Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Обладнання: Таблиці «Структурна схема еом», «Складови еом», навчальна програма «Сезам». Загальні поняття

Скачати 98.13 Kb.

Обладнання: Таблиці «Структурна схема еом», «Складови еом», навчальна програма «Сезам». Загальні поняття




Скачати 98.13 Kb.
Дата конвертації24.05.2017
Розмір98.13 Kb.
ТипУрок

Урок 2.1 Структура обчислювальної системи.
Обчи́слювальна систе́ма (англ. computer system) - сукупність ЕОМ та їх програмного забезпечення, що призначені для організації ефективного обчислювального процесу;
Апаратна та програмна складові обчислювальної системи. Ос­новні пристрої апаратної складової обчислювальної системи, їх функції та взаємодія. Взаємодія апаратної та програмної складових. Мікропроцесор. Основні функції мікропроцесора.

Обладнання: Таблиці «Структурна схема ЕОМ», «Складови ЕОМ»,

навчальна програма «Сезам».


1. Загальні поняття

Система — це щось ціле, складене із закономірно розташованих і взаємопов 'язаних частин.Наприклад: нервова система людини, сонячна система, система одиниць, річкова система (річка з притоками), система керу­вання космічним кораблем тощо.

Річкова́ систе́ма - сукупність приток головної річки у межах річкового басейну; частина гідрографічної сітки.
Нервова система - цілісна морфологічна і функціональна сукупність різних взаємопов'язаних нервових структур, яка спільно з гуморальною системою забезпечує взаємопов'язану регуляцію діяльності усіх систем організму та реакцію на зміну умов внутрішнього та зовнішнього середовища.
Со́нячна систе́ма - планетна система, що включає в себе центральну зорю - Сонце, і всі природні космічні об'єкти, що обертаються навколо нього.

Обчислювальна система ЕОМ — це єдність фізичних і теоретичних основ, методів кодування, елементної бази, технічних і програмних засобів для виконання обчислень та обробки інформації.

Фізичною основою сучасних ЕОМ є електронні і магнітні елемен­ти, які можуть перебувати у двох станах: ввімкнутому (намагніченому) і вимкнутому (розмагніченому).

Методи кодування ґрунтуються на двійковій системі числення, яка відповідає фізичній основі ЕОМ.

Програ́мне забезпе́чення (програ́мні за́соби) (ПЗ; англ. software) - сукупність програм системи обробки інформації і програмних документів, необхідних для експлуатації цих програм.
Обробка інформації́ - вся сукупність операцій (збирання, введення, записування, перетворення, зчитування, зберігання, знищення, реєстрація), що здійснюються за допомогою технічних і програмних засобів, включаючи обмін по каналах передачі даних [6.
Двійкова система числення - це позиційна система числення, база якої дорівнює двом та використовує для запису чисел тільки два символи: зазвичай 0 (нуль) та 1 (одиницю). Числа, представлені в цій системі часто називають двійковими або бінарними числами.


Теоретична основа ґрунтується на алгебрі логіки, яка відповідає фізичній основі і методам кодування інформації в ЕОМ.
Алгебра логіки (Булева логіка, двійкова логіка, двійкова алгебра) - розділ математичної логіки, що вивчає систему логічних операцій над висловлюваннями. Найчастіше передбачається, що висловлювання можуть бути тільки істинними або помилковими, тобто використовується так звана бінарна або двійкова логіка, на відміну від, наприклад, тризначної логіки.


Елементна база — це мікросхеми та вироби мікроелектроніки.

Технічні засоби — це апаратна частина ЕОМ, яка складається з пристроїв для введення, обробки, зберігання і виведення інформації.

Програмні засобице набір програм, які забезпечують праце­здатність обчислювальної системи ЕОМ і розв'язок різноманітних практичних задач.
2. Принципи функціонування ПЭВМ.

Структура апаратної складової була незмінною з першого покоління ЕОМ. Вона включає: пристрої введення-виведення інформації (периферійні пристрої), процесор та пам'ять.. Шлях обробки інформації полягає у її введенні через відповідні пристрої інформації, її кодуванні, обробки, декодуванні та виведенні. Сам процес обробки здійснюється на основі принципу автоматичної обробки інформації, котрий разом із принципом будови ЕОМ. був запропонований Дж.фон Нейманом.

Цей принцип включає такі положення:

1. ЕОМ є автоматом, який працює згідно з командами програми. Цей принцип передбачає наявність програми та розуміння її виконавчими пристроями. Програма повинна передбачати введення потрібних даних та виведення результатів.

