Устройства вывода. Основные характеристики ЭВМ

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Сибирский государственный аэрокосмический университет

имени академика М.Ф. Решетнева

Кафедра ИЭС

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Информатика»

Вариант 13, 23

Выполнил: ст.гр. ФКЗУ 01-1

Сереков И.В.

Проверил: Вайтекунене Е.Л.

Красноярск 2010 г

Вопрос №23

Устройства вывода - это устройства, которые переводят информацию с машинного языка в формы, доступные для человеческого восприятия.

К устройствам вывода относятся:

1. Монитор (дисплей) - универсальное устройство визуального отображения всех видов информации. Различают алфавитно-цифровые и графические мониторы, а также монохромные мониторы и мониторы цветного изображения - активно-матричные и пассивно-матричные жкм.

Разрешающая способность выражается количеством элементов изображения по горизонтали и вертикали. Элементами графического изображения считаются точки - пиксели (picture element). Элементами текстового режима также являются символы. Современные видеоадаптеры (SuperVGA) обеспечивают высокие разрешения и отображают 16536 цветов при max разрешении.

Существуют:

- мониторы на базе электронно-лучевой трубки (CRT).

- жидкокристаллические мониторы (LCD) на базе жидких кристаллов.

2. Принтер - устройство для вывода информации в виде печатных копий текста или графики.

Существуют:

- лазерный принтер - печать формируется за счет эффектов ксерографии;

- струйный принтер - печать формируется за счет микро капель специальных чернил;

- матричный принтер - формирует знаки несколькими иголками, расположенными в головке принтера. Бумага втягивается с помощью вала, а между бумагой и головкой принтера располагается красящая лента.

3. Плоттер (графопостроитель) - устройство, которое чертит графики, рисунки и диаграммы под управлением компьютера. Изображение получается с помощью пера. Используется для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем.

4. Акустические колонки и наушники - устройство для вывода звуковой информации

Вопрос № 13

монитор интерфейс вычислительный электронный

Основные характеристики ЭВМ. Классификация средств электронной вычислительной техники

Комплекс технических и программных средств, предназначенные для автоматизации подготовки и решения задач пользователей. Пользователем понимают человека, в интересах которого проводится обработка данных на ЭВМ. В качестве пользователя могут выступать, программисты работ, программисты, операторы. Структура - совокупность элементов и их связей. Различают структуры технических, программных и аппаратурно-программных средств. Выбирая ЭВМ для решения своих задач, пользователь интересуется функциональными возможностями технических и программных модулей при этом пользователь интересуется не конкретной технической реализацией отдельных модулей, а более общими вопросами возможности организации вычисления.

Архитектура ЭВМ - это многоуровневая иерархия аппаратно- программных средств, из которых состоит ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение. Конкретная реализация уровней определяет особенности структурного построения ЭВМ. Детализацией архитектурного и структурного построения ЭВМ занимаются различные категории специалистов вычислительной техники. Инженеры схемотехники проектируют отдельные технические устройства и разрабатывают методы их сопряжения друг с другом. Системные программисты создают программы управления технического средства информационного взаимодействия между уровнями или программой вычислительного процесса. Программисты прикладники разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействия пользователей с ЭВМ и необходимый сервис при решении ими своих задач.

Характеристики ЭВМ определяющих её структуру.

1. Технические и эксплутационные характеристики ЭВМ (быстродействие и производительность, указатель надёжности достоверности точность, ёмкость оперативной памяти, габаритные размеры, стойкость технических и программных средств, особенности эксплуатации).

2. Характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ; возможность расширения состава технических и программных средств возможность изменения структуры.

3. Состав программного обеспечения ЭВМ и сервисных услуг (оперативная система или среда, пакеты прикладных программ и средства автоматизации программирования).

Одно из важнейших характеристик ЭВМ является её быстродействие, в которой характеризуется числом команд, выполняемых ЭВМ за 1 сек.

