Классификация и техническая реализация основных устройств ЭВМ
ВСЕРОСИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
_______________________________________________________________________
КАФЕДРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ
ИНФОРМАЦИИ
КУРСОВАЯ РАБОТА
НА ТЕМУ: КЛАССИФИКАЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ УСТРОЙСТВ ЭВМ
Исполнитель:
специальность маркетинг
группа 211
Ф.И.О. студента Пилипенко
Елизавета Анатольевна
№ зачетной книжки 98мад2019
Руководитель:
Ф.И.О. руководителя
Суворова Валентина Ивановна
Москва 2000 г.
Содержание
Стр.
Введение…………………………………………………………………………..3.
1. Теоретическая часть
а) Общий вид вычислительной системы……………………………………….5.
б) Начальная последовательность действий……………………………………6.
в) Элементы организации основных блоков ЭВМ……………………………..6.
г) Архитектурная организация процессора ЭВМ………………………………6.
д) Проверка в несколько миллионов шагов……………………………………..7.
е) Организация памяти ЭВМ…………………………………………………….8.
ж) Организация систем адресации и команд ЭВМ……………………………10.
з) Организация системы входа/выхода…………………………………………11.
и) Система внешних устройств ЭВМ (периферийное оборудование)…………13.
2. Приложение……………………………………………………………………19.
3. Практическая часть…………………………………………………………..22.
Список использованной литературы………………………………………….24.
Введение
ЭВМ, способные решать множество разнообразных сложных задач, причём с молниеносной быстротой, приводят непосвящённых в трепет. Наверное, поэтому, я выбрала для себя эту тему. Даже анализ электронных схем компьютера не может до конца объяснить его поразительных возможностей. А между тем, его внутренняя структура и принципы работы, сами по себе просты. В этой работе передо мной стоит задача раскрыть простоту устройства ЭВМ и его реализацию.
В теоретической части будут рассмотрено шесть вопросов:
1) Общий вид вычислительной системы.
2) Элементы организации основных блоков ЭВМ.
3) Структурная организация процессора ЭВМ.
3) Организация памяти ЭВМ.
4) Организация систем адресации и команд ЭВМ.
5) Организация системы ввода/вывода ЭВМ.
6) Система внешних устройств ЭВМ (периферийное оборудование).
В практической части будет рассмотрено задание с использованием пакета электронных таблиц (Excel).
Подсчёт остатков на конец месяца по каждому виду топлива и получение итогов по графам документа.
Вся моя работа выполнена на ПС ЭВМ с использованием программ Microsoft Word и Excel.
Сегодня невозможно представить нашу жизнь без компьютеров и компьютерных систем. Во всех сферах жизни они нашли своё применение. На заводах используется труд программируемых ВМ, в самолётах, в подводных лодках; при обучении в садах, школах, вузах; нашли они своё применение и дома: программируемые стиральные машины, микроволновые печи и т.д., с каждым днём круг их применения расширяется и уже невозможно представить себе жизнь без ЭВМ.
ЭВМ состоит из нескольких основных компонентов. Каждому из основных компонентов вычислительной системы отведены определённые функции, которые выполняются определённым способом. Два таких компонента впервые были описаны в 1833 году Чарльзом Бебиджем в проекте Аналитической машины. Бебидж ввёл название устройства, названного «мельницей», в котором производятся действия над величинами, и понятие запоминающего устройства, «склад», где хранятся значения величин и результаты выполняемых «мельницей» операций. В наше время – это соответственно арифметико-логическое устройство (АЛУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). АЛУ является частью процессорного устройства компьютера, которое выполняет инструкции, а так же управляет информацией, поступающей в машину от таких устройств, как клавиатура или световое перо, и выводимой из неё, например, на печатающее устройство (принтер) или телевизионный экран (видеомонитор). Все компоненты компьютера в основном работают по принципу последовательной обработки данных. Идёт ли речь о персональном компьютере или о мощном суперкомпьютере, оба они решают задачи в незамысловатой последовательной манере, шаг за шагом, в каждый момент времени, анализируя и исполняя только одну инструкцию, после чего переходят к следующей. Даже решение простеньких задачек – типа сложить два и два, или перейти от строчных букв к прописным – требует сотен мелких процедур. Но каждый такой крошечный шаг совершается быстрее, чем в «мгновение ока», и буквально за считанные секунды эти бесчисленные мелкие операции слагаются в решение задачи, – будь то вывод на экран упорядоченного по алфавиту списка или изображение сбитого летательного аппарата, напавших на Землю инопланетян в увлекательной видеоигре. В мгновение ока можно побывать в крупных музеях, – рассматривая картины известных художников, произведения известных скульпторов; библиотеках – читая оригиналы книг любого писателя или поэта и т.д. не выходя из дома используя связь Интернет.
Любому человеку, работающему с ЭВМ нужно ознакомиться с историей вычислительных систем, их устройством. Не просто из любопытства, а и потому, что это может пригодиться в дальнейшей работе.
Теоретическая часть
Общий вид вычислительной системы.