2. Програма та дані розташовуються у внутрішній пам'яті, після чого автомат виконує обчислення згідно з командами програми. Внутрішня пам'ять являє собою сукупність комірок, кожна з яких має свою адресу за якою можна вільно звертатися до будь-якої комірки пам'яті.

3. Для розв'язання іншої задачі використовується інша програма, але структура ЕОМ лишається незмінною. Це положення гарантує універсальність ЕОМ, тобто можливість розв'язувати різні задачі за допомогою тих самих апаратних засобів.

Основоположником теоретичних принципів функціонування комп'ютерів вважається також видатний американський математик Джон фон Нейман. У 1945 році на міжнародній конференції ним були сформульовані в доповіді принципи функціонування універсальних обчислювальних пристроїв.

Принципи. Джона фон Неймана свідчать, що комп'ютер обов'язково повинен мати наступні пристрої:

1) арифметико-логічний пристрій, що виконує арифметичні і логические операції;

Арифметико-логічний пристрій (АЛП) (англ. Arithmetic Logic Unit, ALU) - блок процесора, що служить для виконання арифметичних та логічних перетворень над даними, що іменуються операндами. Цей пристрій є фундаментальною частиною будь-якого обчислювача, навіть найпростіші мікроконтролери мають його в складі свого ядра.

2) пристрій управління, організуючий процес виконання програм;

Пристрій управління, пристрій керування процесором (англ. Control Unit) - компонент апаратного забезпечення центрального процесора комп'ютерів. Являє собою кінцевий дискретний автомат.

3) запам'ятовуючий пристрій або пам'ять для зберігання програм і даних;

4) зовнішні пристрої для введення і виведення інформації.

Для персональних комп'ютерів головні принципи функціонування більш конкретні:

- магістрально-модульний принцип конструкції ПЭВМ;

- принцип цифрового кодування даних (інформація будь-якого вигляду в пам'яті комп'ютера може

передаватися і зберігатися у вигляді цифрових кодів);

- програмний принцип управління роботою комп'ютера (всі його функціональні можливості

реалізовуються при виконанні відповідних програм).

Величезну роль в розвитку IBM PC комп'ютерів зіграв закладений в них фірмою IBM в 1981 р. принцип відкритої архітектури. У той час цей була революція в компонуванні ПЭВМ. Фірма IBM зробила свій персональний комп'ютер не єдиним нероз'ємним пристроєм, а забезпечила можливість його зборки з незалежно виготовлених частин аналогічно дитячому конструктору. У його основу ліг магістрально-модульний принцип конструкції.

Головною відмінною рисою структури персонального комп'ютера є наявність системної шини (СШ), яка розташована на материнській платі. Системна шина забезпечує взаємодію і обмін інформацією для всіх пристроїв ПЭВМ.

Відкрита архітектура - архітектура комп'ютера, периферійного пристрою або програмного забезпечення, на яку опубліковані специфікації, що дозволяє іншим виробникам розробляти додаткові пристрої до систем з такою архітектурою.
Комп'ю́терна ши́на (англ. computer bus, походить від латинського omnibus, що означає - «для всіх») служить для передачі даних між окремими функціональними блоками комп'ютера і є сукупністю сигнальних ліній, які мають певні електричні характеристики і протоколи передачі інформації.
Матери́нська пла́та, систе́мна пла́та, ба́зова пла́та (англ. motherboard), відома також як головна плата (mainboard) - плата, на якій містяться основні компоненти комп'ютера, що забезпечують логіку. Плата є основою не лише персонального комп'ютера, а також смартфонів, гральних консолей.
Комуніка́ція (від лат. communicatio - єдність, передача, з'єднання, повідомлення, пов'язаного з дієсловом лат. communico - роблю спільним, повідомляю, з'єдную, похідним від лат. communis - спільний) - це процес обміну інформацією (фактами, ідеями, поглядами, емоціями тощо) між двома або більше особами, спілкування за допомогою вербальних і невербальних засобів із метою передавання та одержання інформації.
Вона являє собою сукупність одне- і двонапрямний електричних ліній, що логічно об'єднуються в шину управління, адресну шину і шину даних.
Стандартний комплект персонального комп'ютера IBM PC складається з трьох частин:

- системного блоку (що обробляє інформацію);

- клавіатури (пристрої введення символів і команд);

- дисплея (монітора - виведення текстової і графічної інформації).



