49830 (Сутність та принципи роботи ЕОМ)

Курсова робота

ЕОМ – електро-обчислювальнi машини

1. Загальнi положення функцiонування ЕОМ

Електроннi обчислювальнi машини (ЕОМ) з кожним роком знаходять все бiльше застосування у всiх сферах дiяльностi. Вони використовуються в обчислювальних центрах, автоматизованих системах керування (АСУ), iнформацiйно-пошукових системах (IПС) i т.д., тому до ЕОМ пред'являються пiдвищенi вимоги по забезпеченню надiйного функцiонування i високої ймовiрностi результатiв розв'язуваних ними задач.

Для розрахунку надiйностi складних систем, до яких вiдносяться й ЕОМ, у даний час використовуються рiзнi математичнi апарати, кожний з який пристосований для оцiнки надiйностi ЕОМ при визначених допущеннях i обмеженнях. Правильний вибiр методу i вихiдних припущень дозволяє пiдвищити ймовiрнiсть результатiв.

На показники надiйностi ЕОМ i особливо на ймовiрнiсть видаваних ними результатiв iстотний вплив роблять використовуванi методи контролю обчислень i правильностi функцiонування. Кожний з методiв по-своєму впливає на показники ефективностi ЕОМ. Комбiноване використання рiзних методiв контролю дозволяє в багатьох випадках домогтися компромiсу мiж витратами на систему контролю, з одного боку, i витратами на продуктивнiсть ЕОМ i достовiрнiсть результатiв — з iншої.

Умiння правильне оцiнити вплив тiєї чи iншої системи контролю на достовiрнiсть результатiв рiшення задач обчислювальною машиною, вибрати вiдповiдний метод i розрахувати її показники надiйностi особливо необхiдно розроблювачам обчислювальних систем. На етапi системного проектування, коли тiльки формується представлення про майбутню обчислювальну машину, зважуються задачi, зв'язанi з розподiлом норм надiйностi мiж її складовими частинами, вибором спiввiдношень ефективностi рiзних компонентiв системи контролю, оптимiзацiєю частот включення в роботу рiзних видiв контролю т. д. При цьому необхiдно враховувати специфiку ЕОМ i сферу її майбутнього застосування.

2. Основнi поняття та визначення

Пiд надiйнiстю ЕОМ (а також окремих її пристроїв, блокiв, вузлiв) розумiється їхня властивiсть виконувати заданi функцiї, зберiгаючи в часi значення встановлених експлуатацiйних показникiв у заданих межах, що вiдповiдають заданим режимам i умовам використання, технiчного обслуговування, ремонту, збереження i транспортування.

В залежностi вiд того, чи цiкавляться повною вiдповiднiстю ЕОМ усiм вимогам, запропонованою до неї нормативно-технiчною документацiєю (НТД), чи тiльки її здатнiстю виконувати заданi функцiї, стани ЕОМ роздiляють на справне i несправне або на працездатне i непрацездатне.

Стан, при якому ЕОМ вiдповiдає усiм вимогам, встановленим НТД, називають справним (справнiстю). Якщо ж ЕОМ не вiдповiдає хоча б однiй з вимог НТД, то вона знаходиться в несправному станi (несправнiсть). Порушення справностi ЕОМ називається пошкодженням.

Стан, при якому ЕОМ здатна виконувати заданi функцiї, зберiгаючи значення заданих параметрiв у межах, встановлених НТД, називають працездатним (працездатнiстю). Якщо значення хоча б одного параметра, що характеризує здатнiсть ЕОМ виконувати заданi функцiї, не вiдповiдає встановленим НТД вимогам, то ЕОМ знаходиться в непрацездатному станi (непрацездатнiсть ЕОМ). Порушення працездатностi ЕОМ називається вiдмовою (вiдмовленням).