Реальное или эффективное быстродействие, обеспечиваемое ЭВМ значительно ниже оно может сильно отличаться в зависимости от класса решаемых задач. К сравнению по быстродействию достоверных оценок, поэтому вместо характеристики быстродействия часто используют связанную с ней характеристику производительности - объём работ осуществляемых ЭВМ в единицу времени. Ёмкость заполняющих устройств: ёмкость в памяти измеряется количеством структурных единиц информации, которая может одновременно размещаться в памяти.

Структурной наименьшей единицей информации является бит - одна двоичная цифра. Обычно ёмкость памяти оценивается в более крупных единицах измерения - байт.

Надёжность - это способность ЭВМ при определённых условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени.

Высокая надёжность закладывается в процессе её производства переход на новую элементную базу сверх большие интегральные схемы (СБИС - сверх большие интегральные схемы резко сокращает число используемых интегральных схем, а значит использует число их соединений друг с другом).

Точность - это возможность различать почти равные значения, точность получение результатов обработки в основном определяется разрядностью ЭВМ, а так же используемыми структурными единицами. Представление информации (байтом, словом, двойным словом).

Достоверность - свойство информации быть правильно воспитанной. Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных результатов. Заданный уровень достоверности обеспечивается аппаратурно-программными средствами контроля самой ЭВМ.

Внутренняя структура вычислительной машины.

Любое ЭВМ неимоновской архитектуры содержит следующие основные устройства:

1. Арифметическо-логическое устройство (АЛХ)

2. Устройство управления (УУ).

3. Заполняющее устройство (ЗУ).

4. Устройство ввода/вывода (УВВ).

5. Пульт управления (ПУ).

В современных ЭВМ АЛУ и УУ объединены в общее устройство и называются центральным процессором.

1. Процессор или микропроцессор является основным устройством ЭВМ он предназначен для выполнения вычислений по хранящейся в Запоминающем устройстве программы и обеспечения общего управления ЭВМ. Быстродействие ЭВМ в значительной мере определяется скорость работы процессора. Для её увеличения процессор использует собственную память небольшого объёма именуемую местной или сверхоперативной, что в некоторых случаях исключает необходимость обращения к запоминающему устройству ЭВМ. Вычислительный процесс должен быть предварительно представлен для ЭВМ в виде программы, последовательности инструкций (команд) записанных в порядке выполнения. ЭВМ выбирает определённую команду расшифровывает её, определяет какие действия и над какими операциями следует выполнить. Эту функцию осуществляет устройство управления, оно же помещает выбранные из ЗУ операнды в АЛУ, где они обрабатываются. Само АЛУ работает под управлением УУ.

2. Обрабатываемае данные и выполняемые программы должны находиться в ЗУ - памяти ЭВМ, куда вводятся ч/3 устройство ввода. Ёмкость памяти измеряется в величинах кратких байту. Память представляет собой сложную структуру, построенную по иерархическому принципу и включает в себя ЗУ различных типов, функционально она делится на 2 части: внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя или основная память - это ЗУ напрямую связанная с процессором и предназначенная для хранения выполняемых программ и данных непосредственно участвующих вычислению. Обращение к внутренней памяти ЭВМ осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет ограниченный объём определяемой системы адресации машин. В свою очередь делится на оперативную ОЗУ и постоянную ПЗУ память. Оперативная память по объёму составляющая большую часть внутренней памяти и служит для приёма хранения и выдачи информации. При включении питания ЭВМ содержимое оперативной памяти в большинстве случаев теряется. Постоянная память обеспечивает хранение и выдачу информации в отличии от содержимого оперативной памяти содержимое постоянной памяти заполняется при изготовлении ЭВМ и не может быть изменено в обычных условиях эксплуатации. В постоянной памяти хранятся часто используемые (универсальные) программы. Пример: некоторые программы операционной системы, программы тестирования оборудования ЭВМ и другие, при выключении ПК содержимое постоянной памяти сохраняется.

