Файл: Конспект лекций по курсу Информатика для студентов дневной формы обучения по специальности 220200 Автоматизированные системы обработки информации и управления.pdf

36
• сканеры;
• высококачественные видео- и звуковые платы;
• платы видеозахвата, снимающие изображение с видеомагнитофона или с видеокамеры;
• высококачественные акустические и видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками, большими видеоэкранами;
Очевидно, что конструкция современной ЭВМ много сложнее рассмотренной конструкции. На структурной схеме не изображены тактовый генератор, который подключен к процессору, адаптеры (или контроллеры), включенные между системной шиной и каждым устройством ввода-вывода и другие блоки (дополнительные – математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода- вывода, котроллер прерываний).
Математический сопроцессор
широко используется для ускоренного выполнения операций над двоичными числами с плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами. Математический сопроцессор работает параллельно с основным
МП, но под управлением последнего. Последние модели МП, начиная с МП 80486 DX, имеют встроенный сопроцессор.
Прерывания
Важнейшую роль играет в ПК контроллер прерываний.
Прерывание
– временный останов выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, в данный момент наиболее важной (приоритетной) программы.
Прерывания возникают при работе с компьютером постоянно. Достаточно сказать, что все процедуры ввода-вывода информации выполняются по прерываниям (естественно, пользователь их не замечает). Кроме этого, запросы на прерывание могут возникать из-за сбоев в аппаратуре, переполнения разрядной сетки, деления на ноль и т.д.
Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от ВУ, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в МП. МП, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к выполнению программы обслуживания этого прерывания, после ее завершения восстанавливается выполнение прерванной программы.
Приведенный вид структурной схемы ЭВМ является неймановской структурой, названной так в честь американского ученого венгерского происхождения фон Неймана.
Конструктивно ПК
выполнены в виде центрального системного блока, К которому через разъемы подключаются ВУ: дополнительные устройства памяти, клавиатура, дисплей, принтер и др.
Системный блок
обычно включает в себя системную плату, блок питания, накопители на дисках, разъемы для дополнительных устройств и платы расширения с контроллерами – адаптерами ВУ.
На системной плате (материнской плате), как правило, размещаются:
•
МП;
• математический сопроцессор;
• генератор тактовых импульсов;
• микросхемы ОЗУ и ПЗУ;
• адаптеры клавиатуры, НЖМД и НГМД;
• контроллер прерываний;
• таймер и др.
Принцип открытости архитектуры
Одной из плодотворных идей, положенных в основу персональных компьютеров, является открытость архитектуры. Согласно этой концепции:
1.
Каждый пользователь может самостоятельно формировать конфигурацию своего компьютера по своему усмотрению. Это означает, что в зависимости от потребности пользователь может подключить к системной шине различные

37
устройства: модем, звуковую плату, клавиатуру электромузыкального инструмента, плату телевизионного приемника и т.п.
2.
Открытость архитектуры позволяет легко модернизировать имеющийся компьютер, например, путем замены винчестера на жесткий диск большего объема, замены процессора, увеличения объема оперативной памяти и т.д.
3.
Кроме этого, конкуренция среди производителей комплектующих привела к удешевлению компьютеров.
Однако, современный рынок компьютеров огромен, поэтому выбрать нужный блок довольно непросто. Без специальных знаний при определении конфигурации компьютера с требуемыми характеристиками практически не обойтись. В связи с этим рассмотрим основные характеристики ПК.
Функциональные характеристики ПК
Основными характеристиками ПК являются:
1. Быстродействие, производительность, тактовая частота.
Единицами измерения быстродействия служат:
• МИПС (MIPS – Mega Instruction Per Second) – миллион операций над числами с фиксированной запятой (точкой);
• МФЛОПС (MFLOPS – Mega Floating Operations Per Second) – миллион операций над числами с плавающей запятой (точкой);
• ГФЛОПС (GFLOPS) – миллиард операций в секунду над числами с плавающей запятой (точкой).
Оценка производительности ЭВМ всегда приблизительная, ибо при этом ориентируются на некоторые усредненные или, наоборот, на конкретные виды операций.
Реально при решении различных задач используются и различные наборы операций.
Поэтому для характеристики ПК вместо производительности обычно указывают тактовую частоту, более объективно определяющую быстродействие машины, так как каждая операция требует для своего выполнения вполне определенного количества тактов. Зная тактовую частоту, можно достаточно точно определить время выполнения любой машинной операции.
Пример:
тактовый генератор с частотой 33 МГц обеспечивает выполнение 7 млн. коротких операций (сложение и вычитание с фиксированной запятой, пересылки информации) в секунду; тактовый генератор с частотой 100 МГц обеспечивает выполнение 20 млн. коротких операций в секунду.
У машин с процессором Pentium быстродействие 100-200 млн. операций в секунду при тактовой частоте 60-133 МГц. У машин с процессором Pentium Pro (P6) быстродействие достигает 300 млн. операций в секунду при тактовой частоте 150-200
МГц.
Фирмой Intel разработаны и широко используются микропроцессоры Pentium-2 с тактовой частотой 300, 350 и 400 МГц, производительность которого на 100% больше, чем у процессора Pentium. Процессоры типа Celeron несколько хуже, чем Pentium-2, но зато существенно дешевле. Еще более быстродействующий процессор Pentium-3 имеет тактовую частоту 450-500 МГц. Разработан процессор Pentium-4 с частотой 1000 МГц.
2. Разрядность машины и кодовых шин интерфейса.
Разрядность –
это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция, в том числе и операция передачи информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ПК.
3. Типы системного и локальных интерфейсов.
Разные типы интерфейсов обеспечивают разные скорости передачи информации между узлами машины, позволяют подключать разное количество внешних устройств и различные их виды.
4. Емкость оперативной памяти.

