Введение_в_специальность

Бакалавры наук при этом должны иметь большую академиче- скую подготовку, а бакалавры-специалисты должны готовиться ву- зами как дипломированные специалисты. Причем в данном случае бакалавры различных направлений обучаются 4 года, а магистры – 6 лет. Магистр профильной подготовки в данном случае – это спе- циалист с более углубленным изучением производственно- технических вопросов. Если после практического курса обучения в магистратуре учащийся захочет продолжить обучение в магистра- туре научно-исследовательского направления, то нужно будет учиться еще 2 года. А претенденты на обучение в магистратуре должны проходить соответствующий конкурсный отбор.

Второй вариант многоступенчатой подготовки инженеров (рис. 2.3) состоит из двух направлений – научно-исследовательского и практического. Однако в практическом направлении появляется 3 ступень – специалист. Бакалавры также проходят обучение за 4 года. Затем на основе конкурсного отбора обучаются специалисты и магистры по специальности. То есть после обучения в течение 1 года после бакалавриата и получения диплома специалиста, ин- женер может не обучаться на магистра по специальности.

Магистр наук		Магистр-специалист
2 года			1 год
		2 ступень	1 год
КОНКУРНЫЙ ОТБОР			Специалист
	1 ступень
		Подготовка
Направление		дипломированного
		специалиста
подготовки
(академическое)		4 года	Бакалавр по
4 года
			специальности

Бакалавр наук

Рис. 2.3. Второй вариант многоступенчатой подготовки

Третий вариант многоуровневой подготовки инженеров (рисунок 2.4) отличается от предыдущих тем, что при обучении бакалавров

21

не происходит разделения на академическое и профессиональное обучение. Студенты обучаются 4 года и получают диплом бакалавра. Если они желают продолжить обучение, то на конкурсной основе они поступают в магистратуру либо на научно-исследовательское направление, либо на производственно-практическое направление. Причем производственно-практическое направление, как и в предыдущем случае, подразделяется на специалиста и магистра по специальности. Срок обучения в магистратуре составляет 2 года. Для получения диплома специалиста достаточно обучения в маги- стратуре 1 год.

Магистр наук	Магистр-специалист
2 года	1 год
2 ступень	1 год
КОНКУРНЫЙ ОТБОР	Специалист

	Направление	1 ступень
	подготовки
Бакалавр	4 года

Рис. 2.4. Третий вариант многоступенчатой подготовки кадров

Существует практически такая же схема двухступенчатого обу- чения в инженерно-техническом вузе, отличие которой состоит в том, что не существует категории «специалист», а есть только ма- гистр наук и магистр по специальности и срок обучения – 2 года.

Существует вариант многоуровневого обучения инженеров (рис. 2.5), при котором обучение происходит также в два этапа: бакалав- ры – 4 года, магистры – 2 года. Однако разделение на академиче- ское и производственно-практическое обучение не происходит [13].

Кроме того, есть еще один из распространенных вариантов мно- гоуровневого обучения инженеров (рис. 2.6), отличающийся тем,

что производственно практический цикл обучения в магистратуре не делится на специалиста и магистра. В этом случае учащийся во- лен сам выбрать диплом по направлению, которое ему необходимо.

22

Если он становится специалистом, то он относится к категории элитных производственных инженеров; если он выбирает диплом магистра, то впоследствии он станет магистром наук и т. д. Следует отметить, что в этом случае время обучения магистров производ- ственно-практического цикла и обучения специалиста после подго- товки в бакалавриате составляет 2 года.

Магистр наук

Магистр-специалист

2 года

2 ступень

КОНКУРНЫЙ ОТБОР

	Направление	1 ступень
	подготовки
Бакалавр	4 года

Рис. 2.5. Четвертый вариант многоуровневой подготовки

Магистр наук Магистр Специалист

2 года	2 года
2 ступень
КОНКУРНЫЙ ОТБОР

	Направление	1 ступень
	подготовки
Бакалавр	4 года

Рис. 2.6. Пятый вариант многоуровневой подготовки инженеров

23

При сравнении систем подготовки инженеров (традиционной и многоуровневой) можно заметить, что положительными сторонами традиционной подготовки инженерных специалистов являются: со- хранение привычной схемы подготовки и контроля учащихся, обес- печение унифицированного среднего качества образования, удовле-

творение потребностей части общества к получению образования в более длительные сроки.

