Архитектура эвм, построенная на принципах фон Неймана
Структура современных эвм
Начало изменений в классической архитектуре относится к 3-му поколению ЭВМ (переход от транзисторов к интегральным схемам). Это было обусловлено возникновением противоречия между высокой скоростью обработки данных внутри машины и медленной работой устройств ввода-вывода (у них механические части). Процессор вынужден простаивать в ожидании данных извне. Стало необходимо освободить центральный процессор от функции обмена данными с внешними устройствами.
В современных ЭВМ эта функция передана контроллеру. Контроллер (адаптер) – устройство, которое связывает периферийное оборудование и каналы связи с центральным процессором, освобождая его от непосредственного управления функционированием данного оборудования, т.е. контроллер – это специализированный процессор с собственной системой команд (контроллер НГМФ, контроллер принтера, видеоадаптер и др.). Сейчас любое внешнее устройство имеет контроллер.
Схема работы. Центральный процессор при необходимости обмена с внешним устройством выдает задание контроллеру на его осуществление. Контроллер создает канал связи между ОЗУ и внешним устройством. Дальнейшая передача идет под управлением контроллера без использования центрального процессора
Следующие изменение архитектуры. Появилось принципиально новое устройство – общая шина (магистраль, системная шина) для связи между отдельными функциональными узлами ЭВМ.
Системная шина – это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.
Системная шина включает:
Кодовую шину данных, которая служит для параллельной передачи всех разрядов числового кода. В ПК на базе Intel Pentium шина данных 64-х разрядная, за один такт на обработку поступает сразу 8 байт данных. Что передается.
Кодовую шину адреса, которая служит для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода – вывода внешнего устройства. Данные, передаваемые по адресной шине – трактуются как адреса ячеек оперативной памяти. Именно из этой шины процессор считывает адреса команд, которые необходимо выполнить. В современных процессорах шина адреса 32-разрядная (состоит из 32 параллельных проводников). Куда передается.
Кодовую шину управления (командная шина) – служит для передачи управленческих сигналов во все блоки машины. Большинство современных компьютеров имеют 32 разрядную командную шину, но бывают и 64-разрядные. Как передается.
Шинная архитектура ЭВМ
Как видно такую структуру легко пополнять новыми устройствами – открытость архитектуры.
Появление блока видеопамяти связано с разработкой особого устройства вывода – дисплея (монитора). Для получения на экране стабильной картинки ее нужно где-то хранить. Для этого и существует видеопамять. Сначала содержимое видеопамяти формируется компьютером. Затем контроллер дисплея выводит изображение на экран. Конструктивно видеопамять может быть выполнена как часть обычного ОЗУ или содержаться в контроллере дисплея.
Еще особенность современной ЭВМ. Существует режим прямого доступа к памяти (ПДП), при котором внешнее устройство обменивается непосредственно с ОЗУ без участия ЦП. Для этого существует специальный контроллер ПДП. Режим ПДП появился только в машинах III поколения.
Пример использования ПДП. Работа звуковой карты. Воспроизведение звуков с точки зрения процессора очень медленное (процессор - частота 500 МГц, частота дискретизации CD – 44 Гц) В этом случае процессор лишь помещает в ОЗУ необходимые данные и сообщает контроллеру ПДП их адрес и количество. Последний, не спеша, обеспечивает передачу данных, которая требуется звуковой карте.
При описании магистральной структуры с точки зрения архитектуры упрощенно предполагалось, что все устройства взаимодействуют через общую шину. На практике при увеличении потоков данных между устройствами ЭВМ вводится одна или несколько дополнительных шин. Например, одна – для обмена с памятью, вторая для связи с «быстрыми», третья – с «медленными» внешними устройствами.
Систе́мный блок (сленг. системник, кейс, корпус) — функциональный элемент, защищающий внутренние компоненты компьютера от внешнего воздействия и механических повреждений, поддерживающий необходимый температурный режим внутри, экранирующий создаваемые внутренними компонентами электромагнитное излучение и являющийся основой для дальнейшего расширения системы. Системные блоки массово изготавливают заводским способом из деталей на основе стали, алюминия и пластика. Для креативного творчества используются такие материалы, как древесина или органическое стекло. В качестве привлечения внимания к проблемам защиты окружающей среды, выпущен корпус из гофрокартона[1].
В информатике, ввод/вывод (в англ. языке часто используется сокращение I/O — input/output) означает взаимодействие между обработчиком информации (например, компьютер) и внешним миром, который может представлять как человек, так и любая другая система обработки информации. Ввод — сигнал или данные, полученные системой, а вывод — сигнал или данные, посланные ею (или из нее). Термин также может использоваться как обозначение (или дополнение к обозначению) определенного действия: «выполнять ввод/вывод» означает выполнение операций ввода или вывода. Устройства ввода-вывода используются человеком (или другой системой) для взаимодействия с компьютером. Например, клавиатуры и мыши — специально разработанные компьютерные устройства ввода, а мониторы и принтеры — компьютерные устройства вывода. Устройства для взаимодействия между компьютерами, как модемы и сетевые карты, обычно служат устройствами ввода и вывода одновременно.
Стоит отметить, что назначение устройства в качестве устройства ввода или вывода зависит от перспективы. Мыши и клавиатуры принимают физическое взаимодействие, осуществляемое человеком-пользователем (кстати, относительно него это будут действия по выводу информации), и превращает его в сигналы, понятные компьютеру. Вывод информации из этих устройств является вводом ее в компьютер. Аналогично, принтеры и мониторы получают на входе сигналы, которые выводит компьютер. Затем они преобразуют эти сигналы в такой вид, который человек сможет увидеть или прочитать. (Для людей-пользователей процесс чтения или просмотра подобных вариантов представления информации является вводом или получением информации).