Схематические изображения, представленные в приложении, помогают понять внутреннее устройство и принципы действия типового персонального компьютера, однако, по существу, данные элементы характерны для любой вычислительной системы. Например, клавиатура – самое распространённое устройство для ввода в машину данных и программ. Стандартный вариант клавиатуры, состоящий из 101 клавиши (в Приложении рис.1). Так называемая «Windows – клавиатура» имеет ещё три специальных клавиши для удобства работы с «Windows», телевизионный дисплей и принтер, – стандартные устройства вывода информации. Большинство систем содержат также устройства, аналогичные накопителю на магнитных дисках, в котором записывается информация, предназначенная для длительного хранения, и размещается дополнительное программное обеспечение, не умещающееся в оперативной памяти компьютера. Все эти внешние устройства (Приложение рис.1) подключаются к системному блоку компьютера, электронные компоненты, которого, показаны в развёрнутом виде (Приложение рис.1 б).
Основная системная плата содержит центральное процессорное устройство (ЦПУ) – микропроцессор, управляющий работой всех компонентов компьютера. Каждая инструкция сначала анализируется центральным (а иногда и вспомогательным) процессором, после чего исполняется. Важной частью системной платы является кварцевый генератор токовых импульсов. Своеобразные «часы» системы, координирующие и синхронизирующие работу множества электрических цепей компьютера. При включении машины под действием электрического тока кварцевый кристалл, имеющий строго определённые размеры, начинает вибрировать с постоянной частотой, достигающей в ряде случаев миллионов колебаний в секунду. При каждом колебании кристалл генерирует импульс напряжения. Эти регулярно повторяющиеся импульсы вместе с другими сигналами задают темп работы устройств и обеспечивают синхронное срабатывание различных электронных элементов.
На системной плате имеются также порты для связи с устройствами ввода-вывода, а также микросхемы двух типов внутренней памяти: постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), служащего лишь для считывания данных, или оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), используемого как для считывания, так и для записи информации. (Эта память называется также запоминающим устройством с произвольной выборкой, ЗУПВ, но на практике чаще используется термин ОЗУ.) ПЗУ содержит инструкции, которые не подлежат изменению. ОЗУ хранит программы и данные только до тез пор, пока не отключается питание. Пользователь может свободно стирать и записывать данные в ОЗУ, но при отключении питания вся хранящаяся там информация пропадает.
Каждая микросхема памяти содержит информацию в форме двоичных разрядов (битов), закодированных в виде электрических зарядов. Эти заряды хранятся в определённых ячейках, т.е. распределены в микросхеме по определённым адресам. Адрес также выражается в двоичном виде. Центральный процессор генерирует последовательный адрес в памяти; информация, найденная по этому адресу (она также закодирована в виде импульсов), поступает в процессор для обработки. Коды адресов передаются по параллельным проводящим линиям, образующим в совокупности адресную шину. Информация передаётся в центральный процессор по параллельным линиям шины данных. Дешифратор адреса и специальный набор переключателей (на них зафиксированы некоторые важные адреса) помогают направлять электрические импульсы по назначению.
Начальная последовательность действий
При включении компьютера электрические сигналы проходят через всю систему, жестко предопределяя последовательность действий. Кварцевый генератор тактовых импульсов посылает сигналы во все схемы компьютера с частотой порядка нескольких миллионов импульсов в секунду. Эти импульса (не зависимые от других управляющих сигналов машины) точно синхронизируют каждое действие. На первом же такте сигнал сброса автоматически очищает все внутренние ячейки ЦПУ для временного хранения данных (регистры) от случайных зарядов, возникших при скачках напряжения или оставшихся от предшествующей работы машины. При очищении специального регистра ЦПУ, называемого программным счётчиком, его содержимое становится равным нулю.
Теперь машина готова к процессу, называемому начальной загрузкой, который протекает в несколько этапов. При следующем тактовом импульсе в программный счётчик заносится адрес, подготовленный ещё при конструировании компьютера. Адрес обычно устанавливается при помощи набора ручных переключателей. Адрес – серия высоких и низких уровней напряжения
Программы начальной загрузки различны у разных машин. Иногда компью-тер сразу же обращается к внешней памяти, накопителю на магнитных дисках, и следует, записанным там инструкциям. В рассматриваемой здесь системе компьютер начинает с проверки внутренних компонентов схем.
Элементы организации основных блоков ЭВМ.
Общая схема формальной ЭВМ и её центрального процессора приведена на рисунке (Приложение рис.2 и 3). На ней приведены основные компоненты: центральный процессор (ЦП), оперативная память (ОП), система ввода/вывода (КВ/В). Далее основные компоненты будут рассмотрены подробнее.
Архитектурная организация процессора ЭВМ.
Центральный процессор выполняет программу начальной проверки, совершая тысячи мелких шагов; в данном случае каждый шаг заключается в обработке байта данных. Этот байт может представлять собой часть адреса, код инструкции или элемент данных найденных по определённому адресу (скажем, цифру или букву алфавита). Байт – это набор сигналов высоким или низким уровнем напряжения, которые передаются либо по адресной шине (жёлтая полоса), либо по шине данных (красная).
Центральный процессор включает в себя следующие блоки:
Блок ПЗУ - постоянно запоминающее устройство.