Отрицательными сторонами являются: экономическая нецелесо- образность подготовки специалистов по единой программе и слож- ность подготовки за 5 лет элитного инженера.

В многоуровневой подготовке специалистов положительными моментами являются: на каждой ступени возможна подготовка спе- циалистов, способных решать разные задачи (массовые и элитные инженеры), удовлетворение потребностей части общества к полу- чению образования в более короткие сроки. Однако отрицательной стороной данного вида образования является то, что рынок труда не готов к использованию специалистов с 4-летним образованием.

Несмотря на это, следует отметить, что для подготовки квалифи- цированного и компетентного инженерного специалиста для совре- менных промышленных, конструкторских и научно-

исследовательских предприятий наиболее целесообразным является использование компетентностного подхода и системы многоуров- невого обучения. Это связано с возможностью увеличения массо- вых профессионально-компетентных инженерных кадров и необхо- димостью повышения качества научно-исследовательского потен- циала инженерно-технических производств. В зависимости от вы- бранного варианта многоуровневой подготовки будущих инженер- ных кадров, определяющей их дальнейшие возможности, следует выбирать соответствующие критерии, которые позволять оптими- зировать процесс обучения.

Контрольные вопросы

1.Общая характеристика компетентностного подхода.

2.Cхемы обучения инженеров.

24

ГЛАВА 3

АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

К аппаратному обеспечению (hardware) персонального компью- тера относят оборудование, необходимое для функционирования вычислительной системы и обеспечивающее выполнение опреде-

ленных задач под управлениям программного обеспечения (software). К аппаратному обеспечению относятся процессор, па- мять, периферийные устройства, а также средства связи (передачи данных по сети).

3.1. Структура персонального компьютера

Персональный компьютер конструктивно состоит из системного блока и набора периферийных устройств.

Системный блок содержит главные компоненты ЭВМ: процес- сор, оперативную и постоянную память, устройства управления, накопители на магнитных дисках, блок питания. Системный блок может размещаться в корпусе различного типа: настольном (гори- зонтальном Desktop или вертикальном MiniTower), напольном (Big Tower) и портативном (Laptop и Notebook). Кроме дизайна, корпуса различаются типом, мощностью блока питания и расположением гнезд разъемов для подключения периферийных устройств (широко распространены два типа корпусов: AT – классический и ATX – со- временный с управляемым блоком питания и более удобным раз- мещением компонентов) [8].

Остальные блоки ЭВМ называются внешними (периферийными) устройствами, даже если они конструктивно расположены внутри системного блока.

На системном блоке располагаются органы управления ком- пьютером. Выключатель системного блока в горизонтальном кор- пусе компьютера обычно располагается на боковой поверхности.

При включении компьютера происходит загрузка операционной системы, и ЭВМ будет готова к работе. Иногда монитор подключа- ется к компьютеру так, что включается одновременно с системным

25

блоком. В других случаях необходимо включить монитор кнопкой, расположенной на его передней панели.

Все подключения внешних устройств выполняются только при выключенном питании системного блока и остальных частей ЭВМ. Следует избегать также частого включения и выключения систем- ного блока.

Современные компьютеры в корпусах типа ATX допускают ав-

томатическое включение и выключение компьютера в заданное время или при поступлении определенного сигнала (например, те- лефонного звонка). Следует иметь в виду, что блок питания корпуса ATX подаёт определённое напряжение на системную плату даже в выключенном состоянии для обеспечения функции автоматическо- го включения. Поэтому при замене компонент системного блока

необходимо его обесточить либо специальным выключателем на задней стенке корпуса, либо отключив кабель питания.

Основные характеристики ЭВМ

Важнейшей характеристикой ЭВМ является её производительность – количество полезных действий за единицу времени работы. Производительность ЭВМ в основном определяется быстродей- ствием процессора, его тактовой частотой (чем выше тактовая частота, тем быстрее выполняются команды), быстродействием па- мяти и периферийных устройств. Процессоры современных персо- нальных компьютеров имеют тактовую частоту от 200 МГц до 2 ГГц, что соответствует быстродействию до нескольких десятков миллиардов операций в секунду. Для повышения производительно- сти иногда объединяют чётное число процессоров (обычно 2 или 4) и используют соответствующее программное обеспечение, позво-

ляющее равномерно распределить вычислительную нагрузку на каждый из процессоров. Такие многопроцессорные системы значи- тельно дороже, и имеет смысл их использовать только в графиче- ских станциях и высокопроизводительных серверах [8].