Поняття несправностi, як правило, ширше поняття непрацездатностi, так що вiдмова може бути одиничним випадком пошкодження. При цьому пошкодження ЕОМ можна подiляти на несуттєвi, при яких працездатнiсть зберiгається (наприклад, вихiд з ладу iндикаторної лампочки, порушення декоративних покриття), i iстотнi, що є причиною порушення працездатностi. При оцiнках надiйностi ЕОМ враховуються тiльки iстотнi несправностi, тобто вiдмови. Однак вiдмови ЕОМ не обов'язково зв'язанi з їхнiми пошкодженнями. Так, наприклад, введення оператором ЕОМ помилкових даних або наявнiсть помилок у програмi ЕОМ можуть привести до одержання невiрних результатiв, тобто вiдмовi. При цьому сама ЕОМ пошкоджень не має.

Як i будь-яка складна система, ЕОМ складається з бiльш простих частин (елементiв), взаємодiючих мiж собою в процесi виконання машинних операцiй, i її працездатнiсть залежить вiд працездатностi елементiв. Змiст поняття елемента конкретизується i в кожному окремому випадку, в залежностi вiд глибини деталiзацiї дослiджуваної системи. Так, наприклад, деякий вузол ЕОМ може розглядатися стосовно блоку (пристрою) не тiльки як елемент, до складу якого вiн входить, але i як система, в свою чергу яка складається з елементiв: iнтегральних мiкросхем, резисторiв, роз’ємiв i iн. Тому з погляду надiйностi пiд елементом розумiють не обов'язково невiд’ємну частину ЕОМ чи логiчний елемент, але й взагалi будь-яку частину (вузол, блок, пристрiй i навiть ЕОМ у цiлому), надiйнiсть якого вивчається без розгляду надiйностi її власних складових частин. У тих випадках, коли поняття надiйностi однаково застосовнi i до деякої системи, i до її елементiв, зручно користатися загальним для них найменуванням — об'єкт.

3. Оперативна пам’ять та кеш-пам’ять

Оперативна пам’ять (ОЗП) в сучасних комп’ютерах розташована, як правило, на материнськiй платi. Перед виконанням, програма (команди для процесора ПК) повинна спочатку бути завантажена в ОЗП. Оперативна пам’ять необхiдна також для збереження промiжних результатiв, якi отримаються в процесi виконання програм процесором. Ця пам’ять є енергозалежною.

Є три основнi типи пам’ятi: conventional або basic (неперервна або базова, тобто основна пам’ять), extended (додаткова або розширена пам’ять, XMS), expended (вiдображена пам’ять, розширена пам’ять, EMS). Крiм цих типiв пам’ятi є ще невеликi областi оперативної пам’ятi, якi мають велике значення для роботи апаратно-програмного забезпечення ПК: область старшої пам’ятi – UMB (Upper Memory Bloks); область верхньої пам’ятi – НМА (High Memory Area).

Базова пам’ять. При розробцi операцiйної системи DOS об’єм пам’ятi був 1 Мбайт. При цьому першi 640 Кбайт з цього об’єму пам’ятi доступнi i використовуються системами i програмами користувачiв. Саме цi 640 Кбайт i прийнято називати базовою або основною пам’яттю. Пiд системнi потреби ПК вiдведено 386 Кбайт пам’ятi. Цю частину пам’ятi називають областю старшої пам’ятi. В цiй областi адрес розташованi спецiальнi дiлянки пам’ятi, якi використовуються апаратними частинами комп’ютера, наприклад, адаптером дисплея. Частина пам’ятi вiдведена для резерву подальшого розвитку архiтектури комп’ютера. В цiй областi розташована енергонезалежна пам’ять – ПЗП (постiйний запам’ятовуючий пристрiй). Її вмiст зберiгається при виникненнi комп’ютера. Ця частина мiстить спецiальнi програми, якi називаються BIOS.

Extended- пам’ять. Оперативна extended- пам’ять починається з адрес вище 1 Мбайта. Цю пам’ять часто називають додатковою пам’яттю. Її використання залежить вiд можливостей операцiйної системи, системного i прикладного програмного забезпечення. Але необхiдно враховувати, що не всi програми можуть використовувати цей тип пам’ятi. Тому при достатньо великому об’ємi оперативної пам’ятi можливi збої при запуску програм. У таких випадках можливе або певне налаштування вiдповiдних драйверiв операцiйної системи, або змiна апаратно-програмної конфiгурацiї, яка задається спецiальними системними файлами, або використання iншого типу пам’ятi. Як альтернатива може бути використана, наприклад, expended- пам’ять.

