Современные компьютерные системы

РЕФЕРАТ

Тема: Современные компьютерные системы

План

1. Введение

2. Компьютерные системы

3. Классификация ЭВМ

4. Заключение

5. Литературы

ВВЕДЕНИЕ

Пользуются компьютерными технологиями сейчас все слои населения в различных сферах.   Информатизация общества — это огромный социальный процесс, состоящий в том, что преобладающим видом деятельности в сфере общественного производства является сбор, накопление, обработка, хранение, передача и использование всех видов информации, которые осуществляются на основе различных современных средств микропроцессорной и вычислительной техники, а также на базе абсолютно разных средств информационного обмена. 

В прошлом информация считалась сферой бюрократической работы и ограниченным инструментом для принятия решений. Сегодня информацию рассматривают как один из основных ресурсов развития общества, а информационные системы и технологии как средство повышения производительности и эффективности работы людей.

Наиболее широко информационные системы и технологии используются в производственной, управленческой и финансовой деятельности, хотя начались подвижки в сознании людей, занятых и в других сферах, относительно необходимости их внедрения и активного применения.

Быстро увеличивается число ЭВМ, находящихся в эксплуатации, и возрастает их сложность. В результате растет численность обслуживающего персонала и повышаются требования к его квалификации. Увеличение надежности машин приводит к тому, что поиск неисправных элементов и ремонт их производятся сравнительно редко. Поэтому наряду с повышением надежности машин наблюдается тенденция потери эксплуатационным персоналом определенных навыков отыскания и устранения неисправностей. Таким образом, возникает проблема обслуживания непрерывно усложняющихся вычислительных машин и систем в условиях, когда не хватает персонала высокой квалификации.

Современная вычислительная техника решает эту проблему путем создания систем автоматического диагностирования неисправностей, которые призваны облегчать обслуживание и ускорить ремонт машин.

Система автоматического диагностирования представляет собой комплекс программных, микропрограммных и аппаратурных средств и справочной документации (диагностических справочников, инструкций, тестов).

1. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

1.1 Информационные технологии: понятие, история развития, классификация

Под информационной технологией понимается совокупность методов и технических средств сбора, организации, хранения, обработки, передачи и представления информации, расширяющая знания людей и развивающая их возможности по управлению техническими и социальными процессами».

Информационная технология (ИТ) в своем развитии прошла несколько этапов.

До второй половины XIX в. основу информационной технологии составляли перо, чернильница и бухгалтерская бумага. Коммуникация (связь) осуществлялась путем направления пакетов (депеш). Продуктивность информационно обработки была крайне низкой: каждое письмо копировалось отдельно вручную; помимо счетов, суммируемых также вручную, не было другой информации для принятия решений.

На смену «ручной» информационной технологии в конце XIX в. пришла «механическая». Изобретение пишущей машинки, телефона, диктофона, модернизация системы общественной почты – все это послужило базой для принципиальных изменений в технологии обработки информации и, как следствие, в продуктивности работы. По существу, «механическая» технология проложила дорогу к формированию организационной структуры существующих учреждений.

40-60-е годы XX в. характеризуются появлением «электрической» технологии, основанной на широком использовании электрических пишущих машинок со съемными элементами, копировальных машин на обычной бумаге (типа ксерокса), портативных диктофонов. Они улучшили учрежденческую деятельность за счет повышения качества, количества и скорости обработки документов. Многие современные учреждения базируются на «электрической» технологии.

Появление во второй половине 60-х годов больших производственных ЭВМ на периферии учрежденческой деятельности (в вычислительных центрах) позволило сместить акцент в информационной технологии на обработку не формы, а содержания информации. Это было началом формирования «электронной», или «компьютерной», технологии.

Новая информационная технология (НИТ) – информационная технология, в которой используются последние достижения информатики. В настоящее время НИТ – это компьютерная информационная технология

Для того чтобы правильно понять, оценить, грамотно разработать и использовать информационные технологии в различных сферах жизни общества необходима их предварительная классификация.