38
Емкость оперативной памяти чаще всего измеряется в мегабайтах (Мбайт), реже в килобайтах (Кбайт). Напоминаю, 1 Мбайт = 1024 Кбайт = 1024 2
байт.
Многие современные прикладные программы при оперативной памяти емкостью меньше 8 Мбайт просто не работают либо работают, но очень медленно.
Следует иметь в виду, что увеличение емкости основной памяти в 2 раза, помимо всего прочего, дает повышение эффективной производительности ЭВМ при решении сложных задач примерно в 1,7 раза.
5. Емкость накопителя на жестких магнитных дисках.
Емкость винчестера измеряется обычно в мегабайтах или гигабайтах. Многие программные продукты требуют для работы до 1 гигабайта (1Гбайт = 1024 Мбайт) внешней памяти.
6. Тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках.
Сейчас применяются в основном накопители на гибких магнитных дисках, использующие дискеты диаметром 3,5 (1 дюйм = 25,4 мм). Они имеют стандартную емкость 1,44 Мбайта.
7. Виды и емкость КЭШ-памяти.
Следует иметь в виду, что наличие КЭШ-памяти емкостью 256 Кбайт увеличивает производительность ПК примерно на 20%.
КЭШ-память емкостью 256-512 Кбайт – обязательный атрибут высокопроизводительных систем на процессорах Pentium. Однако у них встроенная
КЭШ-память имеет небольшую емкость (16 Кбайт), а основная ее часть находится вне процессора на материнской плате. Поэтому обмен данными с ней происходит не не внутренней частоте МП, а на частоте тактового генератора, что снижает общее быстродействие компьютера. В МП Pentium Pro Кэш-памать емкостью 256-512 Кбайт находится в самом микропроцессоре.
8. Тип видеомонитора (дисплея) и видеоадаптера.
Наиболее часто в современных ПК используются мониторы VGA с разрешающей способностью 640*480 точек при передаче 16 цветов и 320*200 для 256 цветов, и мониторы SVGA с разрешающей способностью 800*600, 1024*768, 1280*1024, 1600*1200 при передаче до 16,8 млн. цветов. Размер экрана монитора от 9 до 21 дюйма (23-54 см), но чаще всего 14 дюймов (35,5 см) или 15 дюймов (37,8 см). Размер точки (зерна) от 0,32 мм до 0,21 мм. Чем он меньше, тем лучше.
9. Тип принтера.
10. Напичие математического сопроцессора.
Математический сопроцессор позволяет в десятки раз ускорить выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой и над двоично-кодированными десятичными числами.
11. Имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы
12. Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ.
Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ означает возможность использования на компьютере соответственно тех же технических элементов и программного обеспечения, что и на других типах машин.
13. Возможность работы в вычислительной сети.
14. Возможность работы в многозадачном режиме.
Многозадачный режим позволяет выполнять вычисления одновременно по нескольким программам (многопрограммный режим) или для нескольких пользователей
(много-пользовательский режим). Совмещение во времени работы нескольких устройств машины, возможное в таком режиме, позволяет значительно увеличить эффективное быстродействие ЭВМ.
15. Надежность.

39
Надежность – это способность системы выполнять полностью и правильно все заданные ей функции. Надежность ПК измеряется обычно средним временем наработки на отказ.
16. Стоимость.
17. Габариты и масса.

40
Программные продукты и их основные характеристики
Основные понятия
Возможности компьютера как технической основы системы обработки данных связаны с используемым программным обеспечением (программами).
Программа
(program, routine) – упорядоченная последовательность команд
(инструкций) компьютера для решения задачи.
Программное обеспечение
(software) – совокупность программ обработки данных и необходимых для их эксплуатации документов.
Программы предназначены для машинной реализации задач. Термины задача и
приложение
имеют очень широкое употребление в контексте информатики и программного обеспечения.
Задача
(problem, task) – проблема, подлежащая решению.
Приложение
(application) – программная реализация на компьютере решения задачи.
Таким образом, задача означает проблему, подлежащую реализации с использованием средств информационных технологий, а приложение, реализованное на компьютере решение задачи. Приложение, являясь синонимом слова «программа», считается более удачным термином и широко используется в информатике.
Термин задача употребляется также в сфере программирования, особенно в режиме мультипрограммирования
(одновременного выполнения нескольких задач) и мультипроцессорной обработки (в ЭВМ имеется несколько процессоров) как единица работы вычислительной системы, требующая выделения вычислительных ресурсов
(процессорного времени, основной памяти и т.п.). В данной лекции этот термин употребляется в смысле первого определения.
Существует большое разнообразие классификаций задач. С позиций специфики разработки и вида программного обеспечения будем различать 2 класса задач – технологические и функциональные.
Технологические задачи
ставятся и решаются при организации технологического процесса обработки информации на компьютере. Технологические задачи являются основой для разработки сервисных средств программного обеспечения в виде
утилит, сервисных программ, библиотек процедур
и др., применяемых для обеспечения работоспособности компьютера, разработки других программ или обработки данных функциональных задач.
Функциональные задачи
требуют решения при реализации функций управления в рамках информационных систем предметных областей. Например, управление деятельностью торгового предприятия, планирование выпуска продукции, управление перевозкой грузов и т.д. Функциональные задачи в совокупности образуют предметную область и полностью определяют ее специфику.
Предметная (прикладная) область
(application domain) – совокупность связанных между собой функций, задач управления, с помощью которых достигается выполнение поставленных целей.
Процесс создания программ можно представить как последовательность действий, представленных на рис.3.1.
Постановка задачи
Алгоритмизация решения задачи
Программиро вание
Рис.3.1. Схема процесса создания