Блок оперативной памяти (ОП).
Устройство управления (УУ) которое вырабатывает последовательность управляющих сигналов, инициирующих выполнение соответствующей последовательности микрокоманд (находящихся в ПЗУ), реализующей текущую команду. Наряду с этим УУ координирует функционирование всех устройств ЭВМ посредством посылки управляющих сигналов. Обмен данными ЦП Û ОП, хранение и обработка информации, интерфейс с пользователем, тестирование, диагностика и др. В блок УУ входит панель или консоль, динамически отображающая работу УУ (а значит и ЭВМ) и позволяющая оператору визуально её отслеживать и влиять (при необходимости) на последующих ход обработки; например, диагностика ошибок, сбоев и их устранение.
Блок УР предназначенный для хранения управляющей информацией и содер-жащей регистры и счётчики, участвующие совместно с УУ в управлении вы-числительным процессом: регистр состояния ЦП, счётчики команд и тактов, регистр запросов прерывания и др. УР также включает управляющие триггеры, фиксирующие режимы работы ЦП.
Блок РП содержит регистры сверхоперативной памяти (более высокого быстродействия, чем ОП) небольшого объёма, позволяющие повысить быстродействие и логические возможности ЦП.
Блок АЛУ служит для выполнения арифметических и логических операций над данными, поступающими из ОП и хранящимися в РП, и работает под уп-равлением УУ. ЦП может содержать одно универсального назначения АЛУ или несколько специализированных для отдельных видов операций. В блок АЛУ входит регистр общего назначения (РОН), который включает в себя более 4 сумматоров, в которых сохраняется результат каждой арифметико–логической операции.
Интерфейсный блок (ИБ) обеспечивает обмен информацией ЦП с ОП и защиту участков ОП от несанкционированного для текущей программы доступа, а также связь ЦП с периферийными устройствами и другими внешними по отношению к нему устройствами (ВУ), в качестве которых могут выступать другие процессоры и ЭВМ.
Блок контроля и диагностики (БКД) предназначен для обнаружения сбоев и отказов узлов ЦП, восстановления работы текущей программы после сбоев и локализации неисправностей при отказах.
Кэш-память – новый нетрадиционный тип внутренней памяти ЭВМ, время доступа к которой, значительно меньше (не более нескольких десятков наносекунд), чем к ОП.
Внешние устройства (ВУ).
Проверка в несколько миллионов шагов
Шаги машинного цикла, описанные на предыдущих страницах, хорошо иллюстрируют последовательности дискретных действий, которые повторяются многократно при чтении очередной инструкции центральным процессором. Каждое действие происходит за время порядка 30 нс (наносекунда; 1нс=10-9 с). ОЗУ. Эта процедура состоит из миллионов отдельных шагов и в зависимости от объёма памяти компьютера занимает до нескольких секунд. Проверка ОЗУ сложна по двум причинам. Во-первых, каждая микросхема ОЗУ обычно содержит 64 К информации (1К = 1024 бит), т.е. 65 536 бит. Во–вторых, в этих крошечных, плотно упакованных микросхемах информация хранится иначе, чем в ПЗУ. Как показано на двух предыдущих разворотах, восьми битный элемент данных, считываемый процессором из ПЗУ, содержится в одной микросхеме. В ОЗУ 8 бит (1 байт) данных записаны в определённой последовательности в 8 различных микросхемах. Такая организация оперативной памяти позволяет наиболее эффективно пользоваться адресным пространством памяти и оптимально планировать схему системной платы.
Чтобы убедиться, что ни одна микросхема ОЩУ не вышла из строя, ЦПУ обращается к ним, задавая адреса, определяет те 8 микросхем, каждая из которых должна послать 1 бит по шине данных в центральный процессор. Процессор сверяет принятый таким образом байт с тем, который записан в память. Эти байты должны совпадать. Для проверки всех ячеек одной микросхемы ЦП должен повторить этот тест 65 536 раз (с различными адресами). Разумеется, в то же самое время проверяются другие семь микросхем ОЩУ. Обнаружив ошибки, процессор запоминает, что определённые области ОЗУ неисправны и ими не следует пользоваться.
Организация памяти ЭВМ
Под памятью ЭВМ понимаются запоминающие устройства (ЗУ). Стоимость памяти составляет существенную часть общей стоимости ЭВМ. Память ЭВМ имеет многоуровневую организацию:
- внутренняя (сверхоперативная (СВОП), кэш-память, ПЗУ, ОП).
Кэш-память, внутренняя память ЭВМ. В настоящее время память этого типа широко используется в мини-, общего назначения и супер-ЭВМ, а также в более мощных ПК. Кэш-память выполняется на быстродействующих БИС и её быстродействие должно соответствовать скорости работы АЛУ и УУ. Кэш-память используется для ранения наиболее часто используемых программ и данных, осуществляя своего рода связующий буфер между быстрыми устройствами ЦП и более медленной ОП и позволяя получать существенный временной выигрыш.