Внешняя память предназначена для размещения больших объёмов информации (диски и ленты), которые к тому же являются переносимыми. Ёмкость этой памяти практически не имеет ограничений, а для обращения к ней требуется больше времени, чем ко внутренней. В ЗУ конструктивно отделены от центральных устройств ЭВМ процессора и внутренней памяти имеют собственное управление и выполняет запросы процессора без его непосредственного вмешательства. В качестве ВЗУ используют накопители на магнитных и оптических дисках, а так же накопители на магнитных лентах. ВЗУ по принципам функционирования разделяются на устройство прямого доступа ( накопители на оптических и магнитных дисках) и устройство последовательно доступа (накопители на магнитных лентах). Устройство прямого доступа обладает большим быстродействием поэтому они являются основными внешними запоминающими устройствами постоянно используемыми в процессе функционирования ЭВМ. Устройство последовательного действия используется для резервирования информации.

4. Устройство ввода/вывода (УВВ) служит для ввода информации ЭВМ и вывода из неё, а так же для обеспечения общения пользователя с машиной. Процессор ввода/вывода протекает с использованием внутренней памяти ЭВМ иногда устройство ввода/вывода называют периферийными к ним в частности относят дисплеи (мониторы), клавиатура, манипуляторы типа мышь, алфавитно цифровые печатающие устройство (принтер), графонакопители, сканеры и т.д. Для управления внешними устройствами в том числе и ВЗУ и согласование с их системным интерфейсом служат групповые устройства управления внешними устройствами, адаптеры или контролёры.

Системный интерфейс - это конструктивная часть ЭВМ предназначенная для взаимодействия её устройств и обмена информации между ними. В больших средних и супер ЭВМ в качестве системного интерфейса используются сложные устройства имеющие встроенные процессоры ввода/вывода именуемые началами такие устройства обеспечивают высокую скорость обмена данными между компонентами ЭВМ является использованием в качестве системного интерфейса системных шин. Различают ЭВМ с многошинной структурой и с общей шиной

Во-первых, для обмена информации между устройствами используются отдельные группы шин.

Во - втором случае все устройства ЭВМ объединяются с помощью одной группы шин в которую входят подмножества шин для передачи данных, адреса и управляющих сигналов, при такой организации системы шин обмен информации между процессором памятью и периферийными устройствами выполняется с по единому правилу, что упрощает взаимодействие устройств машин.

Пульт управления служит для управления оператором ЭВМ или системным программистом системных операций в ходе управления вычислительного процесса, кроме того при техническом обслуживании ЭВМ за пультом управления работает инженерно технический персонал. Пульт управления конструктивно часто выполняется вместе с центральным процессором.

Первое поколение ЭВМ (1948 -- 1958 гг.)

Элементной базой машин этого поколения были электронные лампы - диоды и триоды. Машины предназначались для решения сравнительно несложных научно-технических задач. К этому поколению ЭВМ можно отнести: МЭСМ, БЭСМ-1, М-1, М-2, М-З, “Стрела”, “Минск-1”, “Урал-1”, “Урал-2”, “Урал-3”, M-20, "Сетунь", БЭСМ-2, "Раздан". Они были значительных размеров, потребляли большую мощность, имели невысокую надежность работы и слабое программное обеспечение. Быстродействие их не превышало 2--3 тысяч операций в секунду, емкость оперативной памяти--2К или 2048 машинных слов (1K=1024) длиной 48 двоичных знаков. В 1958 г. появилась машина M-20 с памятью 4К и быстродействием около 20 тысяч операций в секунду. В машинах первого поколения были реализованы основные логические принципы построения электронно-вычислительных машин и концепции Джона фон Неймана, касающиеся работы ЭВМ по вводимой в память программе и исходным данным (числам).

Этот период явился началом коммерческого применения электронных вычислительных машин для обработки данных. В вычислительных машинах этого времени использовались электровакуумные лампы и внешняя память на магнитном барабане. Они были опутаны проводами и имели время доступа 1х10-3 с. Производственные системы и компиляторы пока не появились. В конце этого периода стали выпускаться устройства памяти на магнитных сердечниках. Надежность ЭВМ этого поколения была крайне низкой.

Второе поколение ЭВМ (1959 -- 1967 гг.)

Элементной базой машин этого поколения были полупроводниковые приборы. Машины предназначались для решения различных трудоемких научно-технических задач, а также для управления технологическими процессами в производстве. Появление полупроводниковых элементов в электронных схемах существенно увеличело емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие ЭВМ. Уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность. С появлением машин второго поколения значительно расширилась сфера использования электронной вычислительной техники, главным образом за счет развития программного обеспечения. Появились также специализированные машины, например ЭВМ для решения экономических задач, для управления производственными процессами, системами передачи информации и т.д. К ЭВМ второго поколения относятся:

Данный период характеризуется широким применением транзисторов и усовершенствованных схем памяти на сердечниках. Большое внимание начали уделять созданию системного программного обеспечения, компиляторов и средств ввода-вывода. В конце указанного периода появились универсальные и достаточно эффективные компиляторы для Кобола, Фортрана и других языков. Была достигнута уже величина времени доступа 1х10-6 с, хотя большая часть элементов вычислительной машины еще была связана проводами.

Вычислительные машины этого периода успешно применялись в областях, связанных с обработкой множеств данных и решением задач, обычно требующих выполнения рутинных операций на заводах, в учреждениях и банках. Эти вычислительные машины работали по принципу пакетной обработки данных. По существу, при этом копировались ручные методы обработки данных. Новые возможности, предоставляемые вычислительными машинами, практически не использовались.

Именно в этот период возникла профессия специалиста по информатике, и многие университеты стали предоставлять возможность получения образования в этой области.

Элементную базу ЭВМ второго поколения составляли транзисторы, изготовлявшиеся в виде отдельных деталей (каждый в своём корпусе). Они занимали меньше места, чем радиолампы, потребляли меньше энергии и были более надёжнее. Это позволило сделать ЭВМ более компактными, дешёвыми и экономичными. Ко второму поколению ЭВМ относится одна из наиболее известных советских ЭВМ БЭСМ-6, которая используется до сих пор, но не выпускается. Пятое поколение ЭВМ обязано своим возникновением революционной идее изготовить фрагмент электронной схемы, содержащий много транзисторов, регисторов, конденсаторов и т.д., в виде участников различных веществ на поверхности одной полупроводниковой пластины размером с клеточку школьной тетради. Такие электронные устройства получили название интегральных схем или микросхем. Одним из первых ЭВМ третьего поколения были машины американской фирмы IBM. Аналогичные им советские серии ЕС выпускается до сих пор. Появление в 1971г. таких процессоров, названных микропроцессорами, и ознаменовало переход к четвёртому поколению ЭВМ. В результате ЭВМ стали ещё дешевле и надёжнее.

ЭВМ включают кроме аппаратной части и программного обеспечения (ПО)большое количество функциональных средств. К ним относятся коды с помощью которых обрабатываемая информация представляется в цифровом виде. Арифметические коды для преобразования числовой информации. Помехозащищённые коды для зашиты информации от искажения, коды формы определяющие, как должна выглядеть обрабатываемая в ЭВМ информация при отображении и цифровые коды аналоговых величин (звука, живого видео).

1.Кроме кодов на функционирование ЭВМ влияют алгоритмы функционирования, и обработки, и формирование.

2.Технология выполнения различных процедур (например: начальной загрузки ОС принятой в системе технологии обработке заданий пользователей и др.)

3.Способы использования различных систем и организаций их работы (организации системы прерывания или организации прямого доступа к памяти.

4.Устранение негативных явлений, фрагментация памяти.

Третье поколение ЭВМ (1968 -- 1973 гг.)

Элементная база ЭВМ - малые интегральные схемы (МИС). Машины предназначались для широкого использования в различных областях науки и техники (проведение расчетов, управление производством, подвижными объектами и др.). Благодаря интегральным схемам удалось существенно улучшить технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ. Например, машины третьего поколения по сравнению с машинами второго поколения имеют больший объем оперативной памяти, увеличилось быстродействие, повысилась надежность, а потребляемая мощность, занимаемая площадь и масса уменьшились.

В СССР в 70-е годы получают дальнейшее развитие АСУ. Закладываются основы государственной и межгосударственной, охватывающей страны - члены СЭВ (Совет Экономической Взаимопомощи) системы обработки данных. Разрабатываются универсальные ЭВМ третьего поколения ЕС, совместимые как между собой (машины средней и высокой производительности ЕС ЭВМ), так и с зарубежными ЭВМ третьего поколения (IBM-360 и др. - США). В разработке машин ЕС ЭВМ принимают участие специалисты СССР, Народной Республики Болгария (НРБ), Венгерской Народной Республики (ВНР), Польской Народной Республики (ПНР), Чехословацкой Советской Социалистической Республики (ЧССР) и Германской Демократической Республики (ГДР). В то же время в СССР создаются многопроцессорные и квазианалоговые ЭВМ, выпускаются мини-ЭВМ "Мир-31", "Мир-32", "Наири-34". Для управления технологическими процессами создаются ЭВМ сериии АСВТ М-6000 и М-7000 (разработчики В.П.Рязанов и др.). Разрабатываются и выпускаются настольные мини-ЭВМ на интегральных микросхемах М-180, "Электроника -79, -100, -125, -200", "Электроника ДЗ-28", "Электроника НЦ-60" и др.

К машинам третьего поколения относились "Днепр-2", ЭВМ Единой Системы (ЕС-1010, ЕС-1020, ЕС-1030, ЕС-1040, ЕС-1050, ЕС-1060 и несколько их промежуточных модификаций - ЕС-1021 и др.), МИР-2, "Наири-2" и ряд других.

Характерной чертой данного периода явилось резкое снижение цен на аппаратное обеспечение. Этого удалось добиться главным образом за счет использования интегральных схем. Обычные электрические соединения с помощью проводов при этом встраивались в микросхему. Это позволило получить значение времени доступа до 2х10 -9 с. В этот период на рынке появились удобные для пользователя рабочие станции, которые за счет объединения в сеть значительно упростили возможность получения малого времени доступа, обычно присущего большим машинам. Дальнейший прогресс в развитии вычислительной техники был связан с разработкой полупроводниковой памяти, жидкокристаллических экранов и электронной памяти. В конце этого периода произошел коммерческий прорыв в области микроэлектронной технологии.

Возросшая производительность вычислительных машин и только появившиеся многомашинные системы дали принципиальную возможность реализации таких новых задач, которые были достаточно сложны и часто приводили к неразрешимым проблемам при их программной реализации. Начали говорить о "кризисе программного обеспечения". Тогда появились эффективные методы разработки программного обеспечения. Создание новых программных продуктов теперь все чаще основывалось на методах планирования и специальных методах программирования.

Этот период связан с бурным развитием вычислительных машин реального времени. Появилась тенденция, в соответствии с которой в задачах управления наряду с большими вычислительными машинами находится место и для использования малых машин. Так, оказалось, что миниЭВМ исключительно хорошо справляется с функциями управления сложными промышленными установками, где большая вычислительная машина часто отказывает. Сложные системы управления разбиваются при этом на подсистемы, в каждой из которых используется своя миниЭВМ. На большую вычислительную машину реального времени возлагаются задачи планирования (наблюдения) в иерархической системе с целью координации управления подсистемами и обработки центральных данных об объекте.

Программное обеспечение для малых вычислительных машин вначале было совсем элементарным, однако уже к 1968 г. появились первые коммерческие операционные системы реального времени, специально разработанные для них языки программирования высокого уровня и кросс-системы. Все это обеспечило доступность малых машин для широкого круга приложений. Сегодня едва ли можно найти такую отрасль промышленности, в которой бы эти машины в той или иной форме успешно не применялись. Их функции на производстве очень многообразны; так, можно указать простые системы сбора данных, автоматизированные испытательные стенды, системы управления процессами. Следует подчеркнуть, что управляющая вычислительная машина теперь все чаще вторгается в область коммерческой обработки данных, где применяется для решения коммерческих задач.

МиниЭВМ начали применяться и для решения инженерных задач, связанных с проектированием. Проведены первые эксперименты, показавшие эффективность использования вычислительных машин в качестве средств проектирования.

Применение распределенных вычислительных систем явилось базой для децентрализации решения задач, связанных с обработкой данных на заводах, в банках и других учреждениях. Вместе с тем для данного периода характерным является хронический дефицит кадров, подготовленных в области электронных вычислительных машин. Это особенно касается задач, связанных с проектированием распределенных вычислительных систем и систем реального времени.

Процессор ввода/вывода

Вычислительные машины помимо процесса основной памяти образующих её ядро содержит многочисленные периферийные устройства (ПУ), внешние запоминающие устройства (ВЗУ) и УВВ. Передачи информации с периферийного устройства в ЭВМ называется операцией ввода, передачей из ЭВМ в ПУ - операцией вывода.

При разработке систем ввода/вывода ЭВМ особое внимание обращается для решения следующих проблем: должна быть обеспечена возможность реализации машин с переменным составом оборудования (машин с переменной конфигурацией), для объективного и высоко производного оборудования в ЭВМ должны реализовываться одновременная работ процессора над программами и выполнение периферийными устройствами процессов ввода/вывода, необходимо упростить для пользователя и стандартизировать программирование операции ввода/вывода, обеспечить независимость программирования ввода/вывода от особенности того или иного периферийного устройства. Необходимо обеспечить автоматизированное распознавание и реакцию ядра ЭВМ на многообразий ситуаций возникающих в периферийных устройствах (Готовность устройства, отсутствие носителя, различные нарушения нормальной работы и др.)

Стандартизация интерфейсов ввода/вывода привела и возможность гибко изменять конфигурацию вычислительных машин (количество и состав внешних устройств) расширять комплект ЭВМ за счёт подключения новых устройств.

Затем появилась концепция виртуальных устройств позволяющая размещать различные типы ЭВМ и операционные системы. Совместимость распространилась и на работу машин разной конфигурации (можно использовать соответствующее программное обеспечение и при физическом отсутствии необходимых устройств). Изменился принцип работы при отсутствии печатающих устройств файлы направлялись в виртуальное устройство, где и накапливались, а реально распечатывались на другой машине.

В общем случае для организации проведения обмена данными между двумя устройствами требуются специальные устройства:

1.специальные управляющие сигналы и их последовательности,

2.устройство сопряжения,

3. линии связи,

4. программы реализующие обмен.

Весь этот комплекс линий и шин сигналов электронных схем алгоритмов и программ, предназначенных для осуществления обмена информации, называется - интерфейсом.

Список используемой литературы

1. А.В. Могилёв, Н.И. Пак, Е.К. Хённер Информатика: - М., 1999; 816 с.

2. Частиков А.П. Журнал «Информатика и образование», 1996

3. Гутер Р.С., Полунов Ю.Л. От абака до компьютера. - М.: Знание, 1975.

4. Смит Б.Э., Джонсон М.Т. Архитектура и программирование процессов INTEL 80386. - М.: Конкорд. 1992

5. http://www.computer-museum.ru/index.php

Размещено на Allbest.ru