Состав вычислительной системы

1.

Состав вычислительной
системы

2.

Вычислительная система (ВС) это совокупность
взаимодействующих между собой аппаратных средств и
программ, предназначенных для обслуживания одного
рабочего участка.
Состав вычислительной системы называют
конфигурацией
Аппаратные средства ВС − это устройства и приборы.
Программное обеспечение − это совокупность
программ, предназначенных для управления
аппаратными средствами.

3.

Аппаратное обеспечение
К аппаратному обеспечению вычислительных
систем относятся устройства и приборы,
образующие аппаратную конфигурацию.
Современные компьютеры и вычислительные
комплексы
имеют
блочно-модульную
конструкцию — аппаратную конфигурацию,
необходимую для исполнения конкретных видов
работ, можно собирать из готовых узлов и
блоков.
3

4.

По способу расположения устройств
относительно центрального процессорного
устройства (ЦПУ — Central Processing Unit,
CPU) различают внутренние и внешние
устройства.
Внешними,
как
правило,
являются
большинство устройств ввода-вывода данных
(их
также
называют
периферийными
устройствами) и некоторые устройства,
предназначенные для длительного хранения
данных.
4

5.

Согласование между отдельными узлами и
блоками выполняют с помощью переходных
аппаратно-логических устройств, называемых
аппаратными интерфейсами.
Стандарты на аппаратные интерфейсы в
вычислительной
технике
называют
протоколами.
Протокол — это совокупность технических
условий, которые должны быть обеспечены
разработчиками устройств для успешного
согласования
их
работы
с
другими
устройствами.
5

6.

Примеры аппаратных интерфейсов:
Разъем для подключения
устройств SATA
Разъем питания
устройств SATA
6
Интерфейсный кабель SATA

7.

Примеры аппаратных интерфейсов:
Разъем для подключения
устройств IDE (ATA)
Интерфейсный кабель
(шлейф) IDE (ATA)
7

8.

Примеры
аппаратных
внешних устройств:
интерфейсов
8

9.

Аппаратное обеспечение
Примеры аппаратных интерфейсов:
Интерфейс USB
Адаптер USB – PS/2
9

10.

Аппаратное обеспечение
Примеры аппаратных интерфейсов:
Интерфейсы FireWire (IEEE 1394)
10

11.

Аппаратное обеспечение
Примеры аппаратных интерфейсов:
Интерфейсы D-SUB
( VGA)
11

12.

Аппаратное обеспечение
Примеры аппаратных интерфейсов:
Интерфейс HDMI
12

13.

Аппаратное обеспечение
Примеры аппаратных интерфейсов:
Интерфейс S/PDIF
13
Кабель TOSLINK
Кабель Coaxial

14.

Многочисленные
интерфейсы,
присутствующие
в
архитектуре
любой
вычислительной системы, можно условно
разделить
на
две
большие
группы:
последовательные и параллельные.
Через последовательный интерфейс данные
передаются последовательно, бит за битом, а
через параллельный — одновременно группами
битов.
Количество битов, участвующих в одной
посылке,
определяется
разрядностью
интерфейса,
например
восьмиразрядные
параллельные интерфейсы передают один байт
(8 бит) за один цикл.
14

15.

Аппаратное обеспечение
15
Параллельные и последовательные интерфейсы

16.

Параллельные интерфейсы обычно имеют
более
сложное
устройство,
чем
последовательные, но обеспечивают более
высокую производительность.
Их применяют там, где важна скорость
передачи
данных:
для
подключения
печатающих
устройств,
устройств
ввода
графической информации, устройств записи
данных на внешний носитель и т. п.
Производительность
параллельных
интерфейсов измеряют байтами в секунду
(байт/с; Кбайт/с; Мбайт/с).
Примеры: LPT-порт, ISA, PCI, ATA, SCSI
16

17.

Параллельные интерфейсы
17

18.

Устройство последовательных интерфейсов
проще; как правило, для них не надо
синхронизировать
работу
передающего
и
принимающего устройства (поэтому их часто
называют асинхронными интерфейсами), но
пропускная
способность
их
меньше
и
коэффициент полезного действия ниже, так как
из-за
отсутствия
синхронизации
посылок
полезные данные предваряют и завершают
посылками служебных данных, то есть на один
байт полезных данных могут приходиться 1-3
служебных бита (состав и структуру посылки
определяет конкретный протокол).
Примеры: USB, PCI-Express, HyperTransport,
IEEE 1394, SATA
18

19.

Поскольку
обмен
данными
через
последовательные устройства производится не
байтами, а битами, их производительность
измеряют битами в секунду (бит/с, Кбит/с,
Мбит/с).
Последовательные
интерфейсы
ранее
применяли
для
подключения
достаточно
«медленных» устройств (простейших устройств
печати низкого качества, устройств ввода и
вывода знаковой и сигнальной информации,
контрольных датчиков, малопроизводительных
устройств связи и т. п.), а также в тех случаях,
когда нет существенных ограничений по
продолжительности
обмена
данными
(большинство цифровых фотокамер).
19

20.