Примітка: Якщо комп'ютер портативний, то в ньому системний блок, дисплей і клавіатура розміщуються в одному корпусі.
Горизонтальні:
  • Desktop (533×419×152 мм)

В системний блок входять:

Мікропроцесор процесор, який виконаний на одній великій інтегральній схемі.
Системний блок (англ.
FootPrint (406×406×152 мм)
computer case) - корпус комп'ютера, функціональний елемент, який захищає внутрішні компоненти комп'ютера від зовнішнього впливу та механічних пошкоджень, підтримує необхідний температурний режим в середині системного блоку, екранує створені внутрішніми компонентами електромагнітні випромінення та є основою для подальшого розширення системи.
Мікросхе́ма, інтегральна мікросхема (англ. integrated circuit) - електронна схема, що реалізована у вигляді напівпровідникового кристалу (чипу) та виконує певну функцію. Винайдена у 1958 році американськими винахідниками Джеком Кілбі та Робертом Нойсом.


Контролер - електронна схема, яка керує кожним зовнішним пристроєм в комп'ютері.
Електронна схема - це система з'єднаних між собою окремих електронних компонентів, таких як резистори, конденсатори, діоди, транзистори та індуктивності. Різні комбінації компонентів дозволяють виконувати безліч як простих, так і складних операцій, таких як підсилення сигналу, обробки та передачі інформації і т.д.
Деякі контролери (наприклад, контролер дисків) можуть керувати одночасно кількома пристроями.

Всі контролери і адаптери взаємодіють з мікропроцесором і оперативною пам'яттю через системну магістраль передачі даних, яку називають шиною.



Пам 'ять пристрій, призначений для зберігання інформації.
Передача даних (обмін даними, цифрова передача, цифровий зв'язок) - фізичне перенесення даних цифрового (бітового) потоку у вигляді сигналів від точки до точки або від точки до множини точок засобами електрозв'язку каналом зв'язку; як правило, для подальшої обробки засобами обчислювальної техніки.
Зберігання інформації - 1. Забезпечення належного стану інформації та її матеріальних носіїв. 2. Комплекс заходів, спрямований на забезпечення збереження повноти і цілісності сформованих даних про певну інформацію, створення і підтримання належних умов для їх використання, а також запобігання несанкціонованому доступу, поширенню і використанню.
Розрізняють внутрішню і зовнішню пам'ять.

Внутрішня память може не стиратися (ПЗП - постійний запам'ятовуючий пристрій), запис інформації виконується при її виготовленні; і стиратися (ОЗП -оперативний запам'ятовуючий пристрій) — пам'ять, призначена для збереження вхідної і вихідної інформації. Після виключення комп'ютера вона втрачається.

Зовнішня пам'ять призначена, як правило, для збереження великих масивів інформації, але, на відміну від внутрішньої, може бути відділена від комп'ютера і використана на іншому комп'ютері. Зовнішня пам'ять зберігає інформацію після виключення живлення. Прикладами можуть бути вінчестер, дискети.

Пристрої введення-виведення інформації різноманітні, і їх набір залежить від застосування комп'ютера. Найбільш розповсюджені з них: дисплей, клавіатура, принтер, миша, плоттер, сканер.

Для того, щоб комп’ютер міг працювати, необхідно, щоб в його оперативній пам’яті знаходилася програма та дані. А надходять вони туди з різних пристроїв - клавіатури, дисководів та ін. Результати виконання програми також виводяться на зовнішні пристрої. Таким чином для роботи комп’ютера необхідний обмін інформацією між оперативною памяттю та зовнішними пристроями, тобто процес введення-виведення інформації. Між будь-яким зовнішним пристроєм та оперативною пам’ттю існує дві проміжних ланки:

1. Контролер або адаптер-електронна схема, яка керує зовнішним пристроєм;

2. Магістраль передачи даних або шина, основною функцією якої є передача інформації між мікропроцесором та рештою компонентів комп’ютера.

Конструктивно електронна схема комп’ютера реалізована в вигляді материнської (системної) плати, до складу якої входять системна магістраль та елементи оперативної пам’яті. Контролери зовнішніх пристроїв підключаються до гнізд (слотів), які розташовані на системній платі. Таким чином, крім загальноприйнятого набору пристроїв, користувач має можливість зробити власну конфігурацію системи, підключаючи потрібні йому пристрої.

До магістралі, крім перелічених пожуть підключатися такі пристрої:

1.Сканер- пристрій, що дозволяє вводити інформацію в вигляді малюнків, текстів, фотографій, або інших графічних зображень.

2. Модем- для обміну інформацією через телефонну мережу з іншими комп’ютерами.

3. Факс-модем - поєднує можливості модема та телефаксу.

4. Звукова плата- для високоякісного відтворення звуків.

5. Адаптер локальної мережі- для обміну інформацією через комп’ютерну мережу.