Другая важная характеристика ПЭВМ – объём памяти. Чем больше объём памяти, тем больше информации может хранить компьютер, обрабатывать более сложные изображения, реже обра- щаться к медленным периферийным устройствам. Современные персональные ЭВМ имеют в своём составе память различных ти- пов, отличающуюся по объёму и быстродействию.

26

Функциональные возможности ПЭВМ (следовательно, и произ- водительность труда пользователя) сильно зависят от наличия и ка-

чества периферийных устройств.

Процессор

Процессор (Central Processor Unit, CPU) является логически цен- тральным элементом любой вычислительной системы. Физически в

современных ПК процессор представляет собой одну микросхему большой степени интеграции (БИС), содержащую на подложке из

кремния до нескольких десятков миллионов активных элементов (транзисторов).

Первые ЭВМ содержали процессорное устройство, собранное на электронных лампах (не считая резисторов, конденсаторов и прочих пассивных элементов), затем на отдельных транзисторах. В конце 60-х – начале 70-х годов ХХ в. произошел переход на микросхемы низкой и средней степени интеграции (десятки и сотни транзисто- ров на кристалле). С середины 70-х годов выпускаются процессоры на одной микросхеме – микропроцессоры, благодаря которым пер- сональный компьютер получил еще одно название – микроЭВМ или микрокомпьютер.

Основная задача процессора – быстрое выполнение команд про- граммы, поэтому его важнейшей характеристикой является быстродействие – количество операций, выполняемых в единицу вре- мени. Быстродействие измеряется в единицах Mips (миллион ин- струкций в секунду) и MFlops (миллион операций с плавающей точкой в секунду). Быстродействие процессора сильно зависит от его тактовой частоты, разрядности, наличия и объема кэш-памяти и вида выполняемых операций.

Вся история развития микропроцессоров есть борьба за повыше- ние их быстродействия, так как даже самый первый процессор в

принципе в состоянии выполнить любую из имеющихся или ещё не созданных программ.

Процессор ЭВМ содержит в своем составе несколько основных устройств (блоков):

1. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – устройство,

выполняющее основные операции над обрабатываемыми данными. Эти операции делятся на арифметические (сложение, умножение, деление) и логические («И», «ИЛИ», проверка значения и др.) В

27

зависимости от количества и сложности выполняемых АЛУ команд процессоры подразделяются на архитектуры CISC (большое коли- чество сравнительно сложных и длительных по времени выполне- ния команд) и RISC (малое число очень простых и поэтому быстро выполняемых команд). Современные процессоры часто имеют смешанный набор команд, включающий в себя и CISC-, и RISC- команды.

Количество бит данных, обрабатываемых в АЛУ одной коман- дой, называется разрядностью процессора. В настоящее время наибольшее распространения имеют 32- и 64-разрядные микропро- цессоры.

2.Блок регистров. Регистр – это сверхбыстродействующая ячейка памяти, находящаяся внутри процессора и предназначенная для временного хранения одного или нескольких байт (в зависимо- сти от разрядности регистра) информации в качестве обрабатывае- мых в АЛУ данных или для собственных нужд процессора. Разли-

чают регистры общего назначения (РОН), которые служат источ-

ником данных и приемником результата при выполнении команды

вАЛУ и могут изменяться программным путем, и специальные

регистры, предназначенные для обеспечения работы процессора (регистр состояния процессора, регистр команд, регистр дескрипто- ра сегментов памяти), многие из которых недоступны программным методом. Современные процессоры имеют до нескольких десятков РОН и специальных регистров [8].

3.Устройство управления – обеспечивает согласованное и це- ленаправленное функционирование всех блоков процессора по вы- полнению программы. Также в его состав могут входить узлы, по- вышающие среднюю производительность процессора (конвейер команд, предсказатель ветвлений).

