По какому основанию можно классифицировать домашние компьютеры
Классификация по уровню специализации. По уровню специализации компьютеры делят на универсальные и специализированные. На базе универсальных компьютеров можно собирать вычислительные системы произвольного состава (состав компьютерной системы называется конфигурацией). Так, например, один и тот же персональный компьютер можно использовать для работы с текстами, музыкой, графикой, фото- и видеоматериалами.
Специализированные компьютеры предназначены для решения конкретного круга задач. К таким компьютерам относятся, например, бортовые компьютеры автомобилей, судов, самолетов, космических аппаратов. Компьютеры, интегрированные в бытовую технику, например в стиральные машины, СВЧ-плиты и видеомагнитофоны, тоже относятся к специализированным. Бортовые компьютеры управляют средствами ориентации и навигации, осуществляют контроль состояния бортовых систем, выполняют некоторые функции автоматического управления и связи, а также большинство функций оптимизации параметров работы систем объекта (например, оптимизацию расхода топлива объекта в зависимости от конкретных условий движения). Специализированные мини-ЭВМ, ориентированные на работу с графикой, называют графическими станциями. Их используют при подготовке кино- и видеофильмов, а также рекламной продукции. Специализированные компьютеры, объединяющие компьютеры предприятия в одну сеть, называют файловыми серверами. Компьютеры, обеспечивающие передачу информации между различными участниками всемирной компьютерной сети, называют сетевыми серверами.
Во многих случаях с задачами специализированных компьютерных систем могут справляться и обычные универсальные компьютеры, но считается, что использование специализированных систем все-таки эффективнее. Критерием оценки эффективности выступает отношение производительности оборудования к величине его стоимости.
Классификация по типоразмерам. Персональные компьютеры можно классифицировать по типоразмерам. Так, различают настольные (desktop), портативные (notebook), карманные (palmtop) модели. Совсем недавно появились устройства, сочетающие возможности карманных персональных компьютеров и устройств мобильной связи. По-английски они называются PDA, Personal Digital Assistant. Пользуясь тем, что в русском языке за ними пока не закрепилось какое-либо название, мы будем называть их мобильными вычислительными устройствами (МВУ).
Настольные модели распространены наиболее широко. Они являются принадлежностью рабочего места. Эти модели отличаются простотой изменения конфигурации за счет несложного подключения дополнительных внешних приборов или установки дополнительных внутренних компонентов. Достаточные размеры корпуса в настольном исполнении позволяют выполнять большинство подобных работ без привлечения специалистов, а это позволяет настраивать компьютерную систему оптимально для решения именно тех задач, для которых она была приобретена.
Карманные модели выполняют функции “интеллектуальных записных книжек”. Они позволяют хранить оперативные данные и получать к ним быстрый доступ. Некоторые карманные модели имеют жестко встроенное программное обеспечение, что облегчает непосредственную работу, но снижает гибкость в выборе прикладных программ.
Мобильные вычислительные устройства сочетают в себе функции карманных моделей компьютеров и средств мобильной связи (сотовых радиотелефонов). Их отличительная особенность — возможность мобильной работы с Интернетом, а в ближайшем будущем и возможность приема телевизионных передач. Дополнительно МВУ комплектуют средствами связи но инфракрасному лучу, благодаря которым эти карманные устройства могут обмениваться данными с настольными ПК и друг с другом.
Классификация по совместимости. В мире существует множество различных видов и типов компьютеров. Они выпускаются разными производителями, собираются из разных деталей, работают с разными программами. При этом очень важным вопросом становится совместимость различных компьютеров между собой. От совместимости зависит взаимозаменяемость узлов и приборов, предназначенных для разных компьютеров, возможность переноса программ с одного компьютера на другой и возможность совместной работы разных типов компьютеров с одними и теми желанными.
Аппаратная совместимость. По аппаратной совместимости различают так называемые аппаратные платформы. В области персональных компьютеров сегодня наиболее широко распространены две аппаратные платформы: IBM PC и Apple Macintosh. Кроме них существуют и другие платформы, распространенность которых ограничивается отдельными регионами или отдельными отраслями. Принадлежность компьютеров к одной аппаратной платформе повышает совместимость между ними, а принадлежность к разным платформам — понижает.
Кроме аппаратной совместимости существуют и другие виды совместимости: совместимость на уровне операционной системы, программная совместимость, совместимость на уровне данных.
Классификация по типу используемого процессора. Процессор — основной компонент любого компьютера. В электронно-вычислительных машинах это специальный блок, а в персональных компьютерах — специальная микросхема, которая выполняет все вычисления. Даже если компьютеры принадлежат одной аппаратной платформе, они могут различаться по типу используемого процессора. Основные типы процессоров для платформы IBM PC мы рассмотрим в соответствующем разделе, а здесь укажем на то, что тип используемого процессора в значительной (хотя и не в полной) мере характеризует технические свойства компьютера.