В
настоящее
время
последовательные
интерфейсы
широко
распространены
и
обладают
достаточно
высокой
производительностью.
20

21.

Программное обеспечение
Программы
—
это
упорядоченные
последовательности команд.
Конечная цель любой компьютерной
программы — управление аппаратными
средствами. Даже если на первый взгляд
программа никак не взаимодействует с
оборудованием, не требует никакого ввода
данных с устройств ввода и не осуществляет
вывод данных на устройства вывода, все
равно ее работа основана на управлении
аппаратными устройствами компьютера.
21

22.

Программное и аппаратное обеспечение в
компьютере работают в неразрывной связи и
в непрерывном взаимодействии.
Несмотря на то, что мы рассматриваем
эти две категории отдельно, нельзя
забывать, что между ними существует
диалектическая связь, и раздельное их
рассмотрение является по меньшей мере
условным.
22

23.

Архитектура 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, ОЗУ, внешних ЗУ и периферийных
устройств. Общность архитектуры разных
компьютеров обеспечивает их совместимость с
точки зрения пользователя.
23

24.

Архитектура компьютера
В основу построения
подавляющего большинства
компьютеров положены
следующие общие
принципы,
сформулированные в 1945 г.
американским ученым
Джоном фон Нейманом.
24

25.

Фундаментальные принципы фон-Неймана
Принцип программного управления. Из него
следует, что программа состоит из набора команд,
которые выполняются процессором автоматически друг за
другом в определенной последовательности.
1.
Принцип однородности памяти. Программы и данные
хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не
различает, что хранится в данной ячейке памяти — число,
текст или команда. Над командами можно выполнять
такие же действия, как и над данными.
2.
Принцип адресности. Структурно основная память
состоит из нумерованных ячеек; процессору в
произвольный момент времени доступна любая ячейка.
3.
25

26.

Магистральный способ обмена данными
ЦП
кэш
Локальная
(системная) шина
Мост PCI
(контроллер шины)
Подсистема оперативной памяти
Дисковый
контроллер
Графический
контроллер
Аудиоподсистема
периферийная магистраль PCI (peripherial component Interconnect)
Внешнее устройство 1
Внешнее устройство 2
Внешнее устройство N
Порт 1
Порт 2
Сетевая плата
Видеоподсистема
Порт N
Шина (Bus) - вся совокупность линий (проводников на материнской
плате), по которым обмениваются информацией компоненты и
устройства ПК

27.

27
Схема взаимодействия элементов современного компьютер

28.

Шины по функциональному назначению:
Системная шина (или шина CPU) используется
микросхемами Cipset для пересылки информации к CPU и
обратно;
Шина кэш-памяти предназначена для обмена
информацией между CPU и кэш-памятью;
Шина памяти используется для обмена между
оперативной памятью и CPU.
Шины ввода/вывода
Локальная шина ввода/вывода предназначена для
обмена
информацией
между
быстродействующими
периферийными
устройствами
(видеоадаптерами,
сетевыми картами и др.) и системной шиной под
управлением CPU. Например, PCI.

29.

Стандартная шина ввода/вывода используется для
подключения к перечисленным выше шинам более
медленных
устройств
(например,
мыши,
клавиатуры, модемов, старых звуковых карт). В
настоящее время это шина USB.
Архитектура любой шины имеет следующие
компоненты:
линии для обмена данными (шина данных);
линии для адресации данных (шина адреса);
линии управления данными (шина управления);
линии аппаратных прерываний (для
периферийной шины);
линии для передачи служебной информации
29

30.

Устройство - Контроллер или адаптер - Порт Шина
Адаптер – устройство, выполняющее согласованный
обмен данными между различными каналами
передачи данных.
Контроллер – устройство на базе одного или
нескольких
микропроцессоров
(МП),
которое
управляет передачей данных без привлечения к ней
МП.
Физически
адаптеры
и
контроллеры
представляют собой набор электронных цепей.
Порты – это электронные схемы, содержащие один
или
несколько
регистров
ввода-вывода
и
позволяющие подключить периферийные устройства к
внешним шинам процессора.

31.

Компьютеры, построенные на этих принципах,
относятся к типу фон-неймановских.
Но существуют компьютеры, принципиально
отличающиеся от фон-неймановских. Для них,
например,
может
не
выполняться
принцип
программного управления, т.е. они могут работать
без «счетчика команд», указывающего текущую
выполняемую команду программы.
Для обращения к какой-либо переменной,
хранящейся в памяти, этим компьютерам не
обязательно давать ей имя. Такие компьютеры
называются не-фон-неймановскими.
31