4.Блок управления памятью занимается выборкой из памяти и записью в ячейки памяти информации, требующейся процессору для выполнения программы. Информация такого рода бывает двух видов – команды и данные, которые хранятся вместе в памяти, но при выборке процессором попадают в разные блоки: команды – в специальные регистры, а данные – в РОНы и АЛУ. Поскольку все современные компьютеры снабжены кэш-памятью, то на блок управления памятью возлагается задача незаметно для выполняе-

28

мой программы (и без заметных задержек) копировать информацию из кэш-памяти в ОЗУ и наоборот.

5.Блок операций с плавающей точкой служит для быстрого выполнения математических операций с вещественными числами.

Кматематическим операциям относятся не только все арифмети- ческие (сложение, вычитание, умножение и деление), но и некото- рые функциональные вычисления (извлечение корня, логарифми- рование, нахождения тангенса и т. п.) В отличие от АЛУ, блок

операций с плавающей точкой выполняет расчеты значительно быстрее и с большей разрядностью (точность до 18–20 значащих десятичных цифр).

Первоначально микропроцессоры не имели в своем составе тако- го блока, но предусматривали совместную работу с отдельно уста- навливаемой микросхемой арифметического сопроцессора. Начиная с процессора i80486DX, все Intel-совместимые микропроцессоры имеют встроенный блок операций с плавающей точкой.

6.Кэш-память (Cash) – быстродействующая память сравни- тельно небольшой ёмкости, предназначенная для ускорения обра- щения процессора к оперативной памяти. В кэш-память помеща- ются данные и команды, которые в данный момент требуются процессору, а также те, к которым возможно обращение в бли- жайшем будущем. При записи данных сначала заполняется кэш, а затем информация переносится в ОЗУ. Вся работа с кэш-памятью производится автоматически блоком управления памятью незави- симо от выполняющейся программы, то есть «прозрачно». Имеет- ся два уровня кэш-памяти: первый (level-1, L1) и второй (level-2, L2). Кэш 1-го уровня расположен на кристалле процессора и слу- жит промежуточным буфером для данных и команд между реги- страми процессора и кэшем 2-го уровня. Кэш-память 2-го уровня располагалась в процессорах прежних разработок (до Pentium Pro и Pentium II) на системной плате, а в современных процессорах – непосредственно на его кристалле (что значительно увеличивает быстродействие). Объём кэш-памяти L1 обычно 16–32 кбайт, L2 в десятки раз больше, но несколько медленнее – 128–512 кбайт (в самых производительных процессорах до 2 Мбайт). Объём и быстродействие кэш-памяти очень сильно влияет на производи-

тельность процессора и являются наряду с тактовой частотой его основной характеристикой [8].

29

7. Различные расширения процессора используются для быст- рого выполнения операций со специфическими данными. Напри- мер, набор дополнительных команд MMX (и дальнейшее его рас- ширение SIMD в Pentium II и более новых процессорах) позволяет

одной командой обрабатывать сразу несколько байт данных (например, сложение нескольких пар значений с ограничением по величине сверху или вычисление скалярного произведения векто- ров). Такие операции часто возникают при обработке звуковой и графической информации (в совокупности называемой мультиме- дийной). Другое популярное расширение 3D Now! (в процессорах AMD) обеспечивает высокопроизводительную обработку трехмер- ной графики. Следует, однако, учесть, что преимущества в произ- водительности можно получить, только используя специально раз- работанное для этого расширения программное обеспечение (в ос- новном игры). В противном случае дополнительные функции про- цессора использоваться не будут.

3.2. Память персонального компьютера

Памятью ЭВМ называется устройство для хранения информа- ции, представленной в цифровом коде. Информация в памяти мо- жет быть изменена и прочитана процессором и некоторыми пери- ферийными устройствами. Память ЭВМ делится на внутреннюю и внешнюю.

Память первых ЭВМ была реализована на электронных лампах, магнитных (ферритовых) кольцах, магнитных барабанах, магнит- ных лентах и даже электронно-лучевых трубках. Затем на смену электронным лампам пришли транзисторы, а потом микромодули и микросхемы. Внешняя память ЭВМ первых поколений пред- ставляла собой накопители на перфокартах и перфолентах, затем на магнитных лентах и магнитных дисках большого диаметра. В

настоящее время внутренняя память представляет собой большие интегральные микросхемы (БИС), а внешняя – компактные нако- пители на магнитных и оптических дисках, картриджах с магнит- ной лентой.

30