Оперативная память (ОП) служит для хранения информации (программы, данные, промежуточные и конечные результаты),непосредственно обеспечивающие текущий вычислительный процесс в АЛУ и УУ процессора. Информация в ОП сохраняется только при наличии питания (сеть, батарея); поэтому во избежание потери информации, используемые для наиболее важных работ ЭВМ различных классов обеспечиваются автономным блоком питания (UPS), который автоматически включается при отключении основного питания (переносные ПК). В процессе обработки информации осуществляется тесное взаимодействие ЦА и ОП под управлением первого: из ОП в ЦП поступают команды и операнды, над которыми производятся операции (определяемые их кодами в командах), а из ЦП в ОП записываются промежуточные и конечные результаты обработки. В настоящее время объём ОП колеблется в широком диапазоне, от 640Кбайт (для простых ПК), до нескольких гигабайт у супер-ЭВМ; время обращения к памяти менее 0,2мкс; в качестве элементной используется в основном полупроводниковая база (диапазоны значений времени доступа в наносекундах: СВОП-5-15, кэш-10-50, ПЗУ-30-200, ОП-50-150). Развитие элементной базы постоянно корректирует эти показатели в сторону уменьшения; при этом скорость уменьшения увеличивается.
Рассмотрим структурную организацию ОП современных ЭВМ. Различают: адресную, ассоциативную и стэковую память.
Адресная память – размещение и поиск информации в ней основаны на адресном принципе хранения слов; адресом слова является номер его ячейкп. При доступе к такого типа памяти команда должна указывать номер(адрес) ячейки ОП прямо или косвенно через адресные регистры (база, смещение)
Ассоциативная память – обеспечивает поиск нужной информации по её содержанию; при этом поиск по ассоциативному признаку происходит параллельно во времени для всех ячеек ОП. Во многих случаях такой вид памяти позволяет существенно ускорить и упростить обработку иняормации, что достигается за счёт совмещения операции доступа с выполнение ряда логических операций.
Стэковая память – также является безадресной и её можно представить в виде одномерного массива ячеек. В таком массиве соседние ячейки связаны друг вс другом последовательной передачей свлов: запись нового слова в ОП производится в её верхнюю яченйку с номером 0, при этом все ранее записанные слова (включая 0-ячейку) сдвигаются на ячпейку вниз, т.е. получают адреса на 1 больше прежних (до операции записи). Считывкание в такого типа памяти производится только из её 0-ячейки; при этом, если производится считывание с удалением слова, то все остальные слова сдвигаются вверх на одну ячейку. Стековая память реализует LIFO – принцип доступа: Last Input – First Output.
|
Информационный выход |
Рис.1.
|
Усилитель чтения |
0 k n-1
|
|
ЗЭ |
|
|
… …
0
|
|
|
Ад- … … … …
рес
j
|
|
|
… …
N
|
W R
|
Информационный выход |
Рассмотрим вид памяти 2D-типа (Рис.1.) являющееся одним из более распространённых по причине его быстродействия и удобства реализации. Оперативная память такой организации обеспечивает двух координатную выборку каждого ЗЭ, в совокупности образующих матрицу из 2m ячеек по n битов (разрядов). Каждый ЗЭ характеризуется использованием троичных сигналов (выборка при записи, выборка при чтении и отсутствие выборки) и совмещением линий входных и выходндых сигналов; адресные и разрядные линии носят общее название линий выборки, объединяющих все ЗЭ матрицы. Адресные линии используются для выборки по указанному адресу совокупности ЗЭ матрицы, которым устанавливается режим чтение/запись. Выборка отдельных разрпядов производится разрядными линиями, по которым осуществляется чтение/запись информации. Адрес (m-разрядный) выбираемой j-ячейки ОП (приложение рис.) поступает на схему формирования адреса (СФА); при этом под действием сигнала запись/чтение (WR) СФА выдаёт сигнал настройки j-й линии на запись/чтение. Выделение k-разряда в j-слове производится второй координатной линией; при записи/чтении по k-линии посредством усилителя записи/чтения поступает входной /выходной сигнал, изменяющий/считывающий содержимое ЗЭ с (j,k)-координатами. Линии записи и чтения могут быть объединены в одну при использовании ЗЭ, допусткающих соединение выхода со входом записи; такой подход широка используется в современных ОП.
Современная ОП ёмкостью в 1Мбайт зранит 223 или 8.388.608 ЗЭ, расположенных в виде матрицы, каждый из которых зранит бинарное {0|1} значение. Поэтому в ОП достаточно большого объёма неизбежно возникают ошибки, поэтому для повышения надёжности ОП исполльзуется корректирующий код Хэмминга, защищающий её от появления ошибок и продлевая среднее время появления одиночной, устранимой ошибки до 62 лет.
Организация систем адресации и команд ЭВМ.
В данной части работы рассмотрим вопросы адресации и системы команд ЭВМ , объединяющие работу двух основных компонентов ЦП и ОП в единое целое. Внутренняя память ЭВМ обычно является адресуемой, т.е.каждой хранимой в ней единице информации (байт, слово) ставится в соответствие адрес (номер ячейки или регистра). В качестве адресуемых единиц информации используются, как правило, байт, слова фиксированной и переменной длины. Являясь универсальной относительно обработки дискретной информации, ЭВМ обеспечивает все типы её обработки: приём, собственно обработку, хранение и выдачу в нужном виде. Обработка информации производится программно путём покомандного выполнения соответствующего алгоритма обработки, описанного на языке системы команд конкретной ЭВМ. Команда представляет собой машинное слово, содержащее код операции (КОП) и операнды (данные), код которыми должна быть произведена операция с указанным кодом. Команда в явной или неявной форме содержит также адреса для результата выполнения операции и следующей выполняемой команды. По характеру выполняемых операций каманды образуют следующие основные группы: арифметические, десятичной арифметики, логические, передача кодов, передачи управления, определения режима работы ЭВМ, ввода/вывода и др. Команда, как правило, содержит не сами операнды, а адреса регистров или ячеек памяти, их содержащие.
Как правило, система команд современных ЭВМ использует несколько типов адресации, например: прямая, относительная, непосредственнная, укороченная, стэковая и т.д. (их количество может превышать 20), указываемых посредством КОП (сложение, умножение, передача управления и др.) или явно специальным полем адресной части команды.
Прямая – предполагает идентичность понятий Аис=Аук,(где Аис-адрес ячейки или номер регистра, а Аук-информация об адресе операнда в команде).
Относительная – характеризуется соотношением Аис=Аб+Аук, где Аб-содержимое базового регистра.
Непосредственная – содержит сам операнд, а не его адрес.
Укороченная – в команде задаются только младшие разряды адресов, старшие при этом полагаются нулевыми (используется совместно с другими).
Стэковая – реализующая безадресное задание операндов, особенно широко испольщуется в микро-, мини-,и некоторых супер-ЭВМ .
ЭВМ в совокупности с их ОП с полным основанием можно отнести к наиболее сложным системам, созданным современной цивилизацией. Их сложность определяется многочисленностью разнофункциональных элементов, большим числом связей между ними и сложностью алгоритмов функционирования и обработки информации.
Организация системы входа/выхода.
В этой части переходим к рассмотрению - системы сопряжения (СС), обеспечивающей интерфейс (совокупность линий и шин, управляющих сигналов, электронных схем и протоколов связи предназначенную для обеспечения обмена информацией между устройствами) центральной части с внешней средой ( внешняя память, устройства ввода/вывода, удалённые терминалы, и др. ЭВМ и т.д.). В качестве внешней среды (периферии) ЭВМ можно выделить две большие группы устройств: внешние запоминающие устройства (ВЗУ; предназначены для хранения больших объёмов информации) и устройства ввода/вывода (УВВ; ввод/вывод информации, её регистрация и отображение, и т.д.). Приведу два способа организации ввода/вывода ЭВМ (Рис.2.).
Общая шина (ОШ)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(а)
Где ВУ - внешние устройства, обмениваются с ЦП и ОП, включая основную управляющую информацию, позволяют использовать одни и те же ВУ, различными типами и классами ЭВМ, удовлетворяющими определённым стандартам. При этом унифицированные форматы данных преобразуются в индивидуальные в блоках управления ВУ (БУВУ). Унифицированность распространяется на общий интерфейс обмена информацией между ВУ и ЦП+ОП (Рис.2а), а также на формат и набор команд ввода/вывода ЦП. Выполнение общих функций возлагается на специальные устройства СС – контроллеры (Конт) прямого доступа к ОП и каналы (процессоры) ввода /вывода, а специфические – на адаптеры (БУВУ) конкретного типа ВУ.
В СВ/В современных ЭВМ используются два основных способа организации обмена информацией между ОП и ВУ: программно-управляемый и прямой доступ. В первом случае ЦП непосредственно ре6ализует программу ввода/вывода, выбирая данные из ОП и пересылая их на ВУ, и наоборот. На период операции ввода/вывода основная программа процессорам не обрабатывается, что может существенно снижать общую производительность ЭВМ. В случае прямого доступа ЦП только инициирует операцию ввода/вывода посредством общих команд, запускающих работу канала/контролёра; после успешной инициации операции ввода/вывода ЦП переключается на выполнение основной программы, а канал/контролёр непосредственно выполняет операцию обмена параллельно с работой ЦП. Таким образом, прямым доступом к ОП управляет канал/контролёр, выполняющий следующие функции:
-задание массива данных и области ОП, участвующих в операции обмена;
-формирование последовательных адресов ячеек ОП, используемых в операции;
-подсчёта числа единиц переданной информации в период текущей операции обмена;
-установление моме6нта завершения текущие6 операфции обмена информацией;
-передача в ЦП с прерывание сигнала о конце текущей операции обмена.
Инициируя операцию ввода/вывода, ЦП, вместе с тем, выполняет её различными способами, зависящими от схемы подключения СВ/В к ЦП и ОП.
Рассмотрим две типичные организации СВ/В: (1) общей шиной(ОШ), (2) каналами ввода/вывода(КВ/В). В первом случае все модули ЭВМ соединены общим интерфейсом - общей шиной(ОШ), в совокупности образуя ВС: ЦП, ОП, ВУ (через БУВУ и контролеры для ВУ с блочной передачей данных). Однако при такой организации СВ/В процессор не полностью освобождается от управления передачей данных и связь ЦП – ОП блокируется, снижая производительность ЭВМ. Поэтому данная организация СВ/В широко применяется лишь для микро- и мини-ЭВМ, работающих с короткими словами, имеющих небольшую по количеству периферию, от которой не требуется высокий производительности.
|
Оперативная память (ОП) |
|
ЦП |
|
Канал1 в/в (КВ/В1) |
|
Каналn в/в (КВ/Вn) |
…
|
БУВУ1 |
|
БУВУ1 |
|
БУВУm |
|
БУВУк |
… …
|
|
|
|
… …
(б)
Во - втором случае (Рис.2б), обмен информацией между ОП ВУ производится через каналы ввода/вывода (КВ/В), представляющие собой специализированные процессоры ввода/вывода, централизующие аппаратуру управления вводом/выводом и обеспечивающие программно-управляемый обмен информацией. Благодаря наличию в СВ/В каналов, способных реализовать достаточно сложные функции, появляется возможность полностью освободить ЦП от операции ввода/вывода. КВ/В управляются канальными программами, находящимися в ОП; поэтому ЦП лишь инициирует операцию ввода/вывода, указывает номера КВ/В и ВУ, участвующих в операции обмена, и адрес начала канальной программы для инициируемой операции обмена ОП с ВУ. Данная организация СВ/В используется в ЭВМ общего назначения и в супер- ЭВМ.
СИСТЕМА ВНЕШНИХ УСТРОЙСТВ ЭВМ
(периферийное оборудование)
Если современный массовый ПК имеет весьма ограниченный набор ВУ (как правило: клавиатура, дисплей, пышь, НГМД, НМД типа Винчестер и принтер), то мини- и ЭВМ общего назначения имеют достаточно обширную периферию ВУ различных типов, назначения и количества. Всю совокупность современных ВУ можно классифицировать по двум основным группам (Рис.3): внешняя память и устройства ввода/вывода, наиболее типичные представители которых могут быть охарактеризованы следующим образом.
|
Внешние устройства (ВУ) ЭВМ-периферия
|
Внешняя память (ВП) |
|
Устройства ввода/вывода (УВВ) |
- НМЛ - средства общения с ЭВМ
- НМД/НМБ - средства вывода информации
- НГМД - средства ввода информации
- НОД - терминалы
- НЦМД - АРМы
- ВД - средства телеобработки
- массовая память (МС)
Рис.3 Общая классификация внешних устройств.
Первая группа ВУ обеспечивает расширение возможностей ЭВМ по обработке информации, предоставляя в распоряжение пользователя устройства для длительного хранения больших объёмов информации, доступ к которой может быть достаточно быстрым. Все эти устройства образуют внешнюю память (ВП) ЭВМ, характеристики которой существенно влияют на технологию обработки информации. Более того, технические характеристики ВП, её внутренняя организация и структура во многом определяют технико-экономические показатели ЭВМ. Структурно СП состоит из внешних запоминающих устройств (ВЗУ) и боков управления (БУВУ); связь с другими компонентами ЭВМ обеспечивается посредством СВ/В, рассмотренной ранее. ВЗУ обеспечивают как оперативную работу с ОП ЭВМ, так и длительное хранение информации.
- НМЛ – накопители на магнитных лентах. Объём и скорость обмена информации в пределах соответственно (1-500) Мбайт и (0,01-3) Мбайт/с. Магнитный накопитель размещается в сменных элементах различных конструкций. Обычно НМЛ (в виде бобин) используются в мини-, супер- и общего назначения ЭВМ для архивного хранения данных и программ, ибо последовательный метод доступа к ним делает нецелесообразным использование их в качестве ВП оперативного обмена. Наряду с традиционным оформлением магнитных лент в виде бобин используются картриджи, стриммеры (в ПК).
- НМД – накопители на магнитных дисках. Общие важные черты присущие им: большая скорость обмена информации и возможность прямого доступа к ней, вместе с тем позволяет хранить большие объёмы информации. (до сотен гигабайт), поэтому НМД составляют основу ВП компьютеров. По режиму эксплуатации НМД делятся на стационарные и съёмные. НМД стационарного типа имеют, как правило, большие ёмкость и скорость обмена, являясь ядром ВП ЭВМ. В качестве съёмных используются дискеты ёмкостью 50-200 Мбайт, что характерно для мини- и общего назначения ЭВМ. В ПК в качестве ВП используются стационарные НМД типа Винчестер и накопители на гибких МД (НГМД).
- НГМД – дискеты размера 5.25/3.5 дюйма, они являются сменными и служат как для хранения, так и для транспортировки программ и данных.
- - накопители на магнитных барабанах, используются значительно реже чем НМД.
- МС – массовая память, представляет собой большой набор соединённых между собой маленьких бобин МЛ общей ёмкостью порядка сотен гигабайт. МС занимает промежуточное положение между НМЛ и НМД; доступ к ней производится по схеме: {записьÞ½чтение Ü}MS º{ОП ÷ MS }ÞНМДÞ{MS ïОП }.
НОД – один из видов массовой памяти – накопитель на оптических дисках. Напоминает собой звуковой компакт диск, но отличается избыточностью информации. По режиму использования НОД делятся на «только для чтения» (CD-ROM) и «с однократной записью» (CD-WORM), ёмкость которых измеряется в гигабайтах. НОД представляет интерес для архивирования информации и в качестве удобного средства её транспортировки. В последние годы в противовес НМД большой ёмкости появились НОД, допускающие обычные способы доступа к информации (запись/чтение). Такие диски по ёмкости превышают обычные НМД на 50-60% и дискеты в 2500-3000 раз.
Принцип работы дисковода напоминает принцип работы обычных дисководов для гибких дисков. Поверхность оптического диска (CD-ROM) перемещается относительно лазерной головки постоянной линейной скоростью, а угловая скорость меняется в зависимости от радиального положения головки. Луч лазера направляется на дорожку, фокусируясь при этом с помощью катушки. Луч проникает сквозь защитный слой пластика и попадает на отражающий слой алюминия на поверхности диска. При попадании его на выступ, он отражается на детекторе и проходит через призму, отклоняющую его на светочувствительный диод. Если луч попадает в ямку, он рассеивается и лишь малая часть излучения отражается обратно и доходит до светочувствительного диода. На диоде световые импульсы преобразуются в электрические, яркое излучение преобразуется в нули слабое - в единицы. Таким образом ямки воспринимаются дисководом как логические нули, а гладкая поверхность как логические единицы
-
- НЦМД – накопители на цилиндрических магнитных доменах, характеризуются отсутствием механических узлов, высокими надёжностью и стойкостью к внешней среде, а также возможностью предварительных сортировки и логической обработки информации в самом накопителе (используются в микро- и мини- ЭВМ повышенной надёжности).
- ВД – виртуальные диски, которые имеют логическую организацию НГМД и занимают область ОП, объём которой определяется при загрузке драйвера ВД. Основным назначением ВД является имитация работы с файловой организацией обычного НГМД, но в значительно более быстром режиме.
Вторую группу ВУ составляют:
- УВВ – такие, как: клавиатура, дисплей; по виду представляемой информации дисплеи делятся на алфавитно-цифровые (текстовая информация), квазиграфические и графические (используют точечное задание изображений и растровый способ их отображения, делясь по цветности на монохромные (чёрно-белые) и цветные.
Средством визуализации местоположения на экране дисплея является курсор – перемещаемый по экрану специальный светящийся символ. Клавиатура распологает рядом клавиш, управляющих движениет курсора; но намного удобнее пользоваться специальным устройством – мышью.
Мышь – коробочка (с вмотнированным в неё шариком), перемещаемой по поверхности стола, в результате чего соответственно перемещается и указатель на экране.
Джостик – манипулятор, часто используемый в компьютерных играх, для управления перемещением указателя или другого связанного с ним графического объекта.
Световое перо – является важным дополнением дисплея на электронно-лучевых трубках, позволяя в сочетании с мышью не только управлять курсором, но и рисовать графические объекты, снимать значения координат любых точек экрана, а также вводить определённую информацию.
Средства вывода информации:
Принтеры – матричные, «ромашка», струйные, термографические, лазерные. К ЭВМ подключаются через параллельный интерфейс или последовательный RS-232C. К наиболее удачным принтерам можно отнести модель HP Laser Jet 6P фирмы Hewlett-Packard (США) и матричных принтеров моделей Epson (Япония) и т.д.
Плоттеры – для вывода графической информации, в первую очередь научного и инженерно- технического характера; лазерные плоттеры – для подготовки высококачественных технических оригинал-макетов графического характера, используемых в дальнейшем для тиражирования, для вывода информации на микрофиши и микрофильмы.
Устройства вывода звуковой информации – синтезаторы, музыкльные платы, звукогенераторы и др.
Средства ввода информации: сканеры, портативные терминалы, регистраторы и т.д.
Распознавание речи – важнейшее направление исследований по созданию ЭВМ последующих поколений.
Терминалы – оконечное устройство (ОУ) пользователя, обеспечивающее возможность обмена информацией по каналу связи с удалённой ЭВМ.
АРМы – проблемно-ориентированный комплекс аппаратно-программных средств, являющийся ОУ пользователя в составе некоторого САПР.
Системы телеобработки – обеспечивают объединение различных ВС в сеть и доступ локальных и удалённых пользователей к распределённым в сети информационно-вычислительным ресурсам и БД/БЗ.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Рис.1(а, б)
Рис.2
Рис.3
Практическая часть.
Такого типа задачи решаются на заправочных станциях, автобазах, предприятиях, фирмах, строительстве, везде, где используются автомашины, для контроля, за расходом горючих и смазочных веществ.
Оборотная ведомость |
||||
|
Наименование топлива |
Остаток на начало месяца |
Приход |
Расход |
Остаток на конец месяца |
|
Дизельное топливо |
524 |
7654 |
4067 |
4111 |
|
Бензин |
307 |
6542 |
5421 |
1428 |
|
Дизельное масло |
205 |
2456 |
1245 |
1416 |
|
ИТОГО |
1036 |
16652 |
10733 |
6955 |
Формулы подсчёта остатков на конец месяца по каждому виду
топлива и итогов по графам документа.
|
Наименование топлива |
Остаток на начало месяца |
Приход |
Расход |
Остаток на конец месяца |
|
Дизельное топливо |
524 |
7654 |
4067 |
=B3+C3+D3 |
|
Бензин |
307 |
6542 |
5421 |
=B4+C4+D4 |
|
Дизельное масло |
205 |
2456 |
1245 |
=B5+C5+D5 |
|
ИТОГО |
=+(B3:B5) |
=+(C3:C5) |
=+(D3:D5) |
=E3+E4+E5 |
Приведённую выше таблицу я построила в Microsoft Excel, с последующим копированием в Microsoft Word.
Описание построения данной таблицы.
*Установила курсор мыши на А1 и щелчком выделила ячейку.
*Установила русский алфавит.
*Набрала заголовок таблицы.
*Подтвердила набор заголовка нажатием клавиши «Enter».
*Выделила все ячейки начиная с А2, А6 х Е2, Е6, для чего нажала кнопку мыши на ячейке А2 и затем тянула мышь по всем необходимым ячейкам.
*Последовательно нажала: Формат, Ячейка, Выравнивание.
*В окне Выравнивание по горизонтали выбрала По центру.
*В окне Выравнивание по вертикали выбрала По верхнему краю.
*Нажала кнопку переносить по словам.
*Подтвердила команду нажатием клавиши «Enter».
*Расширила столбцы до необходимого размера: установила мышь на необходимую границу столбцов, нажала кнопку и, удерживая её, растянула столбцы до необходимого размера.
*Ввела данные: щёлкнула левой клавишей мыши в окне нужной ячейки и напечатала нужные цифры.
После введения всех исходных данных (цифр) начала выполнять арифметические действия.
*Поставила курсор мыши на нужную ячейку (остаток на конец месяца).
*Нажала клавишу «=», затем «+».
*Установила курсор на первый адрес ячейки (остаток на начало месяца дизельного топлива) щёлкнула левой кнопкой и выделила всю строку до графы «расход», нажала клавишу «Enter», получила результат. Аналогично выполнила подсчёт и по остальным строкам, получила «остаток на конец месяца».
Затем подсчитала итог по остатку горючего на начало месяца.
*Поставила курсор мыши на клавишу «Итого», нажала последовательно клавиши «=», «+».
*Затем выделила первый столбик «остаток на начало месяца» (от дизельного топлива до дизельного масла).
*Нажала «Enter», получала результат. Аналогично подсчитала и по остальным столбикам (приход, расход, остаток на конец месяца).
Инструкция для пользования моей задачей.
*Включить компьютер, после загрузки на экране появится окошко доступа в сеть.
*Набрать в строке Пароль код доступа.
*Подтвердить свою команду ОК. Появится Рабочий стол с расположенными на нём пиктограммами.
*Выбрать на нём и щёлкнуть мышью пиктограмму Excel. После загрузки на экране появится окно приложения.
*С строке Меню нажать символ Открыть. На экране появится таблица Открытие документа,
*В окошке папка щёлкнуть клавишей со стрелочкой.
*В открывшемся окошке выбрать диск I и щёлкнуть его кнопкой мыши
*Открыть файл Lisa (щелчком клавиши мыши).
*В отрывшемся окошке найти название документа tabl.doc, щёлкнуть его кнопкой мыши. Откроется нужный документ. Можно приступать к работе с таблицей.
*После окончания работы, сохранить её нажатием кнопкой мыши значка Сохранить. Если следует сохранить и начальный документ, то кнопкой меню следует нажать в меню Правка, Выделить всё (если нужно запомнить не весь документ, то нужный участок выделяют при помощи мыши).
*В меню нажать Файл, Запомнить как….
*В появившейся таблице впечатать название, под которым нужно сохранить новый документ.
*Подтвердить нажатием кнопки ОК.
*В меню нажать Файл, Выход.
*После появления рабочего стола, нажать в нижнем левом углу кнопку Пуск.
*В открывшемся окошке нажать кнопку Завершение работы.
*На экране появится окошко запроса Завершение работы Windows в нем нажать окошко Выключить компьютер.
*Подтвердить кнопкой ОК.
Список использованной литературы.
1. В.З.Аладьев, Ю.Я.Хунт, М.Л.Шишаков. «Основы информатики» учебное пособие. Второе издание Москва 1999г. Информационно-издательский дом «Филинъ» 544с.
2. Ю.Л.Беньяш «Освоение персонального компьютера и работа с документами». Издательство Москва 1999г. 467с.
3. Знакомитесь: компьютер. Пер.с англ. Под ред.ис З-71 предисл. В.М.Курочкина – М.:Мир, 1999г-240с.
4. Информатика. Толковый словарь основных терминов. Издание 2-е. –М., «Издательство Приор»,1998г.-240с.
5. Шафрин Ю.А. Информационные технологии. – М.: Лаборатория базовых знаний, 1998г.- 704с.
6. Информатика: Программа. Лабораторный практикум для студентов 2-го курса всех специальностей / ВЗФЭИ. – М.: Экономическое образование, 1998г.- 72с.
Число: 17 мая 2000года. Подпись:…………………