Expended- пам’ять. Цей вид пам’ятi називають EMS-пам’яттю, розширеною пам’яттю. EMS- пам’ять розташована в адресах вище 1 Мбайта. Але її адресацiя вiдбувається iнакше нiж extended-пам’ять – за допомогою спецiального контролера, який реалiзує адресацiю пам’ятi вище 1 Мбайта у вiдповiдностi до стандарту EMS. Цей тип пам’ятi не є перспективним через низьку швидкiсть її роботи.

Область старшої пам’ятi UMB. Область старшої пам’ятi подiляється на декiлька регiонiв – роздiлiв. У кожного регiону є свiй номер i власний об’єм. В свою чергу кожний регiон подiляється на блоки, якi створює MS DOS щоб завантажувати в них драйвера пристроїв i резидентнi програми. Наприклад, сервiсна оболонка Norton Commander використовує два блоки, а драйвер мишки – один.

Область верхньої пам’ятi HMA. Область верхньої пам’ятi НМА – це першi 64 Кбайт розширеної пам’ятi – expended- пам’ятi. Пам’ять НМА як правило використовується операцiйною системою для розташування своїх модулiв i даних.

Кеш-пам’ять. Використання кеш-пам’ятi значно покращує обмiн даними мiж процесором та напiвпровiдниковому кристалi самого процесора, тобто в його корпусi. Для сучасних комп’ютерiв – 32, 64 Кбайти. Другий рiвень L2 – це кеш-пам’ять, яка може бути розташована на системнiй платi або на кристалi самого процесора. Ця пам’ять призначена для тимчасового збереження даних, якi часто використовуються. Пам’ять цього типу має об’єм вiд 64 Кбайт до 2 Мбайт. Третiй рiвень L3 – це кеш-пам’ять, яка утворена виокремленням i використанням деякої частини звичайної оперативної пам’ятi спецiальними системними програмами. Цей тип пам’ятi використовується, наприклад, для буферизацiї даних при роботi з твердим диском, з дисководом CD-ROM. Використовують цю пам’ять i деякi системнi та прикладнi програми. Мiкросхеми кеш-пам’ятi недоступнi для модернiзацiї i збiльшення об’єму. Цi елементи є невiд’ємною частиною контролерiв сучасних твердих дисководiв.

4. Зовнiшнi носiї інформації

Зовнiшнi носiї iнформацiї призначенi для накопичення iнформацiї, створення резервних копiй i т.д. для подальшого її використання незалежно вiд стану комп’ютера (включений чи виключений). Вони є енергонезалежнi та можуть використовувати рiзнi фiзичнi принципи зберiгання iнформацiї – магнiтний, оптичний, електронний.

По методу доступу до iнформацiї зовнiшнiх носiїв iнформацiї подiляються на пристрої з прямим та послiдовним доступом. Прямий доступ (direct access) – можливiсть звернення до блокiв по їх адресам у будь-якому порядку. Традицiйними пристроями з прямим доступом є дисковi накопичувачi, з послiдовним – є накопичувачi на магнiтнiй стрiчцi.

Головна характеристика пристроїв – ємнiсть зберiгання (capacity), яка вимiрюється в Кбайтах, Мбайтах, Гбайтах та Тбайтах. Важливими загальними параметрами пристроїв є час доступу, швидкiсть передачi даних та питома вартiсть збереження iнформацiї.

Час доступу (access time) визначається як середнiй iнтервал вiд видачi запиту на передачу блоку даних до фактичного початку передачi. Дисковi пристрої мають час доступу вiд одиниць до сотень мiлiсекунд.

Швидкiсть запису i зчитування iнформацiї визначається як вiдношення об’єму записуваних або зчитуваних даних до часу, який витрачається на операцiю.

Швидкiсть передачi даних (Transfer Speed, Transfer Rate) визначається як продуктивнiсть обмiну даними, яка вимiряється пiсля виконання пошуку даних.