Це далеко не повний перелік пристроїв, що можуть бути підключені до персонального комп’ютеру. Техніка постійно вдосконалюється та стає більш доступною широкому колу користувачів.


3. Мікропроцесор.

Мікропроцесор (МП) - здійснює обчислення по програмі, що зберігається в основній пам'яті (ОП) і забезпечує загальне управління комп'ютером. Він є центральним елементом ПЭВМ і виконується у вигляді однієї або декількох мікросхем.


Головні становлячі МП

- арифметико-логічний пристрій, призначений для виконання арифметичних і логічних операцій;

- пристрій управління, що забезпечує загальне управління обчислювальним процесом по

програмі і координацію роботи всіх пристроїв ПЭВМ;

- регістри;


  • пристрій управління каналами введення-виведення.

Робота процесора починається з того, що управляючий пристрій зчитує зміст так званого лічильника команд, де перед початком роботи знаходиться адреса за якою розташована перша команда програми.

Лічильник команд, програмний лічильник, вказівник на поточну команду (англ. program counter, instruction pointer) - в архітектурі комп'ютера спеціалізований регістр процесора, за допомогою якого визначається, яка команда програми буде виконуватись процесором наступною (або яка поточна команда ним виконується - залежно від прийнятого в тій чи інший архітектурі правила щодо завантаження лічильника).
Після цього, значення лічильника команд збільшується до значення адреси наступної комірки.

За прочитаною адресою управляючий пристрій прочитує код команди, дешифрує її та налаштовує арифметико-логічний пристрій (АЛП) на виконання цієї команди, або виконує її сам. Управляючий пристрій також забезпечує подання до АЛП необхідних даних, над якими виконується операція. Адреси, за якими зберігаються коди чисел, управляючий пристрій визначає з коду команди.

Після виконання операції, управляючий пристрій направляє результат до потрібних комірок пам'яті, після чого знов прочитує вміст лічильника команд і процес повторюється, доки не зустрінеться команда зупинки.

Може статися, що черговій команді потрібно вивести інформацію. В такому разі пристрій управління звертається до того з пристроїв виведення, яке передбачене, програмістом, та налаштовує його на роботу. Інколи чергова команда потребує додаткової інформації, що вимагає задіяти також пристрої введення інформації.

Пристрій виведення інформації (англ. output device) - периферійний пристрій для виведення інформації (результатів роботи обчислювальної машини) для людей і в зрозумілій для людей формі. Найчастіше пристрої виведення інформації виводять інформацію через звук і візуально.
Клавіату́ра (англ. keyboard) - сукупність розміщених у певному порядку клавіш пристрою, що використовується для введення і редагування даних, а також керування виконанням окремих операцій.
По закінченні роботи, пристрої введення або виведення інформації дають сигнал про завершення роботи. Синхронна та ритмічна робота вузлів забезпечується тактовим генератором.

Запитання для повторення.

1. Назвіть складові обчислювальної системи.

2. 3 чого складається апаратна складова?

3. Як впливають одна складова обчислювальної системи на іншу?

4. Чи можна вважати пристрій для продажу газованої води автоматом? Чому?

5. Яким чином процесор переходить від виконання однієї команди до іншої?

6. Для чого існує тактовий генератор?

7. Де зберігається програма та дані під час виконання програми?

8. Який обсяг інформації обробляє процесор за один тает? Як називається ця порція?
Характеристики мікропроцесорів. Мікропроцесори видрізняються, в основному, типом (моделлю), розрядністю і тактовою частотою.
Генератор тактової частоти (генератор тактових імпульсів) - електронний генератор, призначений для генерації електричних тактових імпульсів заданої частоти (зазвичай прямокутної форми) для синхронізації сигналів та процесів в цифрових пристроях - ЕОМ, електронних годинниках і таймерах, в мікропроцесорній та іншій цифровій техніці.
Та́ктова частота́ - основна одиниця виміру частоти тактів у синхронних колах, що визначає кількість елементарних операцій (тактів), що виконуються системою за 1 секунду.(За підручником І.Л. Володіна, В.В. Володін 9 клас)
Найбільш розповсюджені моделі Intel-8088, 80286, 80386SX, 80386, 80486 та Pentium, які перелічені в порядку зростання продуктивності. Однакові моделі мікропроцесорів можуть мати різну тактову частоту- чим вище тактова частота, тим вище продуктивність.

