Мини-эвм

Мини-ЭВМ (малые ЭВМ) – надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями. Используются для управления производственными процессами, а также успешно применяются для вычислений в многопользовательских вычислительных системах, в системах автоматизированного проектирования, в системах моделирования несложных объектов, в системах искусственного интеллекта. К достоинствам мини-ЭВМ можно отнести: архитектуру с большой модульностью, лучшее, чем у мэйнфреймов, соотношение производительность/цена, повышенную точность вычислений.

Родоначальником современных мини-ЭВМ можно считать компьютеры PDP-11 (Program Driven Processor – программно-управляемый процессор) фирмы DEC (Digital Equipment Corporation Корпорация дискретного оборудования, США), они явились прообразом и наших отечественных мини-ЭВМ – Системы Малых ЭВМ (СМ ЭВМ): СМ 1, 2,3,4, 1400,1700 и др. В настоящее время семейство мини-ЭВМ PDP-11 включает большое число моделей – от VAX-11 до VAX-3600; мощные модели мини-ЭВМ класса 8000 (VAX-8250, 8820); супермини-ЭВМ класса 9000 (VAX-9410, 9430) и др.

Микро-эвм

Микро-ЭВМ классифицируют следующим образом:

• Универсальные. Многопользовательские микро-ЭВМ, оборудованные несколькими видеотерминалами и функционирующие в режиме разделения времени.

• Серверы. Многопользовательские мощные микро-ЭВМ в вычислительных сетях, выделенные для обработки запросов от всех станций сети, предоставляющих доступ к общим системным ресурсам (вычислительным, базам данных, библиотекам программ, принтерам, факсам и др.).

• Специализированные. Рабочие станции представляют собой однопользовательские мощные микро-ЭВМ, специализированные для выполнения определенного вида работ (графических, инженерных, издательских и др.).

• ПК. Однопользовательские микро-ЭВМ, удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности применения.

ПК в свою очередь делят следующим образом: стационарные (настольные, Desktop), ноутбук (Notebook), нетбук (Netbook), планшетный ПК (Tablet PC), карманный ПК (Personal Digital Assistant, PDA).

Основные принципы функционирования пк

Одним из основных достоинств ПК является принцип открытой архитектуры, заключающийся в том, что при проектировании ПК регламентируются и стандартизируются только принцип действия компьютера и его конфигурация (определяется совокупность аппаратных средств и соединение между ними). Построение ПК на основе принципа открытой архитектуры (модульности построения), обеспечивает возможность их сборки из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями. Такой компьютер легко расширяется и модернизируется за счет наличия внутренних расширительных разъемов, позволяющих пользователю добавлять разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым устанавливать конфигурацию своего ПК в соответствии со своими личными предпочтениями.

Упрощенную схему, отражающую основные функциональные компоненты ПК в их взаимосвязи см. Рисунок 8.

Рисунок 8. Упрощенная схема ПК

Конструктивно современный ПК состоит из трех основных компонентов:

• Системного блока, в котором размещаются устройства обработки и хранения информации;

• Монитора – устройства отображения информации;

• Клавиатуры – основного устройства ввода информации в ПК.

Для упрощения взаимодействия пользователя с ПК используются различные манипуляторы (мышь, трекбол, джойстик и др.).

Корпус системного блока может иметь горизонтальную (Desktop) или вертикальную (Tower - башня) компоновку. В системном блоке размещаются основные элементы компьютера, необходимые для выполнения программ:

• Микропроцессор (МП) – основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. МП включает в себя: арифметико-логическое устройство (АЛУ), предназначенное для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией; устройство управления (УУ) – формирует и подает во все блоки ПК определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемых операций и результатами предыдущих операций, формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией и передает эти адреса в соответствующие блоки ПК; микропроцессорная память (МПП) используется для хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях или операциях ввода-вывода, и состоит из специализированных ячеек памяти, называемых регистрами.

Основные характеристики МП:

• Быстродействие – количество операций, производимых в 1 сек, измеряется в бит/сек.

• Тактовая частота – количество тактов, производимых процессором за 1 секунду (операции, производимые процессором, не являются непрерывными, они разделены на такты, эта характеристика определяет скорость выполнения операций и непосредственно влияет на производительность процессора).

• Разрядность – количество двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт (обычно 32 или 64).

• Кэш-память – служит для хранения копий информации, используемых в текущих операциях обмена. Это очень быстрое ЗУ небольшого объема, являющееся буфером между устройствами с различным быстродействием. Обычно используется при обмене данными между процессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью. Кэш-памятью управляет специальное устройство – контроллер, который анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как «попадания», так и «промахи». В случае попадания, т.е. если в кэш-память подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэш-памяти отсутствует, то процессор считывает ее непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.

• Число вычислительных ядер – в настоящее время широко используются двух, четырех и шести ядерные МП.