Визначення питомої вартостi збереження iнформацiї для накопичувачiв з фiксованими носiями залишається постiйною, а для змiнних потрiбно пам’ятати про вартiсть самих пристроїв накопичування.

Гнучкi дисководи. Зараз найбiльш поширенi 3,5 дюймовi дискети з об’ємом 1,44 Мбайти. Стандартний формат дискети HD-двостороннi, 80 дорiжок, 18 секторiв по 512 байт на дорiжцi. Дисководи розрахованi на гнучкi диски мають малий об’єм i низьку швидкодiю.

Твердi дисководи. На сьогоднiшнiй день об’єм дисководiв становить 120 Гбайт. Середнiй час доступу складає 5-12 мс. Альтернативою для традицiйних дисководiв стали пристрої, якi поєднують магнiтну i оптичну технологiю запису i читання даних – магнiтооптичнi нагромаджувачi (МО). Його поверхня покрита спецiальним шаром магнетика. Iнформацiя на диску зберiгається у виглядi послiдовностi намагнiчених дiлянок. Але на сьогоднi МО поступаються твердим дискам швидкiстю запису. МО зручнi при роботi з мультимедiа.

CD-ROM диски. CD-ROM – пам’ять на диску, яка використовується тiльки для читання iнформацiї. На компакт-диску використовується єдина спiральна дорiжка, нанесена на поверхню диску. При оцiнцi швидкостi зчитування з компакт-диску за еталон прийнято величину 150 Кбайт. Диск, який забезпечує таку швидкiсть зчитування iнформацiї, називається 1-швидкiсним.

DVD диски. Вдосконалення оптичних методiв запису iнформацiї i досвiду експлуатацiї вiдповiдних пристроїв, таких як CD, CD-ROM сприяли появi i розвитку технологiй DVD, якi базуються на використаннi дискiв DVD – унiверсальний цифровий запис. Диски DVD можуть бути як одностороннi так i двостороннi. На кожнiй сторонi можуть бути один або два робочих шари, якi мiстять iнформацiю в цифровому виглядi. Це дозволяє нарощувати об’єм диску вiд 4,7 до 17 Гбайт.

CD-R, CD-RW, DVD-RAM. Розвиток iнформацiйних технологiй викликав потребу створення пристроїв для збереження iнформацiї великого об’єму, можливостi перезапису. Така технологiя давно використовується в нагромаджувачах з одноразовим записом i багаторазовому зчитуваннi. Записування вiдбувається шляхом “пропалювання”. У результатi отримуємо компакт-диск, який можна використовувати як звичайний CD-ROM.

5. Рiзновид системних плат та чiпсети

Найважливiшим вузлом ПК є системна плата (main board). На нiй розташованi процесор, оперативна пам’ять, BIOS, чiпсет, допомiжнi мiкросхеми. СП в основному визначає продуктивнiсть та функцiональнi можливостi комп’ютера, включаючи можливiсть модернiзацiї. Високi параметрi СП досягаються за рахунок їх постiйного удосконалення, що базується на використаннi новiших комп’ютерних технологiй. Вибираючи системну плату (далi СП), потрiбно розглянути її з усiх сторiн. Не потрiбно забувати про технiчну пiдтримку на професiйному рiвнi та технiчну документацiю.

При оцiнюваннi будь-якого IВМ – сумiсного комп’ютера можна видiлити наступнi критерiї: процесор, посадочне мiсце процесора, швидкодiя системної плати, кеш-пам’ять, модулi оперативної пам’ятi, тип шини, BIOS, конструкцiя, вмонтованi iнтерфейси, технологiя Plag-and-Play (PnP), керування живленням, чiпсети, документацiя.

Процесор. Потрiбно врахувати пiдтримку процесора, та можливiсть удосконалення.

Посадочне мiсце процесора. Кожний тип процесорiв має своє посадочне мiсце – слот або сокет. При виборi материнської плати потрiбно враховувати сумiснiсть процесора та посадочного мiсця на материнськiй платi.