Архитектура современных аппаратных и программных средств
Архитектура современных аппаратных и программных средств
Информационные системы и технологии основаны на применении компьютерной техники. Инженеру-металлургу необходимо иметь определённые знания, касающиеся архитектуры аппаратных и программных средств, поскольку по роду своей работы он будет взаимодействовать с информационной системой для управления технологическим объектом. На этапе разработки таких систем также необходимо участие технологического персонала на стадии технического задания. Для эффективного взаимодействия с разработчиками информационных систем и технологий инженер-металлург должен владеть основными понятиями, относящимися к аппаратному и программному обеспечению.
Обработка информации основана на применении компьютерной техники, работа которой представляет пример единства аппаратных и программных средств.
Компьютер – это прибор для автоматизации, создания, хранения, обработки и транспортировки информации.
Работа компьютера основана на последовательном выполнении определенных операций, предписанных программой, которые называются командами. Таким образом, использование компьютерной техники означает использование аппаратных и программных ресурсов. С одной стороны компьютер – электронное устройство для обработки информации. С другой стороны, именно программа предписывает последовательность действий, но реализуется эта последовательность на определенном устройстве.
Концепция персонального компьютера (ПК) означает, что пользователь компьютера решает задачи своей предметной области, не обладая знаниями в области программирования и компьютерной техники, то есть без помощи дополнительного персонала.
ПК имеет три основные части:
1. Процессор;
Рекомендуемые материалы
2. Память;
3. Периферийные устройства.
Эти части ПК, будучи электронными устройствами, связаны между собой системой шин. Шина – набор электрических проводников. Назначение электрических сигналов на шине, их электрические характеристики стандартизированы. Таким образом, использование стандартной шины делает аппаратную часть компьютера открытой архитектурой, то есть в компьютерную систему, как в целостное устройство, могут объединяться эти три составляющие различных разработчиков и изготовителей.
Совместимость составляющих компьютера означает, что они совместимы функционально, электрически и конструктивно.
Функциональная совместимость означает, что составляющие компьютерной системы обмениваются между собой понятными друг другу сигналами. Например, для записи или чтения содержимого ячейки памяти процессор должен генерировать соответствующие сигналы записи/чтения. Как только такие сигналы появляются на шине, память либо принимает соответствующие данные для записи, либо выдает их процессору. Функциональное назначение сигналов на шине стандартизировано.
Электрическая совместимость означает возможность использования электрических сигналов стандартных уровней, а также стандартных величин питающих напряжений. Компьютер – цифровое устройство, его составляющие обмениваются дискретными, цифровыми сигналами: нулевое значение, например, соответствует электрическому сигналу низкого уровня (не более 0.5 В), а единичное значение сигнала соответствует электрическому сигналу высокого уровня (более 2.4 В). Эти особенности электрических сигналов (уровни, скорости нарастания, частота следования) также стандартизированы.
Конструктивная совместимость означает, что устройства разных разработчиков и изготовителей должны иметь одинаковые присоединительные и габаритные размеры, одинаковые типы электрических соединителей (разъемов).
Рекомендация для Вас - Лекция 11.
Основной узел любой компьютерной системы– процессор. Его функция – исполнение программ, которые хранятся в памяти. В современных ПК процессор выполнен на одном кристалле, то есть это специализированная микросхема, такое устройство называется микропроцессором. Процессор общается с памятью, взаимодействует так же и с периферийными устройствами. Этот обмен осуществляется с помощью шины.
Для обращения к элементам информации, хранящимся в памяти, требуется определенный адрес, который задается в виде двоичного числа. Чем больше разрядов в двоичном адресе, тем больше элементов памяти может быть задействовано. Адрес элемента памяти процессор передает по шине.
Исполнение программы требует использования команд программы и операндов, т.е. чисел, над которыми производятся действия, предусмотренные командами программы. Команды программы также кодируются определенными числами. Обработка кодов команд и операндов означает, что на шине компьютерной системы постоянно идет обмен двоичными числами между составляющими компьютера- процессором, памятью, периферийными устройствами. Двоичные числа передаются в виде восьмиразрядных групп, которые называются байтами.
Основным свойством является разрядность шины. Большинство современных ПК используют 32-х разрядную шину.
Производительность процессора определяется числом элементарных действий в секунду, которые он способен выполнять. Таким элементарным действием может быть чтение, запись и т. д. Для каждой операции требуется определенное время. Время в компьютерной системе синхронизировано для того, чтобы все составляющие компьютера могли взаимодействовать между собой. Для выполнения элементарного действия требуется определенный квант времени – такт. Чем короче такт, тем больше операций в секунду будет выполняться. В составе компьютера имеется тактовый генератор, по сигналам которого синхронизируется работа всех составляющих.
Второй важнейшей характеристикой процессора является тактовая частота. Тактовые частоты наиболее распространенных процессоров: 1,5…3 ГГц.