ТАБЛИЦА 1: возможная конфигурация игрового компьютера высшего уровня.
Оборудование | Параметры |
Процессор | на ядре Nehalem: Phenom Х4 9950 Core I7-965 Extreme Edition Phenom X4 9850 Core I7-940 Phenom X4 9750 Core I7-920 |
Чипсет | Intel Р55 AMD 790FX (RD790) NVIDIA nForce 780a SLI |
Память | DDR3 DDR2 |
Объем памяти | 3 или 6 Гб 2 или 4 Гб |
Видеокарта | 2 (3) х Radeon HD 4870 X2, 2 (3) x Radeon HD 4850 X2? 2 (3) x GeForce GTX 280, 2 (3) x GeForce GTX 260 (216) |
Дисковая подсистема | RAID-массив уровня 0 (1) из двух дисков емкостью 2 Тб |
Звуковая подсистема | Отдельная звуковая плата ASUS, Creative, Auzentech |
Блок питания | Мощность не менее 520 Вт с высоким КПД и стабильными характеристиками выходного напряжения |
Корпус | Башня АТХ с эффективной системой охлаждения |
ТАБЛИЦА 2: возможная конфигурация игрового компьютера среднего уровня.
ТАБЛИЦА 3: возможная конфигурация игрового компьютера начального уровня.
2. Универсальные домашние (работа с документами, выход в Интернет, просмотр видео, обработка изображений, видео-, аудиофайлов)
домашний офис (обработка документов, коммуникационные возможности, безопасность хранения данных);
С документооборотом справится любой современный одноядерный процессор (выбор AMD моделей богаче). Если учесть, что материнские платы для AMD платформы либеральнее по цене, то выбор AMD будет правильным.
Производитель системной логики неважен. Главное, чтобы материнская плата поддерживала выбранный процессор, имела не менее шести USB-разъемов. Нелишней будет и поддержка RAID. Учитывая невысокие цены на память DDR2, стоит рассматривать вариант от 1 Гбайт и выше.
ТАБЛИЦА 4: возможная конфигурация домашнего компьютера - хобби.
3. Мультимедийные компьютеры (Entertainment PC, домашние кинотеатры Home Theater, HTPC) -назначение - заменить электротехнические бытовые устройства: DVD-проигрыватели, музыкальные центры и т.п. Напоминают DVD-проигрыватель, музыкальный центр. Клавиатура не обязательна, а пульт необходим. ОС MS Windows ХР Media Center Edition. В полноценный компьютер платформа превращается при установке процессора, памяти, жесткого диска, видеокарты и DVD/RW-привода. Чтобы обеспечить проигрывание видеофайлов, прослушивание музыки и просмотр ТВ, не нужны мощные комплектующие. Это позволяет создавать малошумные ПК. Оснащаются HTPC процессором Intel Pentium 4 или Intel Celeron D с тактовой частотой до 3 ГГц, AMD Athlon 64 Sempron. Могут использоваться и мобильные версии Intel Pentium M с пониженным энергопотреблением. Дисковая подсистема включает один диск. Видеокарта интегрирована в чипсет, либо среднего уровня с пассивным охлаждением и с интегрированным видеопроцессором, поддерживающим аппаратное ускорение МРЕ6-4/\Л/МУ-декодирования и выход на телевизор. Используется восьмиканальная интегрированная звуковая карта High Definition Audio. HTPC оснащаются картридерами.
КЛАССИФИКАЦИЯ НОУТБУКОВ
дескноуты (ноутбуки) - замена настольных ПК, экран более 17"
универсальные (бизнес-ноутбуки) - замена настольных ПК, но вес, размеры, продолжительность работы в автономном режиме позволяет работать на них в пути, экран 14-15"
тонкие (slim) (субноутбуки) - толщина корпуса не более 3 см, предназначены для работы в деловых поездках, экран 12-13"
сверхтонкие (SuperSlim) - вес не более 2 кг, экран 10-11"
ноутбуки-трансформеры (ноутбук + планшетный ПК (tablet PC)) - для пользователей, которым больше нужен планшетный ПК, имеют сенсорный экран и стилус, ОС - Windows ХР Tablet Edition
имиджевые - штучные изделия, выразительный дизайн, эксклюзивные технические решения, демонстрирующие достижения компании в определенной сфере деятельности
UMPC (Ultra Mobile PC) - сверхлегкие миниатюрные, сопоставимы с КПК, вес менее 1 кг, без клавиатуры, размер с CD
нетбуки - для работы в Интернет.
СЕРВЕРЫ ПО ТИПУ ИСПОЛНЕНИЯ
сверхтонкие (blade) позволяют экономить место, отводимое под каждый сервер, уменьшать энергопотребление.