Например: Intel Core i7 980X Extreme Edition, разрядность – 64, тактовая частота – 3.33 ГГц, количество ядер – 6, кэш-память.

• Память (внутренняя – системная, включающая ОЗУ и ПЗУ и внешняя дисковая).

• Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации.

• Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, оперативная память) предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Оперативная память является энергозависимой, т.е. хранит информацию, пока ПК включен. Изготовляется в виде модулей памяти. Основными характеристиками оперативной памяти являются: объем – максимальное количество информации, которая может быть помещена в эту память, и выражается в Мбайтах, Гбайтах (1 Гбайт, 2 Гбайта, 4 Гбайта, 6 Гбайт, 8 Гбайт); частота считывания или записи информации в ячейки памяти (800 МГц, 1066 МГц, 1333 МГц, 1600 МГц, 1800 МГц, 2000 МГц, 2133 МГц).

• Дисковая память относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач, в ней, в частности, хранится все программное обеспечение компьютера. Процессор не имеет непосредственного доступа к данным, находящимся во внешней памяти. Для обработки этих данных процессором они должны быть загружены в оперативную память (считаны в ОЗУ с внешнего носителя данных). В качестве устройств внешней памяти, размещаемых в системном блоке, используются накопители на жестких дисках (НЖМД – винчестеры), накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), накопители на оптических дисках (НОД); при помощи USB портов к компьютеру подключаются Flash-накопители и др.

Основными характеристиками винчестеров являются: объем (80 Гбайт, 150 Гбайт, 160 Гбайт, 250 Гбайт, 320 Гбайт, 500 Гбайт, 800 Гбайт, 1 Тбайт, 2 Тбайта и др.), скорость вращения дисков (5400, 7200 об/мин), размер-кэш памяти (2 Мбайта, 16 Мбайт, 32 Мбайта, 64 Мбайта и др.).

В настоящее время используются оптические диски форматов CD (700 Мбайт), DVD (4 Гбайта), BD (Blu-Ray, 33, 66, 100, 200 Гбайт).

Flash-накопитель — носитель информации, использующий Флэш-память для хранения данных и подключаемый к компьютеру или иному считывающему устройству через стандартный разъем USB. Флэш-память (англ. Flash-Memory) — разновидность полупроводниковой перезаписываемой памяти. Она может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (обычно около 10 тысяч раз). Но 10 тысяч циклов перезаписи — это намного больше, чем способна выдержать дискета или оптический диск. Флэш-память является более надежной, компактной и дешевой по сравнению с винчестерами. Недостатком, по сравнению с винчестером, является относительно малый объем. Объем распространенных флэш-накопителей составляет 4, 8, 16, 32, 64 Гб.

• Контроллеры (адаптеры) служат для подключения периферийных (внешних по отношению к процессору) устройств к шинам МП, обеспечивая совместимость их интерфейсов. Они осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам МП. Контроллеры реализуются, как правило, на отдельных печатных платах, часто называемых адаптерами устройств (от лат. adapto - преобразовываю).

• Системная шина – основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системна шина включает в себя: шину данных (ШД), предназначенную для передачи числового кода операнда; шину адреса (ША), предназначенную для передачи кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства; шину управления (ШУ), предназначенную для передачи инструкций во все блоки компьютера; шину питания, предназначенную для подключения блоков ПК к системе энергопитания. Системная шина обеспечивает три направления передачи информации: между МП и внутренней (основной) памятью, между МП и портами ввода-вывода внешних устройств, между внутренней памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Устройства, непосредственно осуществляющие процесс обработки информации (вычисления), в том числе МП, оперативная память и шина, размещаются на системной (материнской) плате, на ней же располагается и контроллер клавиатуры. Схемы, управляющие другими внешними устройствами ПК, как правило, находятся на отдельных платах, вставляемых в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали передачи данных в компьютере – шине. Иногда эти контроллеры могут располагаться на системной плате. Наборы микросхем, на основе которых исполняются системные платы, называются чипсетами.

В системном блоке располагается блок питания (БП), преобразующий переменное напряжение электросети в постоянное напряжение различной полярности и величины, необходимое для питания системной платы и других устройств ПК, размещенных в системном блоке. Блок питания содержит вентилятор для охлаждения системного блока. В ПК также имеется автономный источник питания – аккумулятор. К аккумулятору подключен таймер – внутримашинные электронные часы, поэтому таймер продолжает работу и при отключении компьютера от электрической сети.

Важнейшую роль в работе ЭВМ играет контроллер прерываний. Прерывание – временный останов выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, в данный момент более важной (приоритетной) программы. Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет приоритет данного запроса и выдает сигнал прерывания процессору. Процессор, получив данный сигнал, приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к выполнению специальной программы обслуживания данного прерывания. После завершения программы обслуживания прерывания восстанавливается выполнение прерванной программы.