В компьютерной архитектуре объединение процессора и основной памяти (то есть памяти, из которой процессор может читать и записывать в нее напрямую с помощью особых инструкций) составляет «мозг» компьютера, и с этой точки зрения, любой обмен информацией с этим объединением, например, с дисковым накопителем, подразумевает ввод-вывод. Процессор и его сопутствующие электронные цепи реализуют ввод-вывод с распределением памяти, используемый в низкоуровневом программировании при реализации драйверов устройств.
Мультимедиа - данное понятие объединяет в себе множество различных компьютерных технологий, позволяющие одновременно использовать несколько информационных сред, прежде всего, текст, графика, звук, видео.
Если компьютер снабжен устройствами, которые поддерживают мультимедиа-технологии, то его называют мультимедиа-компьютер.
Спектр применения мультимедиа-технологий весьма обширный. Эти технологии применяются в образовательном процессе. Применяются различные электронные учебники, презентации с использованием анимации различных объектов. Это в свою очередь оказывает положительное влияние на запоминание учебного материала. Специалистами доказано, что из услышанного в памяти остается только четверть, из увиденного - треть, при комбинированном воздействии зрения и слуха - 50%, а если вовлечь учащегося в активные действия в процессе изучения при помощи мультимедиа-технологий - 75%.
Системы мультимедиа можно использовать в сфере рекламы - например, различные видеоролики.И конечно же самым главным потребителем мультимедиа являются компьютерные игры и различные виртуальные системы.Прежде чем приступить к рассмотрению мультимедиа-устройств, разберем что конкретно представляют из себя мультимедиа-технологии.
В первую очередь к таким технологиям относятся различные возможности по работе с видеоинформацией. Это возможность телевизионного приема различных телеканалов, возможность сохранить отдельные кадры видеофильма.
Придание анимации, движения различным объектам является сейчас очень полезной функцией, особенно при демонстрации различных презентаций.
Особое место в мультимедиа-технологиях занимает трехмерная графика, поскольку с ее помощью можно создавать объекты, имеющие кроме длины и ширины еще и свою глубину. Данная технология находит широкое применение в компьютерных играх.
Звуковые эффекты - сохранение в цифровом виде звучания музыкальных инструментов, звуков природы или музыкальных фрагментов, созданных на компьютере, либо записанных и оцифрованных.Ну и наконец самая современная технология - это виртуальная реальность (Virtual Reality). Слово "виртуальный" означает "действующий и проявляющий себя как настоящий". Под виртуальной реальностью понимают форму компьютерного моделирования, которая позволяет пользователю погрузиться в модельный мир и непосредственно действовать в нём.
Признаки виртуальной реальности:
моделирование в реальном масштабе времени;
имитация окружающей обстановки с высокой степенью реализма;
возможность воздействовать на окружающую обстановку и иметь при этом обратную связь.
Теперь рассмотрим аппаратные средства мультимедиа.
Для реализации мультимедиа-технологий прежде всего нужен персональный компьютер с мощным процессором, емкость оперативной памяти должна быть не менее 256 Mb, но чем больше, тем лучше, необходим также достаточно вместительный жесткий диск.Для работы с видеоизображениями необходима видеокарта или видеоконтроллер. Видеокарта может быть выполнена в виде отдельной платы, а также в виде маленькой микросхемы, интегрированной в материнскую плату компьютера (изображены на рисунке).
Проекторы позволяют выводить изображение на большой экран, благодаря чему возможность просмотра какой-либо информации появляется у большого числа пользователей.
Для приема телевизионных каналов используются специальные ТВ-тюнеры. Некоторые из них имеют возможность приема радиостанций.
Для работы со звуком пользуются специальными звуковыми картами (платами). Они также как и видеокарты могут быть либо встроены в материнскую плату, либо выполнены в виде отдельных устройств. Последние как правило имеют большие возможности, и как следствие более высокую цену.
Акустические системы позволяют наслаждаться прослушиванием различных музыкальных произведений, использовать их в компьютерных играх. Наиболее качественные системы те, у которых имеется один большой низкочастотный динамик (сабвуфер) в отдельном корпусе и несколько маленьких высокочастотных (сателлитов).
К мультимедийным приложениям относятся следующие: электронные учебники, энциклопедии, компьютерные игры, электронные презентации и многие другие.
Програ́ммное обеспе́чение (допустимо также произношение обеспече́ние) — совокупность программ системы обработки информации и программных документов, необходимых для эксплуатации этих программ. Также — совокупность программ, процедур и правил, а также документации, относящихся к функционированию системы обработки данных
Программное обеспечение является одним из видов обеспечения вычислительной системы, наряду с техническим (аппаратным), математическим, информационным, лингвистическим, организационным и методическим обеспечением.
В компьютерном сленге часто используется слово софт от английского слова software, которое в этом смысле впервые применил в статье в American Mathematical Monthly математик из Принстонского университета Джон Тьюки (англ. John W. Tukey) в 1958 году
Программное обеспечение принято по назначению подразделять на:
системное
прикладное
инструментальное
а по способу распространения и использования на:
несвободное/закрытое
открытое
свободное или FREEWARE(cвободное программное обеспечение может распространяться, устанавливаться и использоваться на любых компьютерах дома, в офисах, школах, вузах, а также коммерческих и государственных учреждениях без ограничений)
Также программное обеспечение по условию распространения подразделяют на giftware(пользователь данного ПО должен отправить издателю любой подарок(символический)),mailware ( пользователь данного ПО должен отправить письмо издателю о работе программы и предложение по её улучшению) и т.д.