классические напольные (tower) обеспечивают высокую гибкость при размещении компонентов в корпусе и легко наращиваемы.
для установки в стойки (rack) предназначены для консолидации серверных систем в центрах обработки данных и использования с внешними подсистемами памяти, могут применяться для кластерных решений, когда сами серверы, внешняя память и дополнительные устройства размещаются в одних и тех же стойках.
с высокой степенью масштабируемости (super scalable) предназначены для крупных предприятий и способны обеспечить решение практически любых задач корпорации.
Серверы также можно классифицировать по классу решаемых задач, по количеству обслуживаемых клиентов. В соответствии со вторым подходом различают серверы масштаба рабочей группы; отдела; средних организаций; предприятия.
Поскольку в рамках каждого типа конфигурация серверов значительно варьируется, четких границ между ними установить нельзя. Мощные компьютеры младшего класса могут выполнять роль серверов начального уровня в старшем смежном классе и наоборот.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Используя прайс-листы компьютерных магазинов выбрать сбалансированную и оптимальную конфигурацию системного блока согласно своему варианту (вариант задания уточнить у преподавателя).
2. Результаты представить в виде таблицы.
Оборудование | Параметры | Цена | Скидка |
1. процессор | |||
2. …. | |||
ИТОГО |
3. Определить итоговую цену компьютера (+ с учетом 5-ти процентной скидки).
4. Обосновать выбранную конфигурацию оборудования.
Вариант 1
Конфигурация системного блока для файлового сервера.
Вариант 2
Конфигурация системного блока для АРМ web-дизайнера, использующего программы Adobe Photoshop, Corel Draw, Macromedia Dreamweaver.
Вариант 3
Конфигурация системного блока для АРМ бухгалтера, использующего программы 1С: Бухгалтерия, MS Office, КонсультантПлюс, доступ к сетевым ресурсам.
Вариант 4
Конфигурация системного блока для АРМ бухгалтера, использующего программы 1С: Бухгалтерия, MS Office и КонсультантПлюс. Локальная сеть отсутствует.
Вариант 5
Конфигурация системных блоков для школьного компьютерного класса по информатике (1 для преподавателя, 12 для учащихся).
Вариант 6
Конфигурация системного блока типа игровой компьютер среднего уровня.
Вариант 7
Конфигурация системного блока типа игровой компьютер начального уровня.
Вариант 8
Конфигурация системного блока типа домашний офис.
Вариант 9
Конфигурация системного блока типа хобби.
Вариант 10
Конфигурация системного блока типа мультимедийный компьютер.
ПРИМЕР ОБОСНОВАНИЯ ВЫБОРА КОНФИГУРАЦИИ СИСТЕМНОГО БЛОКА ТИПА ИГРОВОЙ КОМПЬЮТЕР ВЫСШЕГО УРОВНЯ
В игровых компьютерах высшего уровня используются самые высокопроизводительные компоненты. Производители называют такие решения: компьютеры для энтузиастов, которые эксплуатируются на предельных режимах работы и являют собой передний край технологий, доступных в данный момент потребителям.
В качестве центрального процессора используются многоядерные решения от четырех ядер и выше, работающие на повышенных частотах. К тому же они имеют разблокированные множители, что позволяет поднять рабочие частоты выше номинальных.
Энергопотребление таких изделий превышает 120 Вт, а в разогнанном режиме поднимается еще выше. Так что эффективное охлаждение, желательно жидкостное, здесь является обязательным условием стабильного функционирования системы.
В качестве видеокарт используются топовые модели, объединенные одной из фирменных технологий SLI либо CrossFire.
В этом плане платформа на Intel Р55 выглядит привлекательнее, так как поддерживает одновременно обе технологии.
Поддержка новыми процессорами Intel трех канального доступа к памяти DDR3 делает необходимым использование трех планок (в Р55 поддерживается только двухканальный режим). Можно использовать планки номиналом 2 Гбайт (в итоге получится всего 6 Гбайт) либо, если для каких-то целей необходимо побольше памяти, целесообразно использовать банки на 4 Гбайт.
Оптимальным решением будет создание дисковой подсистемы из двух приводов емкостью по 2 Тб, объединенных в RAID-массив уровня О либо 0 + 1 (если нужна повышенная надежность) с использованием интегрированного на материнской плате RAID-контроллера. Общего объема дискового пространства в 2000 Гб вполне достаточно.
Как вариант, для быстрой загрузки приложений и самой ОС можно использовать SSD-накопитель. Однако для более бережного использования его ресурса файл подкачки можно поместить на одном из разделов магнитного винчестера.
Важна и звуковая карта. Однако игровой ПК - это не мультимедийный компьютер, и интегрированной восьмиканальной звуковой карты стандарта High Definition Audio будет вполне достаточно.
Все компоненты, размешенные в корпусе, должны хорошо охлаждаться. Учитывая потребляемую всеми узлами мощность, тепловыделение будет очень высоким, поэтому наиболее эффективным будет водяное охлаждение. Не стоит также забывать об обдуве винчестеров.
Важен и надежный блок питания с хорошими вольтамперными характеристиками мощностью от 800 Вт и выше.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Заполненная таблица с выбранной конфигурацией компьютера и выполненными расчетами.
Обоснование выбранной конфигурации системного блока.
Выводы по работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что означает понятие сбалансированной конфигурации компьютера?
2. Что означает понятие оптимальной конфигурации компьютера?
3. По какому основанию можно классифицировать домашние компьютеры?
4. По какому основанию можно классифицировать ноутбуки?
5. По какому основанию можно классифицировать сервера?
Лабораторная работа №2
© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.019)
Наиболее часто при выборе компьютера для той или иной сферы применения используется такая характеристика, как проuзводительность, под которой понимается время, затрачиваемое компьютером для решения той или иной задачи. Понятие «производительность» определяет и некоторые другие характеристики компьютера, такие, например, как объем оперативной памяти. Вполне естественно, что компьютер с высокой скоростью обработки должен снабжаться большим объемом оперативной памяти, так как иначе его производительность будет ограничена необходимостью подкачки информации из более медленной внешней памяти. Можно считать, что производительность является некоторой интегрированной характеристикой, определяющей общую вычислительную мощность компьютера, и, соответственно, области его применения.
По производительности компьютеры можно условно разбить на три класса: суперкомпьютеры; мэйнфреймы; микрокомпьютеры.
Суперкомпьютеры – компьютеры с производительностью свыше 100 млн. операций в секунду. Применяются для решения таких задач, как моделирование физических процессов, гидрометеорология, космические исследования и других задач, которые требуют огромных объемов вычислений. Выполняются обычно по многопроцессорной архитектуре, имеют большой набор внешних устройств, и, как правило, выпускаются небольшими партиями для конкретной задачи или конкретного заказчика. Обычно важность решаемой задачи такова, что основным параметром суперкомпьютера является его высокая производительность, а такие параметры, как стоимость, размеры или вес, не являются определяющими.
Мэйнфреймы – компьютеры с производительностью от 10 до 100 млн. операций в секунду. Они используются для решения таких задач, как хранение, поиск и обработка больших массивов данных, построение трехмерной анимационной графики, создание рекламных роликов, выполняют роль узлов глобальной сети, используемой торговыми или компьютерными фирмами с большим потоком запросов. Выполняются по многопроцессорной архитектуре с общей шиной и небольшим числом мощных процессоров. Конструктивно выполняются в виде одной стойки или в настольном варианте. Стоимость мэйнфреймов колеблется от тридцати до трехсот тысяч долларов.
Микрокомпьютеры – компактные компьютеры универсального назначения, в том числе и для бытовых целей, имеющие производительность до 10 млн. операций в секунду. Микрокомпьютеры, или персональные компьютеры, можно классифицировать по конструктивным особенностям: стационарные (настольные) и переносные. Переносные компьютеры, в свою очередь, можно разделить на портативные (laptop), блокноты (notebook) и карманные (Palmtop). Портативные компьютеры по размеру близки к обычному портфелю, они, в настоящее время, уступают место более компактным. Блокноты по размеру близки к книге крупного формата и имеют массу около 3 кг . Такие компьютеры имеют встроенные аккумуляторы, позволяющие работать без сетевого напряжения. В настоящее время имеются полноцветные жидкокристаллические мониторы, не уступающие по качеству мониторам стационарных компьютеров. Карманные компьютеры в настоящее время являются самыми маленькими персональными компьютерами. Они не имеют внешней памяти на магнитных дисках, она заменена на энергонезависимую электронную память. Эта память может перезаписываться при помощи линии связи с настольным компьютером. Карманный компьютер можно использовать как словарь-переводчик или записную книгу.
Функциональная организация персонального компьютера
Центральный процессор
Центральный nроцессор (ЦП) – функционально-законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное на одной или нескольких СБИС. В современных персональных компьютерах разных фирм применяются процессоры двух основных архитектур:
Весь ряд процессоров фирмы Intel, устанавливаемых в персональные компьютеры IВM, имеют архитектуру CISC, а процессоры Motorola, используемые фирмой Apple для своих персональных компьютеров, имеют архитектуру RISC. Обе архитектуры имеют свои преимущества и недостатки. Так СISС-процессоры имеют обширный набор команд (до 400), из которых программист может выбрать команду, наиболее подходящую ему в данном случае. Недостатком этой архитектуры является то, что большой набор команд усложняет внутреннее устройство управления процессором, увеличивает время исполнения команды на микропрограммном уровне. Команды имеют различную длину и время исполнения.
RISС-архитектура имеет ограниченный набор команд, и каждая команда выполняется за один такт работы процессора. Небольшое число команд упрощает устройство управления процессора. К недостаткам RISС-архитектуры можно отнести то, что если требуемой команды в наборе нет, программист вынужден реализовать ее с помощью нескольких команд из имеющегося набора, увеличивая размер программного кода.
Упрощенная схема процессора, отражающая основные особенности архитектуры микроуровня, приведена на рис. 1. Наиболее сложным функциональным устройством процессора является устройство управления выполнением команд. Оно содержит:
буфер команд, который хранит одну или несколько очередных команд программы; читает следующие команды из запоминающего устройства, пока выполняется очередная команда, уменьшая время ее выборки из памяти;
дешифратор команд расшифровывает код операции очередной команды и преобразует его в адрес начала микропрограммы, которая реализует исполнение команды;
управление выборкой очередной микрокоманды представляет собой небольшой процессор, работающий по принципу фон Неймана, имеет свой счетчик микрокоманд, который автоматически выбирает очередную микрокоманду из ПЗУ микрокоманд;
постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микрокоманд – это запоминающее устройство, в которое информация записывается однократно и затем может только считываться; отличительной особенностью ПЗУ является то, что записанная в него информация сохраняется сколь угодно долго и не требует постоянного питающего напряжения.
Поступивший от дешифратора команд адрес записывается в счетчик микрокоманд устройства выборки, и начинается процесс обработки последовательности микрокоманд. Каждый разряд микрокоманды связан с одним управляющим входом какого-либо функционального устройства. Так, например, управляющие входы регистра хранения «Сброс», «Запись», «Чтение» соединены с соответствующими разрядами микрокоманды. Общее число разрядов микрокоманды может составлять от нескольких сотен до нескольких тысяч и равно общему числу управляющих входов всех функциональных устройств процессора. Часть разрядов микрокоманды подается на устройство управления выборкой очередной микрокоманды и используется для организации условных переходов и циклов, так как алгоритмы обработки команд могут быть достаточно сложными.
Выборка очередной микрокоманды осуществляется через определенный интервал времени, который, в свою очередь, зависит от времени выполнения предыдущей микрокоманды. Частота, с которой осуществляется выборка микрокоманд, называется тактовой частотой процессора. Тактовая частота является важной характеристикой процессора, так как определяет скорость выполнения процессором команд, и, в конечном итоге, быстродействие процессора.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации. Функционально АЛУ состоит из нескольких специальных регистров, полноразрядного сумматора и схем местного управления.
Регистры общего назначения (РОН) используются для временного хранения операндов исполняемой команды и результатов вычислений, а также хранят адреса ячеек памяти или портов ввода-вывода для команд, обращающихся к памяти и внешним устройствам. Необходимо отметить, что если операнды команды хранятся в РОН, то время выполнения команды значительно сокращается. Одна из причин, почему программисты иногда обращаются к программированию на языке машинных команд, это наиболее полное использование РОН для получения максимального быстродействия при выполнении программ, критичных по времени.
Рассмотрим кратко характеристики процессоров, используемых в современных ПК типа IВM РС. Процессоры для этих ПК выпускают многие фирмы, но законодателем моды здесь является фирма Intel. Ее последней разработкой является процессор Pentium 4, выпуск которых начат в конце 2001 г . К основным особенностям архитектуры Pentium 4 можно отнести следующие:
имеется специальный внутренний кэш, размером 256 Кбайт, который работает на тактовой частоте процессора, и имеет собственную шину связи с процессором, обеспечивающую скорость обмена 48 Гбайт/С;
внутренняя микроархитектура процессора базируется на двух параллельно работающих конвейерах команд (суперскалярная архитектура), которые исполняют сразу несколько команд в разных фазах обработки (чтение, дешифрация, загрузка операндов, исполнение), конвейеры заканчиваются двумя АЛУ, работающими на удвоенной частоте процессора для коротких арифметических и логических команд, и АЛУ для выполнения медленных команд;
Фирма Intel поставляет упрощенные варианты процессоров Pentium 4 под названием Celeron, который в два раза дешевле базового варианта процессора. Однако, следует отметить, что последние модели процессора Celeron ни в чем не уступают «старшему брату» и даже в некоторых случаях превосходят его.
Фирма AMD (Advanced Micro Devices) выпускает процессоры, совместимые по системе команд с Intel Pentium 4 - Athlon (К7). Этот процессор выполнен по суперскалярной архитектуре с тремя конвейерами команд, работающими параллельно и способными обрабатывать до девяти инструкций за один цикл работы процессора. Тестирование процессора К7 и его сравнение с Pentium 4 показывает, что К7 не уступает ему и даже превосходит его в некоторых случаях. Стоимость процессора Athlon на 20-30 % дешевле процессора Intel . Процессор К7 требует для своей работы собственной общей шины, стандарт которой отличается от стандарта шины РСI, которая является основной для процессора Pentium 4. Поэтому замена одного типа процессора другим требует и замены системной платы, на которой расположен набор микросхем основных функциональных устройств ПК.
Оперативное запоминающее устройство
Другим важным функциональным узлом компьютера является запоминающее устройство, или память. Память, в которой хранятся исполняемые программы и данные, называется оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), или RAМ ( Random Access Memorу) – памятью со свободным доступом. ОЗУ позволяет записывать и считывать информацию из ячейки, обращаясь к ней по ее номеру или адресу. Ячейка памяти имеет стандартное число двоичных разрядов. В настоящее время стандартный размер ячейки ОЗУ равняется одному байту. Информация в ОЗУ сохраняется все время, пока на схемы памяти подается питание, т.е. она является энергозависимой.
Существует два вида ОЗУ, отличающиеся техническими характеристиками: динамическое ОЗУ, или DRAM ( Dynamic RAM), и статическое ОЗУ, или SRAM ( Static RAM). Разряд динамического ОЗУ построен на одном транзисторе и конденсаторе, наличие или отсутствие заряда на котором определяет значение, записанное в данном бите. При записи или чтении информации из такой ячейки требуется время для накопления (стекания) заряда на конденсаторе. Поэтому быстродействие динамического ОЗУ на порядок ниже, чем у статического ОЗУ, разряд которого представляет собой триггер на четырех или шести транзисторах. Однако из-за большего числа элементов на один разряд в одну СБИС статического ОЗУ помешается гораздо меньше элементов, чем у динамического ОЗУ. Например, современные СБИС динамических ОЗУ способны хранить 256-1024 Мбайт информации, а схемы статических ОЗУ только 256-512 Кбайт. Кроме этого статические ОЗУ более энергоемки и значительно дороже. Обычно, в качестве оперативной или видеопамяти используется динамическое ОЗУ. Статическое ОЗУ используется в качестве небольшой буферной сверхбыстродействующей памяти. В кэш-память из динамической памяти заносятся команды и данные, которые процессор будет выполнять в данный момент.
Скорость работы ОЗУ ниже, чем быстродействие процессора, поэтому применяются различные методы для повышения ее производительности. Одним из способов увеличения быстродействия динамического ОЗУ является размещение в одном корпусе микросхемы СБИС нескольких модулей памяти с чередованием адресов. Байт с нулевым адресом находится в первом модуле, байт с первым адресом во втором модуле, байт со вторым адресом в первом модуле и т.д. Поскольку обращение к памяти состоит из нескольких этапов: установка адреса, выбор ячейки, чтение, восстановление, то эти этапы можно совместить во времени для разных модулей. Другим способом увеличения быстродействия является чтение из памяти содержимого ячейки с заданным адресом и нескольких ячеек, расположенных рядом. Они сохраняются в специальных регистрах - защелках. Если следующий адрес указывает на одну из уже считанных ячеек, то ее содержимое читается из защелки.
Несмотря на разработку новых типов схем динамических ОЗУ, снижающую .время обращения к ним, это время все еще остается значительным и сдерживает дальнейшее увеличение производительности процессора. Для уменьшения влияния времени обращения процессора к ОЗУ и увеличения производительности компьютера дополнительно устанавливается сверхбыстродействующая буферная память, выполненная на микросхемах статической памяти. Эта память называется кэш-памятью (от англ. Cache – запас). Время обращения к данным в кэш-памяти на порядок ниже, чем у ОЗУ, и сравнимо со скоростью работы самого· процессора.
Запись в кэш-память осуществляется параллельно с запросом процессора к ОЗУ. Данные, выбираемые процессором, одновременно копируются и в кэш-память. Если процессор повторно обратится к тем же данным, то они будут считаны уже из кэш-памяти. Такая же операция происходит и при записи процессором данных в память. Они записываются в кэш-память, а затем в интервалы, когда шина свободна, переписываются в ОЗУ. Современные процессоры имеют встроенную кэш-память, которая находится внутри процессора, кроме этого есть кэш-память и на системной плате. Чтобы их различать, кэш-память делится на уровни. На кристалле самого процессора находится кэш-память первого уровня, она имеет объем порядка 16-128 Кбайт и самую высокую скорость обмена данными. В корпусе процессора, но на отдельном кристалле находится кэш-память второго уровня, которая имеет объем порядка 256 Кбайт - 2 Мбайта. И, наконец, кэш-память третьего уровня расположена на системной плате, ее объем может составлять 16-1000 Мбайт.
