Архитектура эвм

2.1. Постановка задачи

Предприятие ООО «Энергос» осуществляет деятельность, связан­ную с обеспечением электроэнергией физических и юридических лиц, и производит расчеты по предоставленным услугам. Данные, на основании которых производятся расчеты по оплате, представ­лены на рис. 1.1.

1. Построить таблицу согласно рис. 1.1.

2. Результаты вычислений представить в виде таблицы, содержа­щей данные о расходе электроэнергии и сумму к оплате (рис. 1.2), и в графическом виде.

3. Организовать межтабличные связи для автоматического фор­мирования документа «Квитанция об оплате электроэнергии» при помощи функций ВПР или ПРОСМОТР.

4. Сформировать и заполнить квитанцию на оплату электроэнер­гии (рис. 1.3). 5. Построить и проанализировать графический отчет по получен­ным результатам.

Информационная модель решения задачи

Информационная модель, отражающая взаимосвязь исходных и результирующих документов

Преимущества и недостатки компьютерных шин

Компьютерные шины играют ключевую роль в передаче данных в компьютерных системах. Они обеспечивают взаимодействие между различными компонентами компьютера, такими как процессор, память, периферийные устройства и другие. Несмотря на то, что шины являются важным элементом компьютерной архитектуры, они имеют свои преимущества и недостатки.

Преимущества компьютерных шин:

1. Скорость передачи данных: Одним из главных преимуществ компьютерных шин является их способность передавать данные с высокой скоростью. Чем быстрее шина, тем быстрее компоненты компьютера могут обмениваться данными.
2. Универсальность: Компьютерные шины являются универсальными интерфейсами, позволяющими подключать различные устройства к компьютеру без необходимости создавать специальные порты или разъемы для каждого устройства.
3. Расширяемость: Шины позволяют расширять возможности компьютера путем добавления новых компонентов или устройств. Например, с помощью шины PCI можно добавить новую видеокарту или сетевую карту без необходимости модификации самой материнской платы.
4. Простота подключения: Подключение устройств к компьютерной шине обычно происходит с помощью соответствующего разъема или слота. Это облегчает процесс установки и замены компонентов.

Недостатки компьютерных шин:

• Ограничение пропускной способности: Хотя шины могут передавать данные с высокой скоростью, их пропускная способность ограничена. При подключении большого количества устройств к одной шине может возникнуть конфликт и недостаточная пропускная способность для всех устройств.
• Зависимость от устройств: Шины являются интерфейсами, которые должны быть совместимы с подключаемыми устройствами. Если устройство не совместимо с используемой шиной, оно не сможет быть подключено или будет работать с ограниченной функциональностью.
• Возможность сбоев и ошибок: Компьютерные шины могут стать источником сбоев и ошибок в работе компьютера. Если шина несовместима с другими компонентами или неисправна, это может привести к неполадкам и снижению производительности системы.

Заключение

Компьютерные шины играют важную роль в передаче данных в компьютерных системах. Они имеют свои преимущества, такие как высокая скорость передачи данных, универсальность, расширяемость и простота подключения. Однако, они также имеют некоторые недостатки, такие как ограничение пропускной способности, зависимость от устройств и возможность сбоев и ошибок. Понимание преимуществ и недостатков компьютерных шин помогает улучшить производительность и надежность компьютерных систем.

Устройства, использующие параллельную шину

Параллельная шина — это способ передачи данных, при котором биты информации передаются одновременно по нескольким проводам (линиям) шины. Этот тип шины используется во многих устройствах, где требуется быстрая и параллельная передача данных.

Устройства, которые могут использовать параллельную шину включают в себя:

1. Компьютеры и персональные компьютеры: параллельная шина используется для передачи данных между процессором и другими компонентами системы, такими как оперативная память, видеокарта и жесткий диск.
2. Системы связи: для передачи данных между различными устройствами в сети используются параллельные шины.
3. Мобильные устройства: некоторые старые модели мобильных телефонов и КПК также использовали параллельную шину для передачи данных.
4. Периферийные устройства: такие как принтеры, сканеры, модемы и другие устройства могут использовать параллельную шину для связи с компьютером.

Параллельная шина имеет несколько преимуществ перед другими типами шин, такими как последовательная шина. Одно из основных преимуществ — это высокая скорость передачи данных. Параллельная шина также обеспечивает более надежную передачу данных, поскольку возможна одновременная передача нескольких битов.

Верхние уровни

Дополнительные верхние уровни находятся над уровнем канала данных и позволяют инженерам настроить канал связи под конкретную задачу. В некоторых протоколах описаны специальные стандарты для функционала верхних уровней, в других они могут быть определены разработчиком. Широко используемый функционал включает поиск и коррекцию ошибок, данные о заголовках для пакетной передачи и даже информацию о статусе соединения.

Уровни выше стандартных (канального и физического) обычно настраиваются под требования конкретной задачи, позволяя инженерам извлечь выгоду из существующей реализации стандартных уровней. Примерами распространенных функций верхнего уровня являются обнаружение и коррекция ошибок при помощи циклического контроля четности с избыточностью — CRC (cyclic redundancy checking) и упреждающей коррекции ошибок, или FEC (forward error correction). Компромиссным решением при передаче данных являются различные комбинации алгоритмов для обнаружения и коррекции ошибок. CRC содержит в себе методику поиