe véve a RAM-hoz való hozzáférés idejét;
rendszer sebessége, a számítási folyamat megszervezéséhez szükséges rendszerköltségek figyelembevételével határozzák meg;
működőképes, a megoldandó feladatok jellegét (összetétel, műveletek vagy ezek "keveréke") figyelembe véve határozzák meg.
Kapacitás, vagy memória a számítógép memóriájában elhelyezhető információ maximális mennyisége határozza meg. A memória kapacitását általában bájtokban mérik. Mint már említettük, a számítógép memóriája belső és külső részekre oszlik. Belső, vagy véletlen elérésű memória, a térfogatát tekintve különféle osztályok gépek eltérőek, és a számítógépes címzési rendszer határozza meg. Kapacitás külső memória a blokkszerkezet és a kivehető meghajtó kialakítások miatt gyakorlatilag korlátlan.
Számítási pontosság attól függ, hány számjegyet használnak egyetlen szám ábrázolására. A modern számítógépek 32 vagy 64 bites mikroprocesszorokkal vannak felszerelve, ami elégséges a számítások nagy pontosságának biztosításához számos alkalmazásban. Ha azonban ez nem elég, akkor dupla vagy három bitrács is használható.
Parancsrendszer olyan utasítások listája, amelyeket a számítógép processzora képes végrehajtani. A parancsrendszer határozza meg, hogy a processzor milyen konkrét műveleteket hajthat végre, hány operandust kell megadni a parancsban, milyen formában (formátumban) kell a parancsnak lennie, hogy felismerje. Az alapvető parancstípusok száma csekély, segítségükkel a számítógépek képesek összeadást, kivonást, szorzást, osztást, összehasonlítást, memóriába írást, szám átvitelét regiszterből regiszterbe, számrendszerből a másikba konvertálni stb. Ha szükséges, módosítsa a parancsokat, amely figyelembe veszi a számítások sajátosságait. Általában egy számítógép tíztől százig terjedő utasításokat használ (figyelembe véve azok módosítását). A számítástechnika fejlődésének jelenlegi szakaszában két fő megközelítést alkalmaznak a processzor utasításkészletének kialakításában. Egyrészt ez egy hagyományos megközelítés, amely a processzorok fejlesztéséhez kapcsolódik teljes készlet parancsok, - architektúra CIS(Complete Instruction Set Computer – komplett parancskészlettel rendelkező számítógép). Másrészt ez a legegyszerűbb, de gyakran használt parancsok csökkentett halmazának megvalósítása a számítógépben, amely lehetővé teszi a processzor hardverének egyszerűsítését és sebességének növelését - architektúra RISC(Csökkentett utasításkészletű számítógép – csökkentett parancskészlettel rendelkező számítógép).
Számítógép költség sok tényezőtől függ, különösen a sebességtől, a memóriakapacitástól, a parancsrendszertől stb. A számítógép sajátos konfigurációja és mindenekelőtt a gép részét képező külső eszközök nagyban befolyásolják a költségeket. Végül a szoftverek költsége jelentősen befolyásolja a számítógépek költségeit.
Számítógép megbízhatóság - ez egy gép azon képessége, hogy adott működési feltételek mellett bizonyos ideig megőrizze tulajdonságait. A következő mutatók szolgálhatnak egy olyan számítógép megbízhatóságának kvantitatív értékelésére, amelyek olyan elemeket tartalmaznak, amelyek meghibásodása a teljes gép meghibásodásához vezet:
a hibamentes működés valószínűsége pontos idő ilyen működési feltételek mellett;
számítógépes idő a meghibásodásig;
a gép átlagos helyreállítási ideje stb.
Bonyolultabb struktúrák, például számítógép-komplexum vagy rendszer esetében a „kudarc” fogalmának nincs értelme. Az ilyen rendszerekben az egyes elemek meghibásodása a működés hatékonyságának némi csökkenéséhez vezet, nem pedig a teljes hatékonyság teljes elvesztéséhez.
A számítástechnika egyéb jellemzői is fontosak, például: sokoldalúság, szoftver-kompatibilitás, súly, méretek, energiafogyasztás stb. Ezeket figyelembe veszik a számítógépes alkalmazás konkrét területeinek értékelésekor.
Számítógépes berendezések osztályozása
1. Hardver
A számítógépes rendszer összetételét konfigurációnak nevezzük. A számítógépes hardvert és a szoftvert külön kell figyelembe venni. Ennek megfelelően a számítástechnikai rendszerek hardverkonfigurációját és azok szoftverkonfigurációját külön vizsgáljuk. Ez az elválasztási elv különösen fontos a számítástechnika számára, mivel nagyon gyakran ugyanazon problémák megoldását hardveresen és szoftveresen is meg lehet oldani. A hardver- vagy szoftvermegoldás kiválasztásának kritériuma a teljesítmény és a hatékonyság. Általánosan elfogadott, hogy a hardvermegoldások átlagosan drágábbak, de a szoftveres megoldások megvalósítása magasabban képzett munkaerőt igényel.
NAK NEK hardver a számítástechnikai rendszerek olyan eszközöket és eszközöket foglalnak magukban, amelyek hardverkonfigurációt alkotnak. Modern számítógépekés a számítástechnikai rendszerek blokk-moduláris felépítésűek - meghatározott típusú munkák elvégzéséhez szükséges hardverkonfiguráció, amely kész csomópontokból és blokkokból összeállítható.
A számítástechnikai rendszer főbb hardverelemei: memória, központi processzor és perifériás eszközök, melyeket egy rendszerpálya köt össze (1. ábra). A fő memória a programok és adatok bináris formátumú tárolására szolgál, és rendezett formában van felszerelve. cellák tömbje, amelyek mindegyike egyedi digitális címmel rendelkezik. A cella mérete általában 1 bájt. Tipikus műveletek a fő memórián: egy adott címmel rendelkező cella tartalmának olvasása és írása.
2. CPU
A központi feldolgozó egység a számítógép központi eszköze, amely adatfeldolgozási műveleteket végez és a számítógép perifériás eszközeit vezérli. A központi feldolgozó egység összetétele a következőket tartalmazza:
Vezérlőeszköz - megszervezi a programok végrehajtásának folyamatát, és működése során koordinálja a számítási rendszer összes eszközének interakcióját;
Aritmetikai logikai egység - számtani és logikai műveleteket végez az adatokon: összeadás, kivonás, szorzás, osztás, összehasonlítás stb.;
A tárolóeszköz az belső memória processzor, amely regiszterekből áll, amelyek használatakor a processzor számításokat végez és közbenső eredményeket tárol; a RAM-mal való munka felgyorsítása érdekében gyorsítótárat használnak, amelybe a RAM-ból származó parancsokat és adatokat előre pumpálják, amelyek szükségesek a processzor számára a későbbi műveletekhez;
Óragenerátor - elektromos impulzusokat generál, amelyek szinkronizálják az összes számítógépes csomópont működését.
A központi processzor különféle adatműveleteket hajt végre speciális cellák segítségével a kulcsváltozók és az ideiglenes eredmények - belső regiszterek - tárolására. A regiszterek két típusra oszthatók (2. ábra):
Általános célú regiszterek - a kulcsfontosságú helyi változók és a számítások közbenső eredményeinek ideiglenes tárolására szolgálnak, beleértve az adatregisztereket és a mutatóregisztereket; fő funkciója a gyakran használt adatok gyors elérése (általában memória-hozzáférések nélkül).
Speciális regiszterek - a processzor működésének vezérlésére szolgálnak, ezek közül a legfontosabbak: az utasításregiszter, a veremmutató, a flag regiszter és a program állapotára vonatkozó információkat tartalmazó regiszter.
A programozó saját belátása szerint használhat adatregisztereket bármilyen objektum (adat vagy cím) ideiglenes tárolására és azokon a szükséges műveletek elvégzésére. Az indexregiszterek az adatregiszterekhez hasonlóan tetszőlegesen használhatók; fő céljuk az adatok és utasítások indexeinek vagy eltolásainak tárolása az alapcím elejétől (az operandusok memóriából való lekérésekor). Az alapcím az alapregiszterekben lehet.
A szegmensregiszterek a processzorarchitektúra kritikus elemei, 20 bites címteret biztosítanak 16 bites operandusokkal. Fő szegmensregiszterek: CS - kódszegmensregiszter; DS - adatszegmens regiszter; SS - verem szegmensregiszter, ES - kiegészítő szegmensregiszter. A memóriához szegmenseken keresztül lehet hozzáférni – a fizikai címtér bármely részére ráhelyezett logikai formációkon keresztül. A szegmens kezdőcíme osztva 16-tal (a legkisebb jelentőségű hexadecimális számjegy nélkül) bekerül az egyik szegmensregiszterbe; amely után hozzáférést kap a memória egy szakaszához, amely egy adott szegmenscímről indul.
Bármely memóriacella címe két szóból áll, amelyek közül az egyik meghatározza a megfelelő szegmens memória helyét, a másik pedig az eltolást ezen a szegmensen belül. A szegmens méretét a benne lévő adatok mennyisége határozza meg, de soha nem haladhatja meg a 64 KB-ot, amelyet a maximális lehetséges eltolási érték határoz meg. Az utasításszegmens szegmenscíme a CS regiszterben, a megcímzett bájthoz való eltolás pedig az IP utasításmutató regiszterben kerül tárolásra.
2. ábra. 32 bites processzor regiszterek
A program betöltése után a program első parancsának eltolása kerül az IP-be. A processzor a memóriából kiolvasva pontosan ennek az utasításnak a hosszával növeli az IP tartalmát (az Intel processzor utasításai 1-6 bájt hosszúak lehetnek), ennek eredményeként az IP a program második utasítására mutat. Az első parancs végrehajtása után a processzor beolvassa a másodikat a memóriából, ezzel ismét növelve az IP értékét. Ennek eredményeként az IP mindig tartalmazza a következő parancs eltolását - a végrehajtandó parancsot. A leírt algoritmus csak ugrásparancsok, szubrutinhívások és megszakítások kiszolgálásakor sérül.
Az adatszegmens szegmenscímét a DS regiszter tárolja, az eltolás az általános célú regiszterek valamelyikében lehet. Egy további ES szegmensregiszter segítségével hozzáférhet a programhoz nem tartozó adatmezőkhöz, például a videopufferhez vagy a rendszercellákhoz. Szükség esetén azonban beállítható a program valamelyik szegmenséhez. Például, ha a program nagy mennyiségű adattal dolgozik, akkor két szegmenst biztosíthat számukra, és az egyiket a DS regiszteren, a másikat az ES regiszteren keresztül érheti el.
Az SP veremmutató-regisztert használjuk veremmutatóként. A verem egy programterület tetszőleges adatok ideiglenes tárolására. A verem kényelme abban rejlik, hogy a területét újra felhasználják, és a veremben lévő adatok tárolása és onnan való lekérése push és pop parancsokkal történik, nevek megadása nélkül. A verem hagyományosan a program által használt regiszterek tartalmának tárolására szolgál az alprogram meghívása előtt, amely viszont a processzor regisztereit saját céljaira használja. A regiszterek eredeti tartalma a szubrutinból való visszatéréskor kiugrik a veremből. Egy másik gyakori technika a szükséges paraméterek átadása egy szubrutinnak a veremen keresztül. A szubrutin, tudva, hogy a paraméterek milyen sorrendben kerülnek a verembe, onnan átveheti és felhasználhatja a végrehajtás során.
A verem sajátossága a benne lévő adatok lekérésének sajátos sorrendje: bármikor csak a legfelső elem érhető el a veremben, vagyis az utolsóként betöltött elem. A legfelső elem kiemelése a veremből elérhetővé teszi a következő elemet. A verem elemei a verem számára lefoglalt memóriaterületen helyezkednek el, a verem aljától (a maximális címétől) kezdve az egymás után csökkenő címekig. A legfelső elérhető elem címét az SP veremmutató regiszter tárolja.
A speciális regiszterek csak privilegizált módban érhetők el, és az operációs rendszer használja őket. Ezek vezérlik a különböző gyorsítótár blokkokat, a fő memóriát, az I/O eszközöket és a számítási rendszer egyéb eszközeit.
Van egy regiszter, amely privilegizált és felhasználói módban is elérhető. Ez a PSW (Program State Word) regiszter, amelyet zászlóregiszternek neveznek. A jelzőregiszter különböző, a CPU számára szükséges biteket tartalmazza, amelyek közül a legfontosabbak az összehasonlításokban és feltételes ugrásokban használt feltételkódok, amelyek a processzor ALU-jának minden ciklusában beállítva az előző művelet eredményének állapotát tükrözik. A jelzőregiszter tartalma a számítástechnikai rendszer típusától függ, és további mezőket is tartalmazhat, amelyek a következőket jelzik: gépi mód (például felhasználói vagy privilegizált); nyomkövetési bit (amit hibakeresésre használnak); processzor prioritási szint; megszakítás engedélyezése állapot. A jelzőregisztert általában felhasználói módban olvassuk, de egyes mezők csak privilegizált módban írhatók (például a módot meghatározó bit).
Az utasításmutató regiszter a végrehajtási sorban következő utasítás címét tartalmazza. Miután kiválasztott egy utasítást a memóriából, az utasításregiszter frissül, és a mutató a következő utasításra lép. Az utasításmutató nyomon követi a program végrehajtását, és minden pillanatban jelzi a végrehajtandó utasítás relatív címét. A regiszter programozással elérhetetlen; a címet a mikroprocesszor növeli, figyelembe véve az aktuális utasítás hosszát. Az ugrásokra, megszakításokra, szubrutinok hívására és az azokból való visszatérésre vonatkozó utasítások megváltoztatják a mutató tartalmát, ezáltal ugrásokat hajtanak végre a programban a kívánt pontokra.
Az akkumulátor regisztert a parancsok túlnyomó többségében használják. A gyakran használt parancsok, amelyek ezt a regisztert használják, rövidített formátumúak.
Az információk feldolgozásához általában a memóriacellákból az általános célú regiszterekbe kerülnek az adatok, a műveletet a központi processzor végzi, az eredmények pedig a fő memóriába kerülnek. A programokat a CPU által végrehajtandó gépi utasítások sorozataként tárolják. Minden parancs egy műveleti mezőből és operandusmezőkből áll – azokból az adatokból, amelyeken ez a művelet végrehajtódik. A gépi utasítások halmazát gépi nyelvnek nevezzük. A program végrehajtása a következőképpen történik. A programszámláló által mutatott gépi utasítás beolvasásra kerül a memóriából és bemásolódik az utasításregiszterbe, ahol dekódolja, majd végrehajtja. A végrehajtás után a programszámláló a következő utasításra mutat, és így tovább. Ezeket a műveleteket gépi ciklusnak nevezzük.
A legtöbb CPU-nak két működési módja van: kernel mód és felhasználói mód, amelyet egy bit a processzor állapotszóban (flag regiszter) határoz meg. Ha a processzor kernel módban fut, akkor képes végrehajtani az utasításkészlet összes utasítását, és használhatja a hardver összes képességét. Az operációs rendszer kernel módban fut, és hozzáférést biztosít az összes hardverhez. A felhasználói programok felhasználói módban futnak, ami sok utasítás végrehajtását teszi lehetővé, de a hardvernek csak egy részét teszi elérhetővé.
Az operációs rendszerrel való kommunikációhoz a felhasználói programnak rendszerhívást kell kiadnia, amely áttér a kernel módba, és aktiválja az operációs rendszer funkcióit. A trap utasítás (emulált megszakítás) átkapcsolja a processzor módot felhasználói módból kernel módba, és átadja a vezérlést az operációs rendszernek. A munka befejezése után a vezérlés visszatér a felhasználói programhoz, a rendszerhívást követő utasításhoz.
A számítógépekben a rendszerhívások lebonyolítására vonatkozó utasítások mellett vannak megszakítások, amelyeket hardver hív meg, hogy figyelmeztessen kivételes helyzetekre, például nullával való osztási kísérletre vagy túlcsordulásra a lebegőpontos műveletek során. Mindenben hasonló esetek az irányítás az operációs rendszerre száll át, amelynek el kell döntenie, hogy mi legyen a következő lépés. Néha hibaüzenettel le kell állítani a programot, néha figyelmen kívül kell hagyni (például, ha a szám elveszti jelentőségét, akkor nullával egyenlőnek tekintheti), vagy át kell adni a vezérlést magára a programra bizonyos típusú feltételek kezeléséhez.
Az eszközök központi processzorhoz viszonyított elhelyezkedése szerint belső és külső eszközöket különböztetünk meg. A külső eszközök jellemzően a legtöbb I/O eszközt (más néven perifériát) és néhány, hosszú távú adattárolásra tervezett eszközt tartalmaznak.
Az egyes csomópontok és blokkok közötti koordinációt átmeneti hardver-logikai eszközök, úgynevezett hardver interfészek segítségével hajtják végre. A számítástechnikában a hardveres interfészekre vonatkozó szabványokat protokolloknak nevezik - olyan műszaki feltételek összessége, amelyeket az eszközfejlesztőknek biztosítaniuk kell ahhoz, hogy sikeresen összehangolják munkájukat más eszközökkel.
Bármely számítógépes rendszer architektúrájában jelen lévő számos interfész feltételesen két nagy csoportra osztható: soros és párhuzamos. Soros interfészen keresztül az adatok továbbítása szekvenciálisan, bitenként, és párhuzamos interfészen keresztül, egyidejűleg, bitcsoportokban történik. Az egy csomagban szereplő bitek számát az interfész bitszélessége határozza meg, például a nyolcbites párhuzamos interfészek ciklusonként egy bájtot (8 bitet) továbbítanak.
A párhuzamos interfészek általában bonyolultabbak, mint a soros interfészek, de jobb teljesítményt nyújtanak. Ott használatosak, ahol fontos az adatátviteli sebesség: nyomtatóeszközök, beviteli eszközök csatlakoztatására grafikus információk, adatrögzítő eszközök bekapcsolva külső adathordozó stb. A párhuzamos interfészek teljesítményét bájt per másodpercben mérik (byte/s; Kbytes/s; Mbytes/s).
A soros interfészek eszköze egyszerűbb; általában nem kell szinkronizálniuk az adó- és vevőkészülék működését (ezért is szokták aszinkron interfésznek nevezni), viszont kisebb a sávszélességük és kisebb a hatékonyságuk. Mivel a soros eszközök nem bájtokban, hanem bitekben kommunikálnak, teljesítményüket bit per másodpercben mérik (bps, kbps, Mbps). Annak ellenére, hogy a soros átviteli sebesség mértékegységeit a párhuzamos adatátviteli sebesség mértékegységeivé alakítják át mechanikusan 8-cal, az ilyen átalakítást nem hajtják végre, mivel a szolgáltatási adatok jelenléte miatt nem helyes. Extrém esetben a szolgáltatási adatokhoz igazítva a soros eszközök sebességét néha karakter per másodpercben vagy szimbólum per másodpercben (s / s) fejezik ki, de ez az érték nem technikai, hanem referencia, fogyasztói karakter.
A soros interfészek a lassú eszközök (a legegyszerűbb gyenge minőségű nyomtatóeszközök: jel- és jelinformáció bemeneti és kimeneti eszközök, vezérlőérzékelők, kis teljesítményű kommunikációs eszközök stb.) csatlakoztatására szolgálnak, valamint olyan esetekben, amikor nincs jelentősebb az adatcsere időtartamára vonatkozó korlátozások (digitális kamerák).
A számítógép második fő alkotóeleme a memória. A memóriarendszer rétegek hierarchiájaként van kialakítva (3. ábra). A felső réteg a CPU belső regisztereiből áll. A belső regiszterek 32 bites processzoron 32 x 32 bit, 64 bites processzoron 64 x 64 bit tárolását teszik lehetővé, ami mindkét esetben kevesebb, mint egy kilobájt. A programok maguk is képesek hardveres beavatkozás nélkül kezelni a regisztereket (vagyis eldönteni, hogy mit tároljanak bennük).
3. ábra. Tipikus hierarchikus memóriastruktúra
A következő réteg a gyorsítótár, amelyet többnyire a hardver vezérel. A RAM gyorsítótár-sorokra van felosztva, általában egyenként 64 bájtos, a 0-s sorban 0-tól 63-ig, az 1. sorban 64-től 127-ig stb. A leggyakrabban használt gyorsítótár-sorok a CPU-n belül vagy ahhoz nagyon közel található nagy sebességű gyorsítótárban tárolódnak. Amikor egy programnak ki kell olvasnia egy szót a memóriából, a cache chip ellenőrzi, hogy a kívánt sor a gyorsítótárban van-e. Ha ez a helyzet, akkor a gyorsítótár ténylegesen elérhető, a kérés teljes egészében a gyorsítótárból kielégítésre kerül, és a memóriakérés nem kerül a buszra. A sikeres gyorsítótár-hozzáférés általában körülbelül két óraciklust vesz igénybe, a sikertelen pedig jelentős időveszteséggel járó memóriahozzáféréshez vezet. A gyorsítótár-memória mérete korlátozott a magas költsége miatt. Egyes gépek két vagy akár három szintű gyorsítótárral rendelkeznek, mindegyik lassabb és nagyobb, mint az előző.
Ezt követi a RAM (RAM - Random Access Memory, angol RAM, Random Access Memory - memória véletlen eléréssel). Ez a számítási rendszer tárolóeszközének fő munkaterülete. Minden olyan CPU kérés, amelyet a gyorsítótár nem tud teljesíteni, a fő memóriába kerül feldolgozásra. Ha több programot futtat egy számítógépen, kívánatos összetett programokat a RAM-ban elhelyezni. A programok egymás elleni védelmét és a memóriában való mozgásukat két speciális regiszterrel: egy alapregiszterrel és egy határregiszterrel rendelkező számítógépes berendezéssel valósítják meg.
A legegyszerűbb esetben (4.a ábra), amikor a program elindul, a program végrehajtható moduljának kezdetének címe betöltődik az alapregiszterbe, és a limitregiszter megmondja, hogy a program végrehajtható modulja mennyit foglal el a program futtatható moduljával együtt adat. Amikor egy utasítást lekérnek a memóriából, a hardver ellenőrzi az utasításszámlálót, és ha az kisebb, mint a határregiszter, hozzáadja az alapregiszter értékét, és az összeget átviszi a memóriába. Amikor a program ki akar olvasni egy adatszót (például az 10000 címről), a hardver automatikusan hozzáadja az alapregiszter tartalmát (például 50000) ehhez a címhez, és átadja a memória összegét (60000). Az alapregiszter lehetővé teszi, hogy a program a benne tárolt címet követően a memória bármely részére hivatkozzon. Ezenkívül a limitregiszter megakadályozza, hogy a program a program után hozzáférjen a memória bármely részéhez. Így e séma segítségével mindkét probléma megoldódik: a programok védelme és mozgatása.
Az adatok ellenőrzése és konvertálása eredményeként a program által generált és virtuális címnek nevezett címet a memória által használt címre fordítják le, és fizikai címnek nevezik. Az ellenőrzést és az átalakítást végző eszközt memóriakezelő egységnek (MMU) nevezik. A memóriakezelő vagy a processzor áramkörében, vagy annak közelében található, de logikusan a processzor és a memória között helyezkedik el.
Egy összetettebb memóriakezelő két pár alap- és határregiszterből áll. Az egyik pár a programszöveghez, a másik pár az adatokhoz. A parancsregiszter és minden hivatkozás a programszövegre az első regiszterpárral működik, az adathivatkozások a második regiszterpárt használják. Ennek a mechanizmusnak köszönhetően lehetővé válik egy program megosztása több felhasználó között, miközben a programnak csak egy példányát tárolja a RAM-ban, ami egy egyszerű sémában kizárt. Amikor az 1. program fut, négy regiszter található a 4. (b) ábrán látható módon a bal oldalon, amikor a 2. program fut - a jobb oldalon. A memóriakezelő kezelése az operációs rendszer függvénye.
A következő a memóriaszerkezetben a mágneslemez (merevlemez). A lemezmemória bitben két nagyságrenddel olcsóbb, mint a RAM, mérete pedig nagyobb, de a lemezen található adatok elérése körülbelül három nagyságrenddel tovább tart. Az alacsony sebesség oka merevlemez az a tény, hogy a lemez mechanikus szerkezet. HDD egy vagy több fémlemezből áll, amelyek 5400, 7200 vagy 10800 ford./perc fordulatszámmal forognak (5. ábra). Az információkat koncentrikus körök formájában rögzítik a lemezekre. Az író/olvasó fejek minden adott pozícióban leolvashatnak egy gyűrűt a tálcán, amelyet sávnak neveznek. Egy adott villapozícióhoz tartozó nyomok együtt hengert alkotnak.
Minden sáv több szektorra van felosztva, szektoronként jellemzően 512 bájt. A modern lemezeken a külső hengerek több szektort tartalmaznak, mint a belsők. A fej mozgatása az egyik hengerről a másikra körülbelül 1 ms, míg egy tetszőleges hengerre 5-10 ms, lemeztől függően. Amikor a fej a kívánt sáv felett helyezkedik el, meg kell várnia, amíg a motor elfordítja a lemezt, hogy a kívánt szektor a fej alá kerüljön. Ez további 5-10 ms-t vesz igénybe, a lemez forgási sebességétől függően. Amikor a szektor a fej alatt van, az olvasási vagy írási folyamat 5 MB / s (kis sebességű lemezek esetén) és 160 MB / s (nagy sebességű lemezek esetén) sebességgel történik.
Az utolsó réteget egy mágnesszalag foglalja el. Ezt a médiát gyakran használták az alkotáshoz biztonsági mentések merevlemez-terület vagy nagy adatkészletek tárolására. Az információ eléréséhez a szalagot mágnesszalag-olvasóba helyezték, majd visszatekerték a kért blokkra információval. Az egész folyamat percekig tartott. A leírt memóriahierarchia tipikus, de bizonyos esetekben nem minden szint, vagy azok egyéb típusai vannak jelen (pl. optikai lemez). Mindenesetre a hierarchiában lefelé haladva a véletlen elérési idő jelentősen megnő eszközről eszközre, a kapacitás pedig a hozzáférési idővel egyenértékű növekedést mutat.
A fent leírt típusokon kívül sok számítógép rendelkezik véletlen hozzáférésű csak olvasható memóriával (ROM - csak olvasható memória, ROM, Read Only Memory - csak olvasható memória), amely nem veszíti el tartalmát a számítógép rendszer bekapcsolásakor. ki. A ROM-ot a gyártási folyamat során programozzák, és a tartalma utólag nem módosítható. Egyes számítógépeken a ROM tartalmazza a számítógép indításához használt bootstrap programokat és néhány I/O kártyát az alacsony szintű eszközök vezérléséhez.
Az elektromosan törölhető ROM (EEPROM, Electrically Erasable ROM) és a flash RAM (flash RAM) szintén nem felejtő, de a ROM-mal ellentétben ezek tartalma törölhető és újraírható. Az adatok írása azonban sokkal több időt vesz igénybe, mint a RAM-ba. Ezért használatuk ugyanúgy történik, mint a ROM.
Van egy másik típusú memória - a CMOS memória, amely ingadozó, és az aktuális dátum és idő tárolására szolgál. A memóriát a számítógépbe épített akkumulátor táplálja, és konfigurációs paramétereket tartalmazhat (például jelzi, hogy melyik merevlemezről kell indítani).
3. I/O eszközök
Az operációs rendszerrel szorosan együttműködő egyéb eszközök az I/O eszközök, amelyek két részből állnak: a vezérlőből és magából az eszközből. A vezérlő egy mikrochip (chipset) egy beépülő kártyán, amely fogadja és végrehajtja az operációs rendszer parancsait.
Például a vezérlő parancsot kap egy adott szektor kiolvasására a lemezről. A parancs végrehajtásához a vezérlő a lemez lineáris szektorszámát a henger, a szektor és a fej számává alakítja. Az átalakítási műveletet nehezíti, hogy a külső hengerek több szektort tartalmazhatnak, mint a belsők. A vezérlő ezután meghatározza, hogy melyik hengerben van Ebben a pillanatban fejjel, és egy impulzussorozatot ad a fejnek a szükséges számú hengerhez való mozgatásához. Ezt követően a vezérlő megvárja a lemez forgását, és a szükséges szektort a fej alá helyezi. Ezután a lemezről érkező bitek olvasása és tárolása, a fejléc eltávolítása és az ellenőrző összeg kiszámítása egymás után történik. Ezután a vezérlő a kapott biteket szavakká gyűjti és tárolja a memóriában. A munka elvégzéséhez a vezérlők beépített firmware-t tartalmaznak.
Maga az I / O eszköz egy egyszerű interfésszel rendelkezik, amelynek meg kell felelnie egyetlen IDE szabványnak (IDE, Integrated Drive Electronics - beépített meghajtó interfész). Mivel az eszköz interfészét a vezérlő elrejti, az operációs rendszer csak a vezérlő interfészt látja, amely eltérhet az eszköz interfészétől.
Mivel a vezérlők különböző eszközök Az I/O eltér egymástól, akkor ezek vezérléséhez megfelelő szoftverek - illesztőprogramok - szükségesek. Ezért minden vezérlőgyártónak biztosítania kell illesztőprogramokat az általa támogatott vezérlőkhöz. operációs rendszer. Háromféleképpen telepítheti az illesztőprogramot az operációs rendszerbe:
Kapcsolja újra a kernelt az új meghajtóval, majd indítsa újra a rendszert, így sok UNIX rendszer működik;
Hozzon létre bejegyzést az operációs rendszerben található fájlban, hogy meghajtó szükséges, és indítsa újra a rendszert, a kezdeti indítás során az operációs rendszer megtalálja a szükséges illesztőprogramot és betölti azt; így működik a Windows operációs rendszer;
Új illesztőprogramok elfogadása és gyors telepítése az operációs rendszer használatával, miközben az fut; a módszert a cserélhető USB és IEEE 1394 buszok használják, amelyekhez mindig dinamikusan betöltődő illesztőprogramokra van szükség.
Külön regiszterek vannak az egyes vezérlőkkel való kommunikációhoz. Például egy minimális lemezvezérlőnek lehetnek regiszterei a lemezcím, a memóriacím, a szektorszám és a művelet irányának (olvasás vagy írás) meghatározásához. A vezérlő aktiválásához az illesztőprogram parancsot kap az operációs rendszertől, majd lefordítja azt olyan értékekké, amelyek alkalmasak az eszközregiszterekbe való írásra.
Egyes számítógépeken az I/O eszközregiszterek az operációs rendszer címterére vannak leképezve, így a memóriában szokásos szavakhoz hasonlóan olvashatók vagy írhatók. A regisztercímek a felhasználói programok által elérhetetlenül elhelyezkedő RAM-ban kerülnek elhelyezésre, hogy megvédjék a felhasználói programokat a hardvertől (például alap- és limitregiszterek használatával).
Más számítógépeken az eszközregiszterek speciális I/O portokban találhatók, és minden regiszternek saját portcíme van. Az ilyen gépeken az IN és OUT utasítások privilegizált módban állnak rendelkezésre, amelyek lehetővé teszik a meghajtók számára a regiszterek olvasását és írását. Az első séma kiküszöböli a speciális I/O parancsok szükségességét, de némi címteret használ. A második séma nem befolyásolja a címteret, de speciális parancsok jelenlétét igényli. Mindkét sémát széles körben használják. Az adatok bevitele és kiadása háromféleképpen történik.
1. A felhasználói program rendszerkérést ad ki, amelyet a kernel a megfelelő illesztőprogramhoz intézett eljáráshívássá alakít át. Az illesztőprogram ezután elindítja az I/O folyamatot. Ezalatt az illesztőprogram egy nagyon rövid programciklust hajt végre, folyamatosan lekérdezve, hogy milyen készen áll-e az eszköz, amellyel dolgozik (általában van valami, ami azt jelzi, hogy az eszköz még mindig foglalt). Amikor az I/O művelet befejeződik, az illesztőprogram elhelyezi az adatokat a szükséges helyre, és visszatér eredeti állapotába. Az operációs rendszer ezután visszaadja a vezérlést a hívást kezdeményező programnak. Ezt a módszert hívják készenléti várakozásnak vagy aktív várakozásnak, és van egy hátránya: a processzornak le kell kérdeznie az eszközt, amíg az be nem fejezi a munkáját.
2. A meghajtó elindítja az eszközt, és megkéri, hogy adjon ki megszakítást az I / O végén. Ezt követően az illesztőprogram visszaküldi az adatokat, az operációs rendszer szükség esetén blokkolja a hívót, és megkezdi az egyéb feladatok végrehajtását. Amikor a vezérlő észleli az adatátvitel végét, megszakítást generál, hogy jelezze a művelet befejezését. Az I/O megvalósítási mechanizmus a következő (6.a ábra):
1. lépés: az illesztőprogram parancsot küld a vezérlőnek, információt írva az eszközregiszterekbe; a vezérlő elindítja az I/O eszközt.
2. lépés: Az olvasás vagy írás befejezése után a vezérlő jelet küld a megszakításvezérlő chipnek.
3. lépés: Ha a megszakításvezérlő készen áll a megszakítás fogadására, akkor jelet küld a következőnek konkrét kapcsolattartó központi processzor.
4. lépés: A megszakításvezérlő elhelyezi az I/O eszköz számát a buszon, hogy a CPU elolvashassa és tudja, melyik eszköz fejeződött be. Amikor a CPU megszakítást kap, a programszámláló (PC) és a processzorállapotszó (PSW) tartalma az aktuális verembe kerül, és a processzor privilegizált üzemmódba (operációs rendszer kernel módba) vált. Az I/O eszköz száma használható a megszakításkezelő címének kikeresésére használt memóriarész indexeként. ez az eszköz. Ezt a memóriadarabot megszakítási vektornak nevezzük. Amikor a megszakításkezelő (a megszakítást küldő eszközillesztő egy része) elindul, eltávolítja a veremből a programszámlálót és a processzorállapotszót, elmenti őket, és lekérdezi az eszközt az állapotáról. A megszakítási feldolgozás befejezése után a vezérlés visszatér a korábban futó felhasználói programhoz, ahhoz a parancshoz, amelynek végrehajtása még nem fejeződött be (6. b. ábra).
3. A bemeneti-kimeneti információkhoz egy közvetlen memória hozzáférés-vezérlő (DMA, Direct memória hozzáférés), amely a RAM és egyes vezérlők közötti bitek áramlását a CPU folyamatos beavatkozása nélkül kezeli. A processzor meghívja a DMA chipet, megmondja, hogy hány bájtot kell átvinni, megmondja az eszköz és a memória címét és az adatátvitel irányát, és hagyja, hogy a chip magától gondoskodjon. A befejezés után a DMA megszakítást kezdeményez, amelyet megfelelően kezel.
Megszakítások történhetnek nem megfelelő időpontokban, például egy másik megszakítás feldolgozása közben. Emiatt a CPU képes letiltani és később engedélyezni a megszakításokat. Amíg a megszakítások le vannak tiltva, minden olyan eszköz, amelyik befejezte a munkáját, továbbra is küldi a jeleit, de a processzort addig nem szakítják meg, amíg a megszakításokat engedélyezik. Ha egyszerre több eszköz is leáll, miközben a megszakítások le vannak tiltva, a megszakításvezérlő dönti el, hogy melyiket kell először kezelni, általában az egyes eszközökhöz rendelt statikus prioritások alapján.
A Pentium számítógépes rendszer nyolc buszból áll (cache busz, helyi busz, memóriabusz, PCI, SCSI, USB, IDE és ISA). Minden busznak saját adatsebessége és saját funkciói vannak. Az operációs rendszernek információval kell rendelkeznie az összes buszról a számítógép és annak konfigurációjának kezeléséhez.
ISA busz (Ipari szabványos architektúra, ipari szabvány architektúra) - először IBM PC / AT számítógépeken jelent meg, 8,33 MHz frekvencián működik, és órajelenként két bájtot tud továbbítani 16,67 MB / s maximális sebességgel; a régebbi lassú I/O kártyákkal való visszamenőleges kompatibilitás érdekében tartalmazza.
A PCI-busz (Peripheral Component Interconnect, Peripheral Device Interface) - amelyet az Intel az ISA-busz utódjaként hozott létre - 66 MHz-es frekvencián működhet, és órajelenként 8 bájtot tud átvinni 528 MB / s sebességgel. A legtöbb nagysebességű I/O eszköz jelenleg PCI-buszokat használ, valamint nem Intel processzorral rendelkező számítógépeket, mivel sok I/O kártya kompatibilis vele.
A Pentium rendszer helyi buszát a CPU arra használja, hogy adatokat küldjön a PCI bridge chipnek, amely egy dedikált memóriabuszon keresztül éri el a memóriát, gyakran 100 MHz-en.
A cache busz külső gyorsítótár csatlakoztatására szolgál, mivel a Pentium rendszerek rendelkezik egy első szintű gyorsítótárral (L1 cache) a processzorba és egy nagy külső, második szintű gyorsítótárral (L2 cache).
Az IDE busz perifériás eszközök csatlakoztatására szolgál: lemezek és CD-ROM meghajtók. A busz a PC/AT lemezvezérlő interfész leszármazottja, és ma már minden Pentium-alapú rendszeren alapfelszereltség.
Az USB-busz (Universal Serial Bus, Universal Serial Bus) lassú I/O eszközök (billentyűzetek, egerek) számítógéphez való csatlakoztatására szolgál. Kis négyeres csatlakozót használ, amelynek két vezetéke látja el az USB-eszközöket.
Az USB busz egy központi busz, ahol a gazdagép ezredmásodpercenként lekérdezi az I/O eszközöket, hogy megnézze, vannak-e rajtuk adatok. 1,5 MB/s-os adatletöltést képes kezelni. Minden USB-eszköz ugyanazt az illesztőprogramot használja, így a rendszer újraindítása nélkül is csatlakoztatható a rendszerhez.
Az SCSI-busz (Small Computer System Interface, kis számítógépek rendszerfelülete) egy nagy teljesítményű busz, amelyet gyors meghajtókhoz, lapolvasókhoz és egyéb, sok energiát igénylő eszközökhöz használnak. sávszélesség. Teljesítménye eléri a 160 MB/s-ot. Az SCSI buszt Macintosh rendszereken használják, és népszerű UNIX és más Intel-alapú rendszereken.
Az IEEE 1394 (FireWire) busz egy bit-soros busz, és akár 50 MB/s-os adatátviteli sebességet is támogat. Ezzel a funkcióval hordozható digitális kamerákat és egyéb multimédiás eszközöket csatlakoztathat számítógépéhez. Az USB busszal ellentétben az IEEE 1394 busz nem rendelkezik központi vezérlővel.
Az operációs rendszernek képesnek kell lennie a hardverkomponensek felismerésére és konfigurálására. Ez a követelmény késztette az Intelt és a Microsoftot a plug and play nevű személyi számítógépes rendszer kifejlesztésére. Ezt a rendszert megelőzően minden I/O kártya rögzített I/O regiszter címmel és megszakítási kérelem szinttel rendelkezett. Például a billentyűzet az 1-es megszakítást és a 0x60 és 0x64 közötti tartományban lévő címeket használta; a hajlékonylemez-vezérlő a 6-os megszakítást használta, és 0x3F0-tól 0x3F7-ig címezte; a nyomtató 7-es megszakítást és 0x378-tól 0x37A-ig terjedő címeket használt.
Ha a felhasználó vásárolt hangkártyaés a modem, előfordult, hogy ezek az eszközök véletlenül ugyanazt a megszakítást használták. Konfliktus történt, ezért a készülékek nem tudtak együtt működni. Lehetséges megoldás az volt, hogy minden kártyába be kell építeni egy DIP-kapcsolót (jumper, jumper - jumper), és minden kártyát úgy kell beállítani, hogy a különböző eszközök portcímei és megszakítási számai ne ütközzenek egymással.
A Plug and Play lehetővé teszi az operációs rendszer számára, hogy automatikusan információkat gyűjtsön az I/O-eszközökről, központilag hozzárendeljen megszakítási szinteket és I/O-címeket, majd jelentse ezeket az információkat az egyes kártyáknak. Egy ilyen rendszer Pentium számítógépeken fut. Minden Pentium processzorral rendelkező számítógép tartalmaz egy alaplapot, amely tartalmaz egy programot - a BIOS-t (Basic Input Output System - alapvető bemeneti / kimeneti rendszer). A BIOS alacsony szintű I/O programokat tartalmaz, beleértve a billentyűzetről történő olvasási eljárásokat, az információk képernyőn történő megjelenítését, a lemezről történő adatok bevitelét/kiadását stb.
Amikor a számítógép elindul, elindul a BIOS rendszer, amely ellenőrzi a rendszerbe telepített RAM mennyiségét, a billentyűzet és a többi fő eszköz csatlakoztatását és megfelelő működését. Ezután a BIOS ellenőrzi az ISA- és PCI-buszokat, valamint a hozzájuk kapcsolódó összes eszközt. Ezen eszközök egy része hagyományos (plug and play). Rögzített megszakítási szintekkel és I/O port címmel rendelkeznek (például az I/O kártyán lévő kapcsolókkal vagy jumperekkel állítják be, amelyeket az operációs rendszer nem módosíthat). Ezeket az eszközöket regisztrálják, majd a plug and play eszközök regisztrációja megtörténik. Ha a meglévő eszközök eltérnek az utolsó rendszerindításkor használt eszközöktől, akkor az új eszközök konfigurálva vannak.
A BIOS ezután meghatározza, hogy melyik eszközről indítsa el a rendszert, és megpróbálja mindegyiket a CMOS memóriában tárolt listából. A felhasználó módosíthatja ezt a listát, ha közvetlenül az indítás után belép a BIOS konfigurációs programjába. Általában először hajlékonylemezről próbálják meg a rendszerindítást. Ha ez nem sikerül, megpróbálja a CD-t. Ha a számítógép nem rendelkezik hajlékonylemezzel és CD-lemezzel is, a rendszer a merevlemezről indul. A rendszerindító eszközről az első szektor beolvassa a memóriába és végrehajtja. Ez a szektor tartalmaz egy programot, amely a végén ellenőrzi a partíciós táblát rendszerindító szektor annak meghatározásához, hogy melyik szakasz aktív. A másodlagos rendszerbetöltő ugyanarról a partícióról olvassa be. Beolvassa az operációs rendszert az aktív partícióról, és elindítja.
Az operációs rendszer ezután lekérdezi a BIOS-t a számítógép konfigurációjával kapcsolatos információkért, és minden eszközhöz ellenőrzi az illesztőprogramot. Ha az illesztőprogram nincs jelen, az operációs rendszer felszólítja a felhasználót, hogy helyezze be az illesztőprogramot tartalmazó hajlékonylemezt vagy CD-t (ezeket a lemezeket az eszköz gyártója szállítja). Ha az összes illesztőprogram a helyén van, az operációs rendszer betölti azokat a kernelbe. Ezután inicializálja az illesztőprogram tábláit, létrehozza a szükséges háttérfolyamatokat, és elindítja a jelszóbeviteli programot ill GUI minden terminálon.
5. A számítástechnika fejlődésének története
Minden IBM-kompatibilis személyi számítógép Intel-kompatibilis processzorokkal van felszerelve. Az Intel család mikroprocesszorainak fejlődésének története röviden a következő. Az első univerzális mikroprocesszor az Intel által 1970-ben jelent meg. Intel 4004-nek hívták, négybites volt, és képes volt négybites szavak bevitelére/kimenetére és feldolgozására. Sebessége 8000 művelet volt másodpercenként. Az Intel 4004 mikroprocesszort 4K bájt memóriával rendelkező programozható számológépekben való használatra tervezték.
Három évvel később az Intel kiadta a 8080-as processzort, amely már 16 bites aritmetikai műveleteket tudott végrehajtani, 16 bites címbusszal rendelkezett, és így akár 64 KB memóriát is meg tudott címezni (2516 0 = 65536). 1978-ban megjelent a 8086-os processzor, amelynek szómérete 16 bites (két bájt), 20 bites busz, és már 1 MB memóriával (2520 0 = 1048576, vagyis 1024 KB) tudott működni, felosztva egyenként 64 KB-os blokkok (szegmensek). A 8086 processzort IBM PC-vel és IBM PC / XT-vel kompatibilis számítógépekkel szerelték fel. Az új mikroprocesszorok fejlesztésének következő nagy lépése a 8028b processzor volt, amely 1982-ben jelent meg. 24 bites címbusszal rendelkezett, 16 megabájt címterületet tudott kezelni, és IBM PC/AT-vel kompatibilis számítógépekre telepítették. 1985 októberében megjelent a 80386DX 32 bites címbusszal (maximális címterület 4 GB), 1988 júniusában pedig a 80386SX, amely olcsóbb volt, mint a 80386DX, és 24 bites címbusszal. Aztán 1989 áprilisában megjelenik a 80486DX mikroprocesszor, 1993 májusában pedig a Pentium processzor első változata (mindkettő 32 bites címbusszal).
1995 májusában Moszkvában a Komtek-95 nemzetközi kiállításon az Intel bemutatta új processzor- P6.
A P6 egyik legfontosabb tervezési célja a Pentium processzor teljesítményének megduplázása volt. Ugyanakkor a P6 első verzióinak gyártása a már debuggolt "Intel" szerint történik, és a gyártásban használatos. legújabb verziói Pentium félvezető technológia (0,6 µm, Z, Z V).
Ugyanaz a gyártási folyamat biztosítja, hogy a P6 tömeggyártása nélkül is lehessen komoly problémákat. Ez azonban azt jelenti, hogy a teljesítmény megkétszerezése csak a processzor mikroarchitektúrájának átfogó fejlesztésével érhető el. A P6 mikroarchitektúrát különféle építészeti módszerek gondosan átgondolt és hangolt kombinációjával fejlesztették ki. Némelyiket korábban "nagy" számítógépek processzoraiban tesztelték, néhányat akadémiai intézmények javasoltak, a többit az Intel cég mérnökei fejlesztették ki. Az építészeti jellemzők egyedülálló kombinációja, amelyet az Intel "dinamikus végrehajtásként" emleget, lehetővé tette az első P6 chipek számára, hogy meghaladják eredetileg tervezett teljesítményszintjüket.
Ha összehasonlítjuk az x86 család alternatív „Intel” processzoraival, kiderül, hogy a P6 mikroarchitektúra sok közös vonást mutat a NexGen Nx586 és az AMD K5 processzorainak mikroarchitektúrájával, és – bár kisebb mértékben – az M1-gyel. Cyrix. Ezt a közösséget az magyarázza, hogy a négy vállalat mérnökei ugyanazt a problémát oldották meg: RISC technológia elemeit vezették be, miközben megtartották a kompatibilitást az Intel x86 CISC architektúrával.
Két kristály egy dobozban
A P6 fő előnye és egyedi tulajdonsága az elhelyezés a processzorral egy csomagban egy 256 KB méretű másodlagos statikus gyorsítótár, amely dedikált buszon keresztül kapcsolódik a processzorhoz. Ez a kialakítás jelentősen leegyszerűsíti a P6-on alapuló rendszerek tervezését. A P6 az első sorozatgyártású mikroprocesszor, amely két chipet tartalmaz egy csomagban.
A P6-ban lévő CPU-kimenet 5,5 millió tranzisztort tartalmaz; második szintű gyorsítótár kristály - 15,5 millió. Összehasonlításképpen, a legújabb Pentium modell körülbelül 3,3 millió tranzisztort tartalmazott, és az L2 gyorsítótárat külső memóriachipek segítségével valósították meg.
A gyorsítótárban lévő tranzisztorok ilyen nagy száma a statikus jellegének köszönhető. A P6 statikus memóriája hat tranzisztort használ egy bit tárolására, míg a dinamikus memória bitenként egy tranzisztort használ. A statikus memória gyorsabb, de drágább. Bár a másodlagos gyorsítótárral rendelkező lapkán a tranzisztorok száma háromszor nagyobb, mint a processzorchipen, a gyorsítótár fizikai méretei kisebbek: 202 négyzetmilliméter a processzor 306-tal szemben. Mindkét szerszám egy 387 tűs kerámiacsomagban ("kétüregű pin-drid array") van elhelyezve. Mindkét szerszám ugyanazzal a technológiával készül (0,6 µm, 4 rétegű Metal-BiCMOS, 2,9 V). Becsült maximális energiafogyasztás: 20 W 133 MHz-en.
A processzor és a másodlagos gyorsítótár egy csomagban való kombinálásának első oka az, hogy megkönnyítsük a P6-on alapuló nagy teljesítményű rendszerek tervezését és gyártását. A gyors processzorra épített számítástechnikai rendszer teljesítménye nagymértékben függ a processzor környezetének mikroáramkörök finomhangolásától, különös tekintettel a másodlagos gyorsítótárra. Nem minden számítógépgyártó engedheti meg magának a megfelelő kutatást. A P6-ban a másodlagos gyorsítótár már optimálisan a processzorra van hangolva, megkönnyítve ezzel az alaplap tervezését.
A kombinálás második oka a teljesítmény javítása. A második szintű kzsh egy speciálisan dedikált 64 bites szélességű buszon keresztül csatlakozik a processzorhoz, és ugyanazon az órajelen működik, mint a processzor.
Az első 60 és 66 MHz-es Pentium processzorok 64 bites buszon keresztül, azonos órajellel fértek hozzá a másodlagos gyorsítótárhoz. A Pentium órajelének növekedésével azonban túl nehézzé és költségessé vált a tervezők számára ezt a frekvenciát fenntartani alaplap. Ezért elkezdték használni a frekvenciaosztókat. Például egy 100 MHz-es Pentium esetében a külső busz 66 MHz-es frekvencián működik (a 90 MHz-es Pentium esetében 60 MHz-en). A Pentium ezt a buszt használja mind a másodlagos gyorsítótár eléréséhez, mind a fő memória és más eszközök, például a PCI chipkészlet eléréséhez.
Dedikált busz használata a másodlagos gyorsítótár eléréséhez javítja a számítási rendszer teljesítményét. Először is ez a processzor és a busz sebességének teljes szinkronizálását éri el; másodszor, a versenyt más I/O műveletekkel és a kapcsolódó késéseket kizárjuk. Az L2 cache busz teljesen elkülönül a külső busztól, amelyen keresztül a memória és a külső eszközök érhetők el. A 64 bites külső busz a processzor sebességének felével, egyharmadával vagy negyedével futhat, a másodlagos gyorsítótárbusz pedig függetlenül, teljes sebességgel.
A processzor és a másodlagos gyorsítótár egy csomagban való kombinálása, valamint a dedikált buszon keresztüli kommunikáció egy lépés a legerősebb RISC processzorokban használt teljesítménynövelő technikák felé. Tehát a „Digital” Alpha 21164 processzorában a második szintű, 96 kb-os gyorsítótár a processzormagban található, akárcsak az elsődleges gyorsítótár. Ez nagyon magas gyorsítótár-teljesítményt biztosít azáltal, hogy a chipenkénti tranzisztorok számát 9,3 millióra növeli. Az Alpha 21164 teljesítménye 330 SPECint92 300 MHz-en. A P6 teljesítménye alacsonyabb (az Intel becslése szerint 200 SPECint92 133 MHz-en), de a P6 biztosítja a legjobb költség/teljesítmény arányt potenciális piacán.
A költség/teljesítmény arány értékelésekor figyelembe kell venni, hogy bár a P6 drágább lehet versenytársainál, a legtöbb processzort további memóriachip-készlettel és gyorsítótár-vezérlővel kell körülvenni. Ezenkívül az összehasonlítható gyorsítótár-teljesítmény eléréséhez más processzoroknak 256 KB-nál nagyobb gyorsítótárat kell használniuk.
Az "Intel" rendszerint számos változatot kínál processzoraiból. Ez azért történik, hogy megfeleljen a rendszertervezők változatos követelményeinek, és kevesebb teret hagyjon a versenytárs modelleknek. Feltételezhetjük tehát, hogy a P6 megjelenése után hamarosan megjelennek mind a megnövelt mennyiségű másodlagos gyorsítótárral rendelkező módosítások, mind az olcsóbb, külső másodlagos gyorsítótárhellyel rendelkező, de dedikált busszal a másodlagos gyorsítótár és a processzor között.
Kiindulópontként a Pentium
A Pentium processzor csővezetékes és szuperskalárral az építészet lenyűgöző teljesítményszintet ért el. A Pentium két 5 fokozatú pipeline-t tartalmaz, amelyek párhuzamosan futhatnak, és gépóránként két egész számú utasítást hajthatnak végre. Ebben az esetben csak egy pár parancs hajtható végre párhuzamosan, egymás után követve a programban, és bizonyos szabályokat betartva, például az "olvasás után írás" típusú regiszterfüggőségek hiányát.
A P6-ban az átviteli sebesség növelése érdekében egyetlen 12 szakaszból álló csővezetékre tértünk át. A szakaszok számának növekedése az egyes szakaszokon végzett munka csökkenéséhez vezet, és ennek eredményeként a csapat által az egyes szakaszokon eltöltött idő 33 százalékkal csökken a Pentiumhoz képest. Ez azt jelenti, hogy ugyanazt a technológiát alkalmazva a P6 gyártása során, mint a 100 MHz-es Pentium gyártásánál, egy 133 MHz-es órajelű P6 jön létre.
A Pentium szuperskaláris architektúrájának képességeit, mivel órajelenként két utasítást tud végrehajtani, nehéz lenne felülmúlni egy teljesen új megközelítés nélkül. P6-ban alkalmazva új megközelítés kiküszöböli a merev kapcsolatot a hagyományos "fetch" és "execute" fázisok között, amikor az ezen a két fázison átmenő parancsok sorrendje megfelel a programban lévő parancsok sorrendjének.
Az új megközelítés az ún. utasításkészlet használatához, valamint a program jövőbeli viselkedésének előrejelzésére szolgáló új hatékony módszerekkel függ össze. Ebben az esetben a hagyományos „végrehajtási” fázist kettő váltja fel: „elküldés/végrehajtás” és „visszaállítás”. Ennek eredményeként a parancsok tetszőleges sorrendben indulhatnak el, de a végrehajtás mindig a programban szereplő eredeti sorrendnek megfelelően fejeződik be. A P6 mag három független eszközként van megvalósítva, amelyek utasításkészleten keresztül hatnak egymásra (1. ábra).
A fő probléma a teljesítmény javítása felé vezető úton
A modern mikroprocesszorok teljesítményét korlátozó tényezők alapos elemzése után született meg a döntés, hogy a P6-ot három független eszközként szervezzük meg, amelyek egy utasításkészleten keresztül működnek együtt. Az alapvető tény, ami a Pentiumra és sok más processzorra is igaz, az, hogy a valódi programok nem használják ki a processzor teljes erejét.
Míg a processzorok sebessége legalább 10-szeresére nőtt az elmúlt 10 évben, a főmemória hozzáférési ideje csak 60 százalékkal csökkent. A memória teljesítményének a processzorsebességhez viszonyított növekvő késése volt az alapvető probléma, amelyet a P6 tervezésénél kezelni kellett.
A probléma megoldásának egyik lehetséges módja az, hogy a hangsúlyt a processzort körülvevő nagy teljesítményű alkatrészek fejlesztésére helyezzük. A nagy teljesítményű processzort és nagy sebességű dedikált környezeti chipeket egyaránt tartalmazó rendszerek tömeggyártása azonban túl költséges lenne.
Megpróbálhatjuk a probléma megoldását nyers erővel, nevezetesen a második szintű gyorsítótár méretének növelésével, hogy csökkentsük azon esetek százalékos arányát, amikor a szükséges adatok nincsenek a gyorsítótárban.
Ez a megoldás hatékony, de rendkívül költséges is, különösen az L2 cache komponensek mai sebességi követelményeit figyelembe véve. A P6-ot a komplett számítási rendszer hatékony megvalósítása szempontjából tervezték, és elvárás volt, hogy a rendszer egészének nagy teljesítménye olcsó memória alrendszerrel valósuljon meg.
És így, A P6 architektúrás technikáinak kombinációja, mint például a továbbfejlesztett elágazás előrejelzés (majdnem mindig helyesen határozza meg a következő utasítássorozatot), az adatfolyam-elemzés (meghatározza az utasítások végrehajtásának optimális sorrendjét) és a megelőző végrehajtás (a várt utasítássorozat végrehajtása) üresjárat nélkül az optimális sorrendben), lehetővé tette, hogy megduplázzuk a teljesítményt a Pentiumhoz képest ugyanazzal a gyártási technológiával. A módszerek ezen kombinációját dinamikus végrehajtásnak nevezzük.
Az Intel jelenleg egy új, 0,35 mikronos gyártási technológiát fejleszt, amely 200 MHz feletti magórajelű P6 processzorok gyártását teszi lehetővé.
A P6 mint platform nagy teljesítményű szerverek építéséhez
A legjelentősebbek között Az elmúlt évek számítógép-fejlesztési trendjei az x86 processzorcsaládra épülő rendszerek alkalmazásszerverként való növekvő használata, valamint az „Intel” növekvő szerepe a nem processzoros technológiák, például buszok szállítójaként, hálózati technológiák, videótömörítés, flash memória és rendszeradminisztrációs eszközök.
A P6 processzor megjelenése folytatja az Intel azon politikáját, hogy azokat a funkciókat hordozza, amelyek korábban csak mások számára voltak elérhetők drága számítógépek, a tömegpiacra. A P6 belső regiszterek számára paritás biztosított, a processzormagot és a második szintű gyorsítótárat összekötő 64 bites busz pedig hibaérzékelő és -javító eszközökkel van felszerelve. A P6-ba épített új diagnosztikai lehetőségek lehetővé teszik a gyártók számára, hogy megbízhatóbb rendszereket tervezzenek. A P6 lehetőséget biztosít több mint 100 processzorváltozóról vagy a processzorban előforduló eseményről, például a gyorsítótárban lévő adatok hiányáról, a regiszterek tartalmáról, az önmódosító kód megjelenéséről stb., a processzor kapcsolatain keresztül információt fogadni. vagy szoftver használatával. Az operációs rendszer és más programok elolvashatják ezeket az információkat a processzor állapotának meghatározásához. A P6 továbbfejlesztett ellenőrzőpont-támogatással is rendelkezik, azaz hiba esetén lehetővé teszi a számítógép visszaállítását egy korábban rögzített állapotba.
A számítástechnika már régen megjelent, hiszen már a civilizáció fejlődésének hajnalán megvolt az igény különféle számításokra. A számítástechnika rohamos fejlődése. Az első PC-k, miniszámítógépek létrehozása a huszadik század 80-as évei óta.
absztrakt, hozzáadva: 2008.09.25
Számítógépes berendezések műszaki és megelőző karbantartására szolgáló rendszerek jellemzői. Diagnosztikai programok operációs rendszerekhez. Az automatizált vezérlőrendszerek kapcsolata. A számítógép védelme a külső káros hatásoktól.
absztrakt, hozzáadva: 2015.03.25
Informatikai-elemző rendszer fejlesztése a számítástechnika konfigurációjának elemzésére és optimalizálására. A számítástechnika automatizált vezérlésének felépítése. Szoftver, a projekt gazdasági hatékonyságának alátámasztása.
szakdolgozat, hozzáadva: 2013.05.20
kézi színpad számítástechnika fejlesztése. Pozíciórendszer leszámolás. A mechanika fejlődése a XVII. Elektromechanikus szakasz a számítástechnika fejlődésében. Ötödik generációs számítógépek. A szuperszámítógép paraméterei és jellemzői.
szakdolgozat, hozzáadva 2012.04.18
A személyi számítógép (PC) eszköze és működési elve. A számítógép állapotának diagnosztikája és hibaelhárítása. Számítógépes létesítmények karbantartásának feladatai. A berendezések működőképes állapotban tartásának módszereinek kidolgozása.
szakdolgozat, hozzáadva 2011.07.13
A számítástechnika fejlesztésének külföldi, hazai gyakorlatának vizsgálata, valamint a számítógépek fejlesztésének kilátásai a közeljövőben. Számítógépes technológiák. A számítástechnikai ipar fejlődési szakaszai hazánkban. A PC és a kommunikáció egyesítése.
szakdolgozat, hozzáadva 2013.04.27
A tervezési eljárások osztályozása. A számítástechnika és a mérnöki tervezés szintézisének története. Számítógéppel segített tervezőrendszerek funkciói, szoftvereik. A háromdimenziós szkennerek, manipulátorok és nyomtatók használatának jellemzői.
absztrakt, hozzáadva: 2012.12.25
Az adatfeldolgozás automatizálása. Informatika és gyakorlati eredményei. A digitális számítástechnika létrejöttének története. Elektromechanikus számítógépek. Az első, harmadik és negyedik generációs elektronikus csövek és számítógépek használata.
szakdolgozat, hozzáadva: 2009.06.23
A személyi számítógép fogalma, jellemzői, főbb részei és rendeltetésük. Az informatika oktatásának eszközei és a munkaszervezés sajátosságai a számítástechnikai irodában. Munkahelyi berendezések és szoftveralkalmazások.
absztrakt, hozzáadva: 2012.07.09
A számítógépes rendszer összetétele - a számítógép konfigurációja, hardvere és szoftvere. Eszközök és eszközök, amelyek a személyi számítógép hardverkonfigurációját alkotják. Fő memória, I/O portok, periféria adapter.