Управление записью и считыванием данных в кэш-память выполняется автоматически. Когда кэш-память полностью заполняется, то для записи последующих данных устройство управления кэш- памяти по специальному алгоритму автоматически удаляет те данные, которые реже всего использовались процессором на текущий момент. использование процессором кэш-памяти увеличивает производительность процессора, особенно в тех случаях, когда происходит последовательное преобразование относительно небольшого числа данных, которые постоянно во время преобразования хранятся в кэш-памяти.
В одном адресном пространстве с ОЗУ находится специальная память, предназначенная для постоянного хранения таких программ, как тестирование и начальная загрузка компьютера, управление внешними устройствами. Она является энергонезависимой, т. е. сохраняет записанную информацию при отсутствии напряжения питания. Такая память называется постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) или ROM ( Read Only Memory ). Постоянные запоминающие устройства можно разделить по способу записи в них информации на следующие категории:
ПЗУ, программируемые однократно. Программируются при изготовлении и не позволяют изменять записанную в них информацию.
Перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ). Позволяют перепрограммировать их многократно. Стирание хранящейся в ППЗУ информации осуществляется или засветкой полупроводникового кристалла ультрафиолетовым излучением, или электрическим сигналом повышенной мощности, для этого в корпусе микросхемы предусматривается специальное окно, закрытое кварцевым стеклом.
Внутренние шины передачи информации
Общая шина, наряду с центральным процессором и запоминающим устройством, во многом определяет производительность работы компьютера, так как обеспечивает обмен информацией между функциональными узлами. Общая шина делится на три отдельные шины по типу передаваемой информации: шина адреса, шина данных, шина управления. Каждая шина характеризуется шириной – числом параллельных проводников для передачи информации. Другим важным параметром шины является тактовая частота шины – это частота, на которой работает контроллер шины при формировании циклов передачи информации.
Шина адреса предназначена для передачи адреса ячейки памяти или порта ввода-вывода. Ширина шины адреса определяет максимальное количество ячеек, которое она может напрямую адресовать. Если ширина шины адреса равна n, то количество адресуемой памяти равно
Как указывалось выше, персональный компьютер (ПК) представляет собой универсальную однопользовательскую микроЭВМ.
В общем случае, для удовлетворения потребностей пользователя ПК должен обладать следующими свойствами:
§ иметь относительно небольшую стоимость;
§ обеспечивать автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;
§ обеспечивать гибкость архитектуры, делающей возможным ее перестройку для разнообразных применений в сфере управления, науки, образования, в быту;
§ иметь достаточно простую операционную систему и программное обеспечение, чтобы с ПК мог работать пользователь без специальной профессиональной подготовки;
Класс ПК имеет отдельную классификацию, которая может быть следующей.
Первый признак, по которому делятся компьютеры, – это "платформа". Большинство компьютеров в Беларуси являются IBM PC-совместимыми.
Вторая классификация – по назначению, исходя из которого ПК условно можно разделить на домашние компьютеры; рабочие станции (офисные компьютеры); "настольные издательства" и сервера (компьютеры-распорядители, контролирующие локальную сеть предприятия или узел Internet).
В соответствии с международным стандартом-спецификацией PC99 ПК по назначению делятся на следующие категории:
1. массовый ПК (Consumer PC);
2. деловой ПК (Office PC);
3. портативный ПК (Mobile PC);
4. рабочая станция (Workstation PC);
5. развлекательный ПК (Entertainment PC).
Большинство ПК, присутствующих в настоящее время на рынке, попадают в категорию массовых ПК. Для деловых ПК обычно минимизированы требования к средствам воспроизведения графики, а к средствам работы со звуковыми данными требования вообще не предъявляются. Для портативных ПК обязательным является наличие средств для создания соединений удаленного доступа. В категории рабочих станций повышены требования к устройствам хранения данных, а в категории развлекательных ПК – к средствам воспроизведения звука и видео.
По конструктивным особенностям можно выделить следующие классы ПК:
§ Настольные компьютеры (Desktop).
§ Настольные мини-компьютеры (LCD PC, slim-desk) – конкуренты ноутбуков. Их корпус примерно в четыре раза меньше, чем у desktop; функциональные возможности больше чем у ноутбуков, но также есть ограничения в модернизации.
§ Планшетные компьютеры (Tablet PC) – «компьютер будущего»: процессор и «все внутренности» находятся за ЖКД, а экран чувствителен к нажатию (на значки надо нажимать пальцем, а вводить информацию специальным электронным пером).
§ Портативные компьютеры (ноутбуки) – обычно обладают теми же возможностями, что и стационарные (настольные) ПК, включая работу с CD/DVD и подключение к вычислительным сетям. Компактны, имеют вес от 2 до 5 кг, оснащены ЖКД.
§ Субноутбуки – ПК от очень маленьких с ЖКД 8 дюймов до «почти ноутбуков». Не имеют CD/DVD дисковода, но могут содержать модем и сетевую карту. Весят в 1,5-2 раза меньше ноутбуков, но имеют не очень высокую производительность.