Тактова частота вказує скільки елементарних операцій (тактів) мікропроцесор виконує за одну секунду. Тактова частота вимірюється в мегагерцах (Мгц). Слід зазначити, що різні моделі мікропроцесорів виконують однакові операції (наприклад, додавання або множення) за різне число тактів. Чим вище модель мікропроцесора, тим, як правило, менше тактів треба для виконання тих самих операцій. Тому, наприклад, мікропроцесор Intel-80386 працює майже в два рази швидше Intel-80286 з такой же тактовою частотой. Розрядність визначає довжину машинного слова (порції інформації) в бітах.

Нижче наводяться дані про деякі мікропроцесори фірми Intel:

Модель Тактова частота Розрядність Кеш Напруга

Мгц зовн./внутр. Кбайт живлення В.


386SX 16,20,25,33 16/32 — 5.0

386DX 16,20,25,33 32 — 5.0

386SL 16,20,25 16/32 — 3.3/5.0

486SL 25,33 32 8.0 3.3

RapidCAD 16...33 32 — 5.0

486SX 16,20,25,33 32 8.0 5.0

486DX 25,33,40,50 32 8.0 5.0

Pentium 60,66 64 16.0 5.0

4. Програмне забезпечення ЕОМ.

Програмне забезпеченнясукупність усіх програм, створених для розв'язування задач на комп'ютері. Під програмою розуміють опис, що сприймається ЕОМ і достатнє для рішення на ній певної задачі. Для складання програм використовують штучні мови, звані мовами програмування.

Шту́чна мо́ва - це мова, чия фонологія, граматика та/або словниковий запас були цілеспрямовано створені особою чи групою осіб. Це відрізняє штучні мови від мов, які розвивались еволюційно. Штучні мови створюються через багато причин: наприклад, щоб спростити спілкування між людьми (міжнародні мови), щоб додати реалізму вигаданому світу чи з інших естетичних міркувань (вигадані мови), для лінгвістичних експериментів (наприклад перевірки гіпотези Сепіра-Ворфа) чи для мовних ігор.
Мо́ва програмува́ння (англ. Programming language) - це штучна мова, створена для передачі команд машинам, зокрема комп'ютерам. Мови програмування використовуються для створення програм, котрі контролюють поведінку машин, та запису алгоритмів.
ЕОМ, як правило, безпосередньо сприймає і виконує програми, написані тільки на одному з мов програмування, який при цьому є машинною мовою даною ЕОМ. Под ПО у вузькому значенні розуміється просто сукупність програм. У широкому значенні в ПО ( нарівні з програмами ) включають різні мови, процедури, правила і документацію, необхідні для використання і експлуатації програмних продуктів.
Програ́мний проду́кт (англ. programming product) - це: програмний засіб, програмне забезпечення, які призначені для постачання користувачеві (покупцеві, замовникові). програма, яку може запускати, тестувати, виправляти та змінювати будь-яка людина.

ПО ЕОМ по функціональній ознаці традиційно ділиться на системне і прикладне.

Системним називається ПО, що використовується для розробки і виконання програмних продуктів, а також для надання користувачу ЕОМ певних послуг. Воно є необхідним доповненням до технічних засобів ЕОМ. Без СПО машина по суті не робоча.

Операційні системи є невід'ємним обов'язковим доповненням ЕОМ, яки організовувают виконання програм і взаємодію користувача з комп'ютером. Інші компоненти СПО є факультативними. Їх склад визначається потребами і бажаннями користувача.

Прикладним називають ПО, призначене для рішення певної цільової задачі або класу таких задач. До цих задач відносяться виробництво обчислень по заданому алгоритму, підготовка того або іншого текстового документа і т.п.

Прикладне програмне забезпечення (ППЗ) - складається з сукупності програм, призначених для розв'язування задач специфічних для конкретної області (бухгалтерія, медицина, виробництво). Вони розраховані на користувача, який не складає програми, а лише їх використовує. До ППЗ належать: текстові редактори, які призначені для підготовки всіх видів документації;

Текстовий редактор - комп'ютерна програма-застосунок, призначена для створення й зміни текстових файлів (вставки, видалення та копіювання тексту, заміни змісту, сортування рядків), а також їх перегляду на моніторі, виводу на друк, пошуку фрагментів тексту тощо.
бази даних, призначені для зберігання спеціальним чином організованої інформації та ін.







Скачати 98.13 Kb.

  • Обладнання
  • Методи кодування
  • Теоретична основа
  • Елементна база
  • Програмні засоби
  • Стандартний комплект персонального компютера IBM PC складається з трьох частин
  • Контролер
  • Пристрої введення-виведення
  • Сканер
  • Факс-модем
  • Запитання для повторення.
  • Характеристики мікропроцесорів
  • 4. Програмне забезпечення ЕОМ.
  • Системним називається ПО