Информационный центр "Центральный Дом Знаний"
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0
|
Общие принципы построения современных компьютеровОглавление Введение………………………………………………………………………..2 1.Теоретическая часть. Общие принципы построения современных компьютеров……………………………………………………………………3 1.1. Принцип открытой архитектуры……………………………………...3 1.2. Организация многоуровневой памяти………………………………..4 1.3. Использование универсальных интерфейсов для подключения внешних устройств различных типов………………………………………...7 1.4. Максимальная интеграция функций в рамках одной интегральной микросхемы…………………………………………………………….............9 1.5. Максимальное использование параллельной обработки…………..10 Заключение…………………………………………………………………….11 2. Практическая часть………………………………………………………...12 2.1. Общая характеристика задачи……………………………………….12 2.2. Описание алгоритма решения задачи……………………………….13 2.3. Выбор ППП……………………………………………………….......15 2.4. Проектирование форм выходных документов и графическое представление данных по выбранной задаче……………………………….15 2.5. Краткая инструкция для других пользователей……………………20 2.6. Характеристики используемого ПК………………………………...20 Список использованной литературы………………………………………...20 Приложения…………………………………………………………………...21 Введение В настоящее время компьютерные технологии внедрились во все сферы жизни, поэтому необходимо изучать такую дисциплину как «Информатика». Курсовая работа – неотъемлемая часть учебного процесса. Общая цель выполнения курсовой работы: показать способность к самостоятельной работе с учебной и научно-технической литературой, продемонстрировать владение знаниями, приобретенными в процессе обучения и показать умение владеть практическими навыками при работе с различными программами на персональном компьютере. Данная курсовая работа состоит из двух частей: теоретической и практической. В теоретической части необходимо рассмотреть вопрос об общих принципах построения современных компьютеров. То есть нужно отметить, какими главными характеристиками должны обладать современные компьютеры, чтобы отвечать растущим требованиям пользователей, какими способами можно достичь наилучшего результата. Необходимо также рассмотреть вопрос о модернизации компьютеров. В практической части необходимо решить задачу расчета наибольшей прибыли на основе соответствия предельных издержек предельной выручке. Для этого нужно уметь использовать пакеты прикладных программ. Теоретическая часть. Общие принципы построения современных компьютеров Основными принципами построения современных компьютеров являются: принцип открытой архитектуры; организация многоуровневой памяти; использование универсальных интерфейсов для подключения внешних устройств различных типов; максимальная интеграция функций в рамках одной интегральной микросхемы. максимальное использование параллельной обработки и другие принципы. 1.1. Принцип открытой архитектуры Важным понятием, определяющим особенности компьютера, является его архитектура, характеризуемая структурой компьютера, системой команд процессора, спецификациями используемых интерфейсов, особенностями процессов обработки и хранения данных и обменом ими при взаимодействии с внешней средой, принципами взаимодействия технических средств и программного обеспечения. В общем случае компьютер можно представить в виде совокупности функциональных модулей (устройств) для обработки и хранения данных, коммуникационной среды для доставки данных и различного программного оборудования. Модульный принцип построения компьютера обеспечивает реализацию одного из важных свойств современных систем – масштабируемости, позволяющего как расширять функциональные возможности самой системы, так и создавать более сложные системы из совокупности менее сложных. Принцип открытой архитектуры – это возможность замены одного устройства на материнской плате компьютера без изменения других устройств, то есть возможность модернизации компьютера. Модернизация – это процесс замены устаревшего оборудования или добавление нового устройства. Иначе говоря, это изменение исходной конфигурации компьютера с новыми требованиями, выдвигаемыми пользователем. С понятием модернизации тесно связано понятии «апгрейд». С английского языка слова «up grade» можно перевести как «повышение класса». Перед тем как модернизировать компьютер, нужно заранее определить основную область его использования: будет ли это офисная или домашняя работа, обработка графики, музыки или просто игры. От области использования зависит дальнейшая стратегия подбора комплектующих. Разница между компьютером, например, для игр и компьютером офисного использования очень существенна. На офисных компьютерах обычно устанавливается тот минимум, который необходим для нормальной офисной работы – пакет программ Microsoft Word, Excel и т. п. Компьютеры для игр, напротив снабжаются мощным процессором, видеокартой с большим количеством памяти. 1.2. Организация многоуровневой памяти Память, наряду с основным набором микросхем материнской платы и центральным процессором, составляет основу любого персонального компьютера, так как она хранит информацию, необходимую для решения поставленной задачи, причем эта информация может быть в любой момент либо прочитана, либо изменена. Важнейшими параметрами устройств памяти являются: быстродействие, объем памяти, надежность хранения данных и стоимость единицы памяти. Современный вариант памяти представляет собой многоуровневую систему устройств: кэш-память, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), внешние запоминающие устройства (ВЗУ). Оперативная память (RAM – Random Access Memory) – это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Существует много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую (DRAM) и статистическую память (SRAM). ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и чтения программ и данных, необходимых для организации процесса обработки данных в текущий момент времени. Как системные программы, так и пользовательские приложения перед их непосредственным выполнением загружаются в ОЗУ и запускаются оттуда. Помимо собственно обрабатываемых данных и программ в ОЗУ размещаются промежуточные результаты обработки, не требующие последующего сохранения. Эффективное использование быстродействующей электронной памяти позволяет резко повысить производительность системы в целом, благодаря уменьшению количества обращений к другим медленнодействующим типам ВЗУ. Главным достоинством ОЗУ является возможность обращения к любой ячейке памяти по конкретному адресу с минимальным временем доступа, достигающим уровня десятка наносекунд. Критичность объема памяти особенно актуальна при работе в многозадачном режиме, при этом недостаточный ее объем приводит к резкому замедлению скорости их решения либо решение вообще становится невозможным. В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего – ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения. Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково). Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и начинает работать по программам. Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет. Он указывает на другой тип памяти – постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» – их записывают туда на этапе изготовления микросхемы. Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS – Basic Input Output System). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS, позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры. Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с оперативной памятью. Для того, чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область – так называемую кэш-память. Это как бы «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор заносит его одновременно и в кэш-память. «Удачные» обращения в кэш-память называют попаданиями в кэш. Процент попаданий тем выше, чем больше размер кэш-памяти, поэтому высокопроизводительные процессоры комплектуют повышенным объемом кэш-памяти. Нередко кэш-память распределяют по нескольким уровням. Кэш первого уровня выполняется в том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десятков Кбайт. Кэш второго уровня находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном кристалле. Кэш-память первого и второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора. Кэш-память третьего уровня выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM и размещают на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут достигать нескольких Мбайт, но работает она на частоте материнской платы. На внешние запоминающие устройства возлагаются функции надежного долговременного хранения данных и программного обеспечения, а также осуществление операций чтения/записи с высокой скоростью. Внешняя память включает в себя все виды накопителей (винчестер, дисководы гибких дисков, CD-ROM, CD-RW, DVD), а также контроллеры для управления ими. Накопитель – это устройство для записи/чтения данных на носитель определенного вида. Различают накопители со съемными носителями (дискеты, оптические диски и др.) и с фиксированными носителями (винчестеры). Жесткий диск (винчестер) – это основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. На самом деле это не один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Таким образом, этот диск имеет не две поверхности, как должно быть у обычного плоского диска, а 2n поверхностей, где n – число отдельных дисков в группе. Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения записи данных. При высоких скоростях вращения дисков (90 об/с) в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра. При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменение стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, покрывающих диск. Операция считывания происходит в обратном порядке. Помимо простого повышения механической прочности компонентов диска, применяется также интеллектуальная технология S. M. A. R. T (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology), которая следит за надежностью записи и сохранности данных на носителе. Если обнаруживается ослабление сигнала, то информация перезаписывается и происходит дальнейшее наблюдение. Если сигнал опять ослабляется, то данные переносятся в другое место, а данный кластер считается дефектным, доступ к нему прекращается, и в распоряжение предоставляется другой кластер из резерва диска. Диск всегда отформатирован не на полную емкость, имеется некоторый запас. Связано это еще и с тем, что практически невозможно изготовить носитель, на котором вся поверхность была бы качественной – всегда найдутся поврежденные кластеры. Информация на жестком диске может храниться годами, но иногда требуется ее перенос с одного компьютера на другой. Несмотря на свое название, жесткий диск является весьма хрупким прибором, чувствительным к перегрузкам, ударам и толчкам. Теоретически, переносить информацию с одного рабочего места на другое путем переноса жесткого диска возможно, и в некоторых случаях так и поступают, но все-таки этот прием считается нетехнологичным, поскольку требует особой аккуратности и определенной квалификации. Для оперативного переноса небольших объемов информации используют так называемые гибкие магнитные диски (дискеты), которые вставляют в специальный накопитель – дисковод. Сейчас стандартными считаются дискеты размером 3,5 дюйма высокой плотности. Они имеют емкость 1,44 Мбайт и маркируются буквами HD (high density – высокая плотность). Гибкие диски считаются малонадежными носителями информации. Пыль, грязь, влага, температурные перепады и внешние электромагнитные поля очень часто становятся причиной частичной или полной утраты данных, хранившихся на гибком диске. Поэтому использовать гибкие диски в качестве основного средства хранения информации недопустимо. Их используют только для транспортировки информации или в качестве дополнительного средства хранения. Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) переводится на русский язык как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска. Принцип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. Цифровая запись на компакт-диске отличается от записи на магнитных дисках очень высокой плотностью, и стандартный компакт-диск может хранить примерно 650 Мбайт данных. Большие объемы данных характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы CD-ROM относят к аппаратным средствам мультимедиа. Основным недостатком стандартных дисководов CD-ROM является невозможность записи данных, но параллельно с ними существуют и устройства однократной записи CD-R (Compact Disc Recorder), и устройства многократной записи CD-RW. DVD-привод очень похож на привод для обычных компакт-дисков. Однако у DVD очень много возможностей, они могут хранить в 26 раз больший объем информации. Технология DVD стала огромным скачком в области носителей информации. Стандартный однослойный односторонний диск может хранить 4,7 Гбайт данных. Но DVD могут изготавливаться и по двухслойному стандарту, который позволяет увеличить количество хранимых на одной стороне данных до 8,5 Гбайт. Кроме этого диски DVD могут быть двухсторонними, что увеличивает емкость диска до 17 Гбайт. 1.3. Использование универсальных интерфейсов для подключения внешних устройств различных типов Периферийные устройства подключаются к системной шине с помощью контроллеров или адаптеров, представляющих собой специальные платы, различные для разных типов периферийных устройств. Последние новшества в области разработки интерфейсов периферийных устройств – это высокоскоростные шины USB и IEEE. USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная магистраль). Это один из современных интерфейсов для подключения внешних устройств. Стандарт разработали в 1998 году семь компаний: Compaq, Digital Equipment, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom. После того как был разработан скоростной его вариант, «медленный» назвали USB 1.1, а новый – USB 2.0. К одному компьютеру через цепочку концентраторов, использующих топологию звезда, можно подсоединить до 127 различных устройств – от клавиатуры и мыши до сканера и цифровых камер. Правда, все эти устройства должны для эффективной работы пользоваться необходимой им полосой пропускания, а она ограничена 12-ю мегабайтами, которые может дать USB. Иначе работать оно будет, но плохо. Не нужно использовать один USB-разъем (у системных плат бывает два или более разъема) для большого числа скоростных устройств, которые будут работать одновременно. Кстати, если устройство не имеет собственного блока питания, ток будет поставляться шиной, а он не должен превысить максимального значения, что также значительно уменьшает число устройств, приходящихся на один разъем. Передача данных по шине может осуществляться в синхронном и асинхронном режиме. Порт USB позволяет осуществлять обмен информации с быстрыми устройствами на скорости 12 Мбит/с, а с медленными – на скорости 1,5 Мбит/с. Важной особенностью USB-портов является то, что они поддерживают технологию Plug and Play (все подключенные к USB устройства конфигурируются автоматически), то есть при подключении устройства пользователю не требуется устанавливать драйвер – компьютер сделает это сам. Кроме того, порты USB поддерживают возможность «горячего» подключения – при работающем компьютере. Достигается это следующим образом. При подключении кабеля к разъему USB-контроллер чувствует скачок напряжения и подает соответствующий сигнал операционной системе, а она загружает драйвер, который и обеспечивает работу устройства на программном уровне. Или, если драйвер не был установлен, система опознает устройство и самостоятельно или с помощью пользователя поставит необходимые драйверы. При дальнейшем включении/выключении этого устройства инициализация устройства происходит описанным выше образом. В настоящее время производители выпускают периферийные устройства в двух вариантах – с обычными коннекторами (разными для разных устройств) и в USB-варианте. Существуют также специальные мыши и клавиатуры для подключения к USB-порту. Скорость передачи данных через порт USB 1.1 – 12 Мбит/с. Скорость передачи данных через порт USB 2.0 – 480 Мбит/с. Высокоскоростной последовательный интерфейс IEEE 1394, известный как Fire Wire, также упрощает подключение внешних устройств. Скорость передачи данных в IEEE 1394–100–400 Мбит/с. Интерфейс IEEE 1394 используется для соединения с внешними проигрывателями дисков DVD и CD-ROM, с цифровыми видео- и фотокамерами, жесткими дисками. 1.4. Максимальная интеграция функций в рамках одной интегральной микросхемы Основной набор микросхем материнской платы (чипсет, от англ. chip set – набор микросхем) – это главный компонент платы, отвечающий за ее функционирование, а в конечном итоге за функционирование всего компьютера. Чипсет имеет небольшие размеры и состоит из нескольких микросхем (так называемые северный и южный мосты – северный отвечает за функционирование памяти, процессора и т. п., а в южном мосте обычно находятся различные периферийные контроллеры, например контроллеры шины USB). От модели основного набора микросхем зависят все основные характеристики платы: поддерживаемые процессоры и память, тип системной шины, порты для подключения внешних и внутренних устройств, различные дополнительные возможности (например, интегрированный звук или графическое ядро). Современные наборы микросхем содержат различные встроенные контроллеры (контроллер для подключения жесткого диска, контроллер шины USB и портов ввода-вывода), что удешевляет компьютер и облегчает его сборку и использование. Иногда можно обойтись без карт расширения – все необходимое уже встроено в основной набор микросхем. Однако звуковое и графическое ядро, которые могут быть помещены в набор микросхем, обладают вполне умеренными возможностями, которых, впрочем, вполне достаточно для недорогих компьютеров (на них и рассчитан такой подход). Главное требование к чипсету – обеспечение полного использования пропускной способности процессорной шины и других шин, способствующих передаче информации. С точки зрения функциональности главное требование к нему – реализация максимального количества функций. В обычной мостовой архитектуре основной набор микросхем состоит из двух мостов – северного и южного. В северном реализован контроллер памяти, графического порта AGP и шины PCI. В южном – ATA (IDE)-контроллер для жестких дисков и IDE-устройств, порты ввода-вывода и некоторые другие контроллеры. Южный мост соединяется с северным при помощи PCI-шины. В «хабовой» архитектуре для связи мостов используется более скоростная шина. Такое решение позволяет, во-первых, ускорить обмен данными между устройствами, а во-вторых, освободить PCI-шину от обслуживания южного моста. Современные материнские платы содержат широкий набор интегрированных устройств. В первую очередь он определяется набором микросхем (южным мостом). 1.5.Максимальное использование параллельной обработки. В современных микропроцессорах в основу работы каждого блока обработки данных положен принцип конвейера, который заключается в следующем. Реализация каждой машинной команды разбивается на отдельные этапы (как правило, это выборка команды из памяти, декодирование и запись результата). Выполнение следующей команды программы может быть начато до завершения предыдущей. Таким образом, одновременно микропроцессор выполняет несколько следующих друг за другом команд программы, и время на выполнение блока команд уменьшается в несколько раз. Если в микропроцессоре имеется несколько блоков обработки, в основу работы которых положен принцип конвейера, то его архитектуру называют суперскалярной. Процессор с такой архитектурой содержит несколько ступенчатых блоков, функционирующих отдельно друг от друга. Таким образом, внутри процессора действует принцип параллельной обработки данных. Среди ряда технических характеристик компьютеров для большинства главной является производительность. Основными направлениями достижения высокой производительности являются: повышение быстродействия входящих в состав системы модулей; усиление эффективности процесса обмена данными между модулями системы, а также модулями и внешней средой; организация параллельной работы модулей как в процессе обработки данных, тик и при вводе и выводе конечных результатов. Существуют также компьютеры с десятками и сотнями параллельно работающих процессоров. Это тоже используется для параллельной обработки данных. Внедряются новые технологии, например Hyper-Threading – технология, обеспечивающая обработку данных в многопроцессорном режиме. Поддержка этой технологии осуществляется моделями процессоров, начиная с Pentium 4. Заключение В теоретической части курсовой работе был рассмотрен вопрос об общих принципах построения современных компьютеров. Существует ряд таких принципов, из которых в курсовой работе рассмотрены пять из них: 1. принцип открытой архитектуры; 2. организация многоуровневой памяти; 3. использование универсальных интерфейсов для подключения внешних устройств различных типов; 4. максимальная интеграция функций в рамках одной интегральной микросхемы; 5. максимальное использование параллельной обработки. Каждый принцип важен и имеет свои особенности. Все эти особенности были изложены в курсовой работе. Соблюдение этих принципов производящими компаниями при построении компьютеров позволяет сделать их более производительными и удобными в использовании. 2. Практическая часть 2.1. Общая характеристика задачи Используя ППП на ПК, необходимо рассчитать оптимальное сочетание цены и количества произведенного товара при максимальном значении получаемой прибыли путем задания переменных издержек на единицу товара (соотношения показателей заданы в таблице 1). Наибольшую прибыль обеспечивают такой объем выпуска и цена, при которой предельные издержки максимально приближены к предельной выручке или равны ей. Введите текущее значение даты между таблицей и ее названием. По данным таблицы постройте гистограмму с заголовком, названием осей координат и легендой.(......) |
Loading
|