Классификация информационных технологий зависит от критерия классификации. В качестве критерия может выступать показатель или совокупность признаков, влияющих на выбор той или иной информационной технологии. Примером такого критерия может служить пользовательский интерфейс (совокупность приемов взаимодействия с компьютером),

Неотъемлемой частью информационной технологии является электронная почта, представляющая собой набор программ, позволяющий хранить и пересылать сообщения между пользователями.

Классифицируя информационную технологию по типу носителя информации, можно говорить о бумажной (входные и выходные документы) и безбумажной (сетевая технология, современная оргтехника, электронные деньги, документы) технологиях.

1.2 Компьютерные системы

• 
  обмен информацией;
  
• 
  общее использование программного обеспечения;
  
• 
  общее использование оборудования (принтеры, модемы, диски т.п.).
  

В рамках одного учреждения довольно практично использовать кабельное соединение. Преобразование информации для передачи по кабелю осуществляют устройства, встраиваемые в компьютер - сетевые адаптеры. Такие местные сети получили название локальные сети. А если нам нужно соединить нашу локальную сеть с другой локальной сетью, то как протянуть кабель для подключения к сети, расположенной достаточно удаленно от данной, например, в другом здании или другом городе?

Для этого используют уже существующие кабельные соединения, такие как телефонные линии. Вопросами перекодировки информации для прохождения по телефонным линиям, занимаются специальные устройства, подключаемые к компьютеру - модемы. Можно использовать и другие способы соединения, например, радиосвязь. Устройства преобразования в этом случае будут другими. Удаленные локальные сети, объединяются друг с другом, создавая глобальные сети. Примером глобальной сети является сеть Интернет.

1.3. Предпосылки появления компьютера

Определяющий признак – электронный прибор.

Независимо от принципа действия все виды часов обладают способностью генерировать через равные промежутки времени перемещения или сигналы и регистрировать возникающие при этом изменения, т. е. выполнять автоматическое суммирование сигналов или перемещений. В основе любого современного персонального компьютера лежит текстовый генератор, вырабатывающий через равные интервалы времени электрические сигналы, которые используются для приведения в действие все устройств компьютерной системы. Фактически управление компьютером сводится к управлению распределением сигналов между устройствами. Существует несколько механических предпосылок, ряд механических калькуляторов, способных выполнять +, -, /, *.

Язык программирования - Ада (перфокарты).

Математические первоисточники персональных компьютеров:

- двоичная система Лейбница – возможность представления любых чисел двоичными цифрами 0 и 1. В электронных и электрических устройствах речь идет о регистрации состояний элементов устройства. Таких устойчивых и различимых состояний всего два:

- вкл.; - заряжен;

- выкл.; - разряжен.

Поэтому традиционная десятичная система не удобна для вычислений электронных устройств. Система двоичного кодирования основана на представлении данных последовательностью всего двух цифр 0 и 1.

Бит – минимально возможная двоичная единица информации, принимающая одно из двух возможных значений (0 и 1).

0 – истина, вкл., белое. 1 – ложь, выкл., черное.

1 бит – 2 понятия, 2 бита – 4 понятия, 3 бита – 8 понятий, 4 бит – 16 понятий, 5 бит – 32 понятия. N бит – 2ⁿ, где N – количество независимых кодированных значений, n – количество бит (разрядность двоичного кодирования).

- логика Джорджа Буля.

Основное назначение булевой алгебры в том, чтобы кодировать логические высказывания и сводить структуры логических умозаключений к простым выражениям, близким по форме к математическим формулам. Результатом формального расчета логического выражения является одно из двух значений – истина или ложь.

При создании ЭВМ использованы 4 основные логические операции:

- пересечение («и»);

- объединение («или»);

- обращение, исключение («не»);

- исключающее («или», «не или»).

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭВМ

2.1. Что такое архитектура и структура компьютера?

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.

Наиболее распространены следующие архитектурные решения.

Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа (рис. 2.1). Это однопроцессорный компьютер.   К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.

Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры — устройства управления периферийными устройствами.

Контроллер — устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.

Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи. Структура такой машины, имеющей общую оперативную память и несколько процессоров, представлена на рис. 2.3.

 Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.

Преимущество в быстродействии многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными очевидно.

Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе — то есть по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных. Структура таких компьютеров представлена на рис. 2.4.

В современных машинах часто присутствуют элементы различных типов архитектурных решений. Существуют и такие архитектурные решения, которые радикально отличаются от рассмотренных выше.

Большинство современных компьютеров являются IBM PS – совместимыми персональными компьютерами – подразумевается, что они совместимы с компьютером IBM PS, разработанным в 1981 г. фирмой IBM.

Совместимость – возможность исполнения на любой модели совместимого компьютера любой программы, записанной для этого вида компьютера (программная совместимость) и возможность независимого подключения к различным компьютерам различных внешних устройств (аппаратная совместимость). В основе совместимости компьютеров лежит принцип открытой архитектуры – возможность сборки компьютера из независимо изготовленных частей.

Наиболее распространенные компьютеры других типов:

- мэйнфрэймы – большие ЭВМ – используются для обработки больших объемов информации, исключительно надежны, обладают высоким быстродействием. Используются в больших корпорациях, банках…

- супер-ЭВМ – компьютер, предназначенный для выполнения объемных вычислений. Используется в научных, военных целях, геологии, метеорологии.

- мини-ЭВМ – компьютеры, использующиеся для тех задач, где не достаточно ПК и для централизованного хранения и обработки данных. Используется в крупных фирмах, учебных заведениях и др.

- рабочие станции – младшие модели мини – ЭВМ, предназначены для работы с одним пользователем. Очень высокая производительность.

- компьютеры типа Макинтош – один из видов ПК, несовместимых с IBM PC.

- переносные и карманные компьютеры: ноутбуки, лэптопы.

Поколение ПК.

1. 
   1946 – 1947 – ламповые.
   
2. 
   1955 – на полупроводниковых приборах.
   
3. 
   1965 – на интегральных схемах.
   
4. 
   1980 – сверхбольшие интегральные схемы.
   

В конце 1940 гг. Джоном Фоннейманом разработана классическая модель цифровой ЭВМ. Согласно модели Фоннеймана в состав ЭВМ входят 3 устройства:

- арифметическое устройство (АУ);

- устройство управления (УУ);

- запоминающее устройство (ЗУ).

Кроме того, в состав машины входят внешние устройства, через которые в память вводится исходная информация, и выводятся результаты вычислений, а также пульт управлений для начального запуска машины, контроля хода вычислений и при необходимости остановки вычислений.

Модель Фоннеймана.

ЗУ состоит из ряда ячеек (регистры), в каждой из которых может храниться одно машинное слово. УУ посылает ЗУ сигнал для чтения инструкций по заданному адресу и принимает ее в свой регистр. УУ вырабатывает управляющие сигналы для ЗУ и АУ.

Компьютерная система, как и любая другая, состоит из множества взаимодействующих компонентов. Наиболее полно система характеризуется своей структурной организацией - способом объединения отдельных компонентов в единое целое, обеспечивающим максимизацию некоторого критерия качества системы. Структура компьютерной системы является иерархической, т.е. каждый из ее главных компонентов может быть представлен декомпозицией на некоторые субкомпоненты со своими специфическими функциями, которые объединены в подсистему также согласно определенным принципам. Для того чтобы читатель смог более четко представить себе суть возникающих при этом проблем и методов их решения, такая иерархическая система описывается в данной книге по принципу сверху вниз - от верхних уровней иерархии к нижним, например:

• 
  компьютерная система и функции ее главных компонентов - процессора, памяти, устройств ввода-вывода;
  
• 
  процессор: состав главных компонентов - устройство управления, регистры, арифметическое и логическое устройство, блок выполнения команд - и их функции;
  
• 
  устройство управления и его главные компоненты - память микропрограмм, логические схемы, задающие последовательность микрокоманд, и регистры.
  

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

2. Лоу Д., "Компьютерные сети для "чайников", "Диалектика", 256 стр., 1996 г.

3. Нанс Б., "Компьютерные сети", "Бином", 400 стр., 1996 г.

4. Стен Шатт, "Мир компьютерных сетей", "BHV-Kиeв", 288 стр., 1996 г.