§ Карманные компьютеры (PalmTop или PDA – Personal Digital Assistant) – используются как органайзер и записная книжка, для чтения электронных книг, как мультимедиа-центр и т.д. Позволяют вводить информацию специальным пером (но можно подключить клавиатуру). Оснащены средствами подключения к стационарным компьютерам. У компьютеров типа PDA объем возможностей обычно сокращен, некоторые из них только позволяют выполнять записи текстов, несложные вычисления и вести расписание.
По областям применения компьютеров может быть дана следующая классификация:
• Персональные компьютеры и рабочие станции — появились в результате эволюции миникомпьютеров при переходе элементной базы машин с малой и средней степенью интеграции на большие и сверхбольшие интегральные схемы. Миникомпьютеры стали прародителями и другого направления развития современных систем - 32-разрядных машин. Создание RISC-процессоров и микросхем памяти емкостью более 1 Мбит привело к окончательному оформлению настольных систем высокой производительности, которые сегодня известны как рабочие станции.
• X-терминалы представляют собой комбинацию бездисковых рабочих станций и стандартных ASCII-терминалов. Бездисковые рабочие станции часто применялись в качестве дорогих дисплеев и в этом случае не полностью использовали локальную вычислительную мощь.
• Серверы — прикладные многопользовательские коммерческие и бизнес-системы, включающие системы управления базами данных и обработки транзакций, крупные издательские си-стемы, сетевые приложения и системы обслуживания коммуникаций, разработку программного обеспечения и обработку изображений все более настойчиво требуют перехода к модели вычислений "клиент-сервер" и распределенной обработке. В распределенной (сетевой) модели "клиент-сервер" часть работы выполняет сервер, а часть пользовательский компьютер (в общем случае клиентская и пользовательская части могут работать и на одном компьютере).
• Мейнфреймы — это синоним понятия "большая универ-сальная ЭВМ". Мейнфреймы и до сегодняшнего дня остаются наиболее мощными (не считая суперкомпьютеров) вычислительными системами общего назначения, обеспечивающими непрерывный круглосуточный режим эксплуатации.
• Кластерные архитектуры — двумя основными проблемами построения вычисли-тельных систем для критически важных приложений, связанных с обработкой транзакций, управлением базами данных и обслуживанием телекоммуникаций, являются обеспечение высокой производительности и продолжительного функционирования систем. Наиболее эффективный способ достижения заданного уровня производительности — применение параллельных масштабируемых архитектур.
• Суперкомпьютеры
В настоящее время к компьютерам предъявляются требования по следующим общим показателям: отношение стоимость/производительность, надежность и отказоустойчивость, масштабируемость (представляет собой возможность наращивания числа и мощности процессоров, объемов оперативной и внешней памяти и других ресурсов вычислительной системы), совместимость и мобильность программного обеспечения.
Единицей измерения производительности компьютера является время: компьютер, выполняющий тот же объем работы за меньшее время является более быстрым.
Для измерения времени работы процессора используется специальный параметр - время ЦП (CPU time), которое не включает время ожидания ввода/вывода или время выполнения другой программы. Время ЦП для некоторой программы может быть выражено двумя способами: количеством тактов синхронизации для данной программы, умноженным на длительность такта синхронизации, либо количеством тактов синхронизации для данной программы, деленным на частоту синхронизации. Производительность ЦП зависит от трех параметров: такта (или частоты) синхронизации, среднего количества тактов на команду и количества выполняемых команд.
MIPS. Одной из альтернативных единиц измерения производительности процессора (по отношению к времени выполнения) является MIPS - (миллион команд в секунду). В общем случае MIPS есть скорость операций в единицу времени, т.е. для любой данной программы MIPS есть просто отношение количества команд в программе к времени ее выполнения.
MFLOPS. Обычно для научно-технических задач производительность процессора оценивается в MFLOPS (миллионах чисел-результатов вычислений с плавающей точкой в секунду, или миллионах элементарных арифметических операций над числами с плавающей точкой, выполненных в секунду). Как единица измерения, MFLOPS, предназначена для оценки производительности только операций с плавающей точкой, и поэтому не применима вне этой ограниченной области.
LINPACK. Ливерморские циклы — это набор фрагментов фортран-программ, каждый из которых взят из реальных программных систем, эксплуатируемых в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (США).
SPECint92, SPECfp92. Корпорация SPEC (Standard Performance Evaluation Corporation). Основной целью этой организации является разработка и поддержка стандартизованного набора специально подобранных тестовых программ для оценки производительности новейших поколений высокопроизводительных компьютеров. Главными видами деятельности SPEC являются:
Разработка и публикация наборов тестов, предназначенных для измерения производительности компьютеров.
Читайте также: