Архитектура современных аппаратных и программных средств.

Информационные технологии основаны на применении компьютерной техники. Т.о. необходимо иметь определённые знания, касающиеся архитектуры аппаратных и программных средств.

Компьютер – это прибор для автоматизации, создания, хранения, обработки и транспортировки информации.

Работа компьютера основана на последующем выполнении определенных операций, предписанных программой. Таким образом, использование компьютерной техники означает использование аппаратных и программных ресурсов. С одной стороны компьютер – электронное устройство для обработки информации, но без наличия программы ничего не делает. С другой стороны, программа предписывает последовательность действий, но реализуется на определенном устройстве.

Концепция персонального компьютера (ПК) означает, что пользователь компьютера решает задачи предметной области, не обладая знаниями в области программирования и компьютерной техники, то есть без помощи дополнительного персонала.

ПК имеет три основные части:  

1. Процессор

2. Память

3. Периферийные устройства

Эти части ПК, будучи электронными устройствами, связаны между собой системой шин. Шина – набор электрических проводников. Назначение электрических сигналов на шине, их электрические характеристики стандартизированы. Таким образом, использование стандартной шины делает аппаратную часть компьютера открытой архитектурой, то есть в компьютерную систему, как в целостное устройство, могут объединяться три составляющих различных производчиков и изготовителей.

Совместимость составляющих компьютера означает, что они совместимы функционально, электрически и конструктивно.

Основной узел – процессор. Его функция – исполнение программ, которые хранятся в памяти. В современных ПК процессор выполнен на одном кристалле, то есть это специализированная микросхема, такое устройство называется микропроцессором. Процессор общается с памятью, взаимодействует так же и с периферийными устройствами этот обмен осуществляется с помощью шины. Объем информации очень значительный. Для обращения к элементам информации требуется определенный адрес, который задается в виде двоичного числа. Чем больше разрядов в двоичном адресе, тем больше элементов памяти может быть задействовано. Основным свойством является разрядность шины. Большинство современных ПК используют 32-х разрядную шину.

Производительность процессора определяется числом элементарных действий в секунду, которые он способен выполнять. Таким элементарным действием может быть чтение, запись и т. д. Для каждой операции требуется определенное время. Время в компьютерной системе должно быть синхронизировано. Для выполнения элементарного действия требуется определенный квант времени – такт. Чем короче такт, тем больше операций в секунду будет выполняться.

Второй важнейшей характеристикой процессора является тактовая частота. Тактовые частоты наиболее распространенных процессоров: 1,5…3 ГГц.

Память.

Назначение памяти – хранение данных и программ.

Всю память можно разделить на две части:

· Внутреннюю память

· Внешнюю память

Внутренняя память выполнена на специализированных микросхемах, имеет относительно небольшой объем, но имеет высокое быстродействие. Память организована таким образом, что информация хранится в виде двоичных слов (8 разрядов), любое слово байт. Важнейшей характеристикой памяти является ее объем.

Внутренняя память компьютера делится на:

· ROM (Read Only Memory)- предназначена только для чтения.

· RAM (Random Access Memory) – память с произвольным доступом.

 ROM (ПЗУ – постоянные запоминающие устройства) – хранит некоторые программы, записанные на этапе изготовления компьютера, и предназначены, в основном, для запуска компьютерной системы. Объем примерно 64 Мб.

RAM (ОЗУ – оперативное запоминающее устройство) – основная часть информации размещается в ОЗУ примерно 512 Мб.

ПЗУ – энергонезависимая часть памяти, там информация хранится после выключения компьютера.

В ОЗУ информация хранится в виде электрического заряда. Такой способ хранения информации обеспечивает высокое быстродействие, но является энергозависимой.

Внешняя память отличается тем, что информация хранится на физических носителях. Размещение информации на физическом носителе изменяется путём изменения свойств поверхности носителя (оптических или магнитных). Устройство для хранения информации, относящееся к внешней памяти, может использовать постоянные или сменные носители информации. На сегодня, такими устройствами хранения информации являются жёсткие магнитные диски (ЖМД), гибкие магнитные диски (ГМД), оптические (лазерные) диски (CD).

ЖМД. Носителем информации является несменный диск (5 дюймов). Размещение информации осуществляется определённым образом, для этого вся поверхность делится на концентрические дорожки. Каждая дорожка разделена на сектора. Информация записывается в нужный сектор на нужной дорожке. Запись производится магнитной головкой. Диск вращается со скоростью: 5400 об/мин (80Гб), 7200 об/мин, ок.10000 об/мин.

ГМД используют такой же принцип записи, но имеет гораздо меньший объём (1,44Мб).

На оптических носителях информации запись осуществляется изменением коэффициента отражения поверхности. Для этого воздействуют на поверхность носителя лазерным лучом. Чтение информации, записанной на такой поверхности, осуществляется с помощью лазерной головки. В остальном, работа ЖМД и CD практически одинакова.

Внешняя память в отношении хранения информации так же является энергонезависимой, т.е. записанная на поверхности носителя информация сохраняется практически бесконечно долгое время.

Флэш-память. Использует электронные методы записи информации. Предназначена для кратковременного хранения информации. В основе памяти – специализированная микросхема – до 4 Гб. Обладает двумя полезными характеристиками: приемлемый объём и достаточное быстродействие. Информация будет в порядке в течение 10⁵ циклов записи-чтения.