Понятие архитектуры ЭВМ, классификация ЭВМ

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВПО «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ИМПЕРАТОРА ПЕТРА I»

КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ АГРОЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Реферат

На тему: «Понятие архитектуры ЭВМ, классификация ЭВМ»

«Системное программное обеспечение»

Выполнил: Моляков С.Ю.

Группа БФф-1-6

Проверил: Семенова И.М.

Воронеж 2014

Оглавление

Глава 1. Понятие архитектуры ЭВМ, классификация ЭВМ

1.1 Понятие архитектуры ЭВМ

1.2 Классификация ЭВМ

1.3 Основные характеристики вычислительной техники

1.4 Разрядность машины и кодовых шин интерфейса

Глава 2. Системное программное обеспечение

2.1 Системное ПО

2.2 Базовое ПО

2.3 Сервисное программное обеспечение

программный архитектура вычислительный интерфейс

Глава 1. Понятие архитектуры ЭВМ, классификация ЭВМ

1.1 Понятие архитектуры ЭВМ

С середины 60-х годов существенно изменился подход к созданию вычислительных машин. Вместо независимой разработки аппаратуры и некоторых средств математического обеспечения стала проектироваться система, состоящая из совокупности аппаратных (hardware) и программных (software) средств. При этом на первый план выдвинулась концепция их взаимодействия. Так возникло принципиально новое понятие - архитектура ЭВМ.

Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач.

Архитектура ЭВМ охватывает широкий круг проблем, связанных с построением комплекса аппаратных и программных средств и учитывающих множество факторов. Среди этих факторов важнейшими являются: стоимость, сфера применения, функциональные возможности, удобство эксплуатации, а одним из главных компонентов архитектуры являются аппаратные средства.

Архитектуру вычислительного средства следует отличать от его структуры. Структура вычислительного средства определяет его конкретный состав на некотором уровне детализации (устройства, блоки, узлы и т. д.) и описывает связи внутри средства во всей их полноте. Архитектура же определяет правила взаимодействия составных частей вычислительного средства, описание которых выполняется в той мере, в какой это необходимо для формирования правил их взаимодействия. Она регламентирует не все связи, а наиболее важные, которые должны быть известны для более грамотного использования данного средства.

Так, пользователю ЭВМ безразлично, на каких элементах выполнены электронные схемы, схемно или программно реализуются команды и т. д. Важно другое: как те или иные структурные особенности ЭВМ связаны с возможностями, предоставляемыми пользователю, какие альтернативы реализованы при создании машины и по каким критериям принимались решения, как связаны между собой характеристик отдельных устройств, входящих в состав ЭВМ, и какое влияние они оказывают на общие характеристики машины. Иными словами, архитектура ЭВМ действительно отражает круг проблем, относящихся к общему проектированию и построению вычислительных машин и их программного обеспечения.

1.2 Классификация ЭВМ

Чтобы судить о возможностях ЭВМ, их принято разделять на группы по определенным признакам, т. е. классифицировать. Сравнительно недавно классифицировать ЭВМ по различным признакам не составляло большого труда. С развитием технологии производства ЭВМ классифицировать их стало все более затруднительно, ибо стирались грани между такими важными характеристиками, как производительность, емкость внутренней и внешней памяти, габариты, вес, энергопотребление и др. Поэтому разделение ЭВМ по названным признакам нельзя воспринимать как классификацию по техническим параметрам.

Классификацию вычислительных машин по таким показателям, как габариты и производительность, можно представить следующим образом:

- сверхпроизводительные ЭВМ и системы (супер-ЭВМ)

- большие ЭВМ (универсальные ЭВМ общего назначения)

- средние ЭВМ

- малые или мини-ЭВМ

- микро-ЭВМ

- персональные компьютеры

- микропроцессоры.

Основное назначение больших ЭВМ - выполнение работ, связанных с обработкой и хранением больших объемов информации, проведением сложных расчетов и исследований в ходе решения вычислительных и информационно-логических задач. К ним относятся большинство моделей фирмы IBM (семейства 360, 370, 390) и их отечественные аналоги ЕС ЭВМ.

Производительность больших ЭВМ порой оказывается недостаточной для ряда приложений (ядерная энергетика, оборона и т. д.). Были созданы супер-ЭВМ. Они обладают колоссальным быстродействием. Предстаители этого класса ЭВМ - компьютеры фирм Cray Research, Control Data Corporation (CDC) и отечественные супер-ЭВМ семейства Эльбрус.

Средние ЭВМ обладают несколько меньшими возможностями, чем большие ЭВМ, но они меньше стоят. Они предназначены для использования, где приходится постоянно обрабатывать достаточно большие объемы информации с приемлемыми временными затратами. К средним можно отнести ЕС-1036, ЕС-1130, ЕС-1120.

Малые ЭВМ составляют самый многочисленный и быстроразвивающийся класс. Их популярность объясняется малыми размерами, низкой стоимостью и универсальными возможностями.

Класс мини-ЭВМ появился в 60-е годы. Их появление было обусловлено развитием элементной базы и избыточностью ресурсов больших и средних ЭВМ для ряда приложений. Они применяются для управления сложными видами оборудования, создания систем автоматизированного проектирования и гибких производственных систем. К ним относятся модели семейства малых ЭВМ (СМ ЭВМ).

При переходе к интегральным микросхемам оказалось возможным создание функционально законченного устройства обработки информации, выполняющего функции процессора. Такое устройство принято называть микропроцессором.

Изобретение микропроцессора привело к появлению еще одного класса ЭВМ - микро-ЭВМ. Определяющим признаком микро-ЭВМ является наличие одного или нескольких микропроцессоров. Микро-ЭВМ, благодаря малым размерам, высокой производительности, повышенной надежности и небольшой стоимости нашли широкое распространение во всех областях народного хозяйства.

Успехи в развитии микропроцессоров и микро-ЭВМ привели к появлению персональных ЭВМ (ПЭВМ), предназначенных для индивидуального обслуживания пользователя и ориентированных на решение различных задач неспециалистами в области вычислительной техники. ПЭВМ позволяет эффективно выполнять научно-технические и финансово-экономические расчеты, организовывать базы данных, подготавливать и редактировать документы, обрабатывать графическую информацию и т. д.

На основе ПЭВМ создаются автоматизированные рабочие места (АРМ) для представителей разных профессий (конструкторов, технологов, административного аппарата и др.).

Рынок персональных и микро-ЭВМ непрерывно расширяется за счет поставок ведущих мировых фирм: IBM, DEC, Apple, COMPAREX, Siemens, ICL.

1.3 Основные характеристики вычислительной техники

К основным характеристикам вычислительной техники относятся ее эксплуатационно-технические характеристики, такие как быстродействие, емкость памяти, точность вычислений, производительность, и 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);

КОПС (KOPS - Kilo Operations Per Second) для низкопроизводительных ЭВМ - тысяча неких усредненных операций над числами;

ГФЛОПС (GFLOPS - Giga FLoating Operations Per Second) - 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.

1.4 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

Емкость, или объем, памяти определяется максимальным количеством информации, которое можно разместить в памяти ЭВМ. Обычно емкость памяти измеряется в байтах. Память подразделяется на внешнюю и внутреннюю. Внутренняя, или оперативная, память по своему объему у различных классов машин различна и определяется системой адресации ЭВМ. Емкость внешней памяти из-за блочной структуры и съемных конструкций накопителей практически неограничена.

Точность вычислений зависит от количества разрядов, используемых для представления одного числа. Современные ЭВМ комплектуются 32- или 64- разрядными микропроцессорами, что вполне достаточно для обеспечения высокой точности расчетов. Однако, если этого мало, можно использовать удвоенную или утроенную разрядную сетку.

Система команд - это перечень команд, которые способен выполнить процессор ЭВМ. Система команд устанавливает, какие конкретно операции может выполнять процессор, сколько операндов требуется указать в команде, какой вид (формат) должна иметь команда для ее распознавания. Количество основных разновидностей команд невелико. С их помощью ЭВМ способны выполнять операции сложения, вычитания, умножения, деления, сравнения, записи в память и др. При необходимости выполняется модификация команд, учитывающая специфику вычислений. Обычно в ЭВМ используется от десятков до сотен команд. На современном этапе развития вычислительной техники используются два основных подхода при формировании системы команд процессора. С одной стороны, это традиционный подход, связанный с разработкой процессоров с полном набором команд - архитектура CISC (Complete Instruction Set Computer - компьютер с полным набором команд). С другой стороны, это реализация в ЭВМ сокращенного набора простейших, но часто употребляемых команд, что позволяет упростить аппаратные средства процессора и повысить его быстродействие - архитектура RISC (Reduced Instruction Set Computer - компьютер с сокращенным набором команд).

Стоимость ЭВМ зависит от множества факторов, в частности от быстродействия, емкости памяти, системы команд и др. Большое влияние на стоимость оказывает конкретная комплектация ЭВМ и, в первую очередь внешние устройства, входящие в состав машины. Стоимость программного обеспечения ощутимо влияет на стоимость ЭВМ.

Надежность ЭВМ - Надежность - это способность системы выполнять полностью и правильно все заданные ей функции. Надежность ПК измеряется обычно средним временем наработки на отказ.

Важное значение имеют и другие характеристики вычислительной техники, например: универсальность, программная совместимость, вес, габариты, энергопотребление и др.

Глава 2. Системное программное обеспечение

2.1 Системное ПО

Системное ПО - совокупность программ для обеспечения работы компьютера и компьютерной сети и для создания среды выполнения функциональных задач.

Системное ПО направлено:

на создание операционной среды функционирования других программ;

на обеспечение надежной и эффективной работы самого компьютера и вычислительной сети;

на проведение диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;

на выполнение вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование, восстановление файлов программ и т.д.)

2.2 Базовое ПО

Базовое ПО - это минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера. В базовое ПО входят операционная система, операционные оболочки (текстовые и графические), сетевая операционная система.

К базовому программному обеспечению компьютера относятся:

операционные системы и драйверы в составе ОС;

интерфейсные оболочки для взаимодействия пользователя с ОС (операционные оболочки) и программные среды;

системы управления файлами.

Операционная система - совокупность программных средств, обеспечивающая управление аппаратной частью компьютера и прикладными программами, а также их взаимодействием между собой и пользователем.

Операционная система предназначена для управления выполнением пользовательских программ, планирования и управления вычислительными ресурсами ЭВМ. Операционная система, с одной стороны, выступает как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, с другой стороны, предназначена для эффективного использования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений.

Системы управления файлами предназначены для организации более удобного доступа к данным, организованным как файлы.

Вместо низкоуровневого доступа к данным с указанием конкретных физических адресов система управления файлами позволяет использовать логический доступ с указанием имени файла.

Любая система управления файлами не существует сама по себе - она разработана для работы в конкретной ОС и с конкретной файловой системой. То есть можно было бы систему управления файлами отнести к ОС.

Но в связи с тем, что:

1) ряд ОС позволяет работать с несколькими файловыми системами (либо с одной из нескольких, либо сразу с несколькими одновременно); а дополнительную файловую систему можно установить (т.е. они самостоятельны)

2) простейшие ОС могут работать и без файловых систем;

системы управления файлами выделяются в отдельную группу системных программ.

Заметим, что часто в специальной литературе системы управления файлами относят все-таки к операционным системам.

Операционные оболочки - специальные программы, предназначенные для облегчения общения пользователя с командами ОС. Операционные оболочки имеют текстовый и графический варианты интерфейса.

Системы управления файлами предназначены для организации более удобного доступа к данным, организованным как файлы.

Вместо низкоуровневого доступа к данным с указанием конкретных физических адресов система управления файлами позволяет использовать логический доступ с указанием имени файла.

Любая система управления файлами не существует сама по себе - она разработана для работы в конкретной ОС и с конкретной файловой системой. То есть можно было бы систему управления файлами отнести к ОС.

2.3 Сервисное программное обеспечение

Сервисное программное обеспечение - программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового программного обеспечения и организуют более удобную среду работы пользователя.

Это набор сервисных, дополнительно устанавливаемых программ, которые можно классифицировать по функциональному признаку следующим образом:

драйверы специфических и специальных устройств (те, которые не поставляются в составе ОС).

программы диагностики работоспособности компьютера;

антивирусные программы, обеспечивающие защиту компьютера, обнаружение и восстановление зараженных файлов;

программы обслуживания дисков, обеспечивающие проверку качества поверхности магнитного диска, контроль сохранности файловой системы на логическом и физической уровнях, сжатие дисков, создание страховых копий дисков, резервирование данных на внешних носителях и др.;

программы архивирования данных, которые обеспечивают процесс сжатия информации в файлах с целью уменьшения объема памяти для ее хранения;

программы обслуживания сети.

Эти программы часто называются утилитами. (Заметим, что к антивирусным средствам этот термин обычно не применяется)

Утилиты - программы, служащие для выполнения вспомогательных операций обработки данных или обслуживания компьютеров (диагностики, тестирования аппаратных и программных средств, оптимизации использования дискового пространства, восстановления разрушенной на магнитном диске информации и т.п.).

Наибольшее распространение сегодня имеют комплекты утилит: Norton Utilities - фирма Symantec; Checkit PRO Deliuxe 2.0 - фирма Touch Stone; PC Tools for Windows 2.0; программа резервного копирования HP Colorado Backupfor Windows 95.

Отдельно вспомним о такой группе системного ПО как системы программирования.

Это набор специализированных программных продуктов, которые являются инструментальны средствами разработчика. Программные продукты данного класса поддерживают все этапы процесса программирования, отладки и тестирования создаваемых программ.

Драйвер - программа, с помощью которой операционная система получает доступ к оборудованию подключенному к компьютеру. Для использования всех устройств, подключенных к компьютеру, необходимы специальные драйвера. Обычно с операционными системами поставляются драйвера для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Для более специфических устройств (графическая плата, принтер...) могут потребоваться специальные драйвера, обычно предоставляемые производителем устройства.

Программы для диагностики компьютера позволяют проверить конфигурацию компьютера (количество памяти, ее использование, типы дисков и т.д.), а также проверить работоспособность устройств компьютера (прежде всего жестких дисков). Они позволяют выявить «намечающиеся» дефекты дисков (возникающие из-за износа магнитной поверхности диска) и предотвратить потерю данных, хранящихся на диске.

С помощью тестового программного продукта или диагностического комплекса можно определить ряд несложных неисправностей аппаратуры или неправильного конфигурирования системных файлов.

Диагностика может выполняться как для системы в целом, так и для отдельных модулей: системной платы, памяти (стандартной, дополнительной и расширенной), видеоподсистемы, жестких дисков, приводов флоппи-дисков, клавиатуры, портов (последовательных и параллельных), координатных устройств, приводов компакт-дисков (CD-ROM) и устройств, имеющих SCSI-интерфейс и т.д. Например, диагностика DirectX замечательное средство диагностики работоспособности компьютера называется Средство диагностики DirectX. Данная программа отображает сведения о компонентах и драйверах интерфейса Microsoft DirectX. Программа позволяет проверить работу аудио- и видеокарты, а также установить связь с мультимедийными службами. С помощью средства диагностики также можно отключить некоторые средства аппаратного ускорения.

Для обнаружения, удаления и защиты от компьютерных вирусов разработаны специальные программы, которые позволяют обнаруживать и уничтожать вирусы. Такие программы называются антивирусными. Современные антивирусные программы представляют собой многофункциональные продукты, сочетающие в себе как превентивные, профилактические средства, так и средства лечения вирусов и восстановления данных. Антивирусные программы делятся на: программы-детекторы, программы- доктора, программы-ревизоры, программы-фильтры, программы-вакцины.

Обслуживание дисков пользователь выполняет с такой целью:

Сканирование поверхности диска и устранения ошибок в файловой системе (программа ScanDisk), часто случаются в случае неправильного выключения компьютера;

Устранение фрагментации диска (программа Defrag) при интенсивной его эксплуатации;

"Лечение" сбойного диска, чтобы добиться доступа к файлам (программа Norton Disk Doctor, сокращенно Ndd);

Снятие копий с системных областей дисков для последующей реставраций "файловой" системы в случае ее значительного повреждения (прога Rescue);

Получение информации об имеющихся системных ресурсов (Rescue Meter) и т.д.

Обслуживание дисков включает в себя использование системные программы или специализированный пакет программ.

Архиватор -- программа, осуществляющая сжатие и/или упаковку одного и более файлов в архив или серию архивов для удобства переноса или хранения, а также распаковку архивов.

Простейшие архиваторы просто последовательно объединяют (упаковывают) содержимое файлов в архив. Архив должен также содержать информацию об именах и длине оригинальных файлов для их восстановления, поэтому большинство архиваторов также сохраняют метаданные файлов, предоставляемые операционной системой, такие, как время создания и права доступа. Многие архиваторы используют сжатие без потерь для уменьшения размера архива.

Характеристики архиваторов:

По степени сжатия.

По скорости сжатия.

Эти характеристики -- обратно зависимые величины. То есть, чем больше скорость сжатия, тем меньше степень сжатия, и наоборот.

Программа, создавая архив, обрабатывает как текстовые файлы, так и бинарные файлы. Первые всегда сжимаются в несколько раз (в зависимости от архиватора), тогда как сжатие бинарных файлов зависит от их характера. Одни бинарные файлы могут быть сжаты в десятки раз, сжатие же других может и вовсе не уменьшить занимаемый ими объем.

Нахождение для любого входного файла программы наименьшего возможного размера, печатающей этот файл, является алгоритмически неразрешимой задачей, поэтому «идеальный» архиватор невозможен.

Сжатие данных обычно происходит значительно медленнее, чем обратная операция.

Обслуживание сетей - это услуга, предназначенная для организаций, которым необходима качественное обслуживание их IT инфраструктуры.

Размещено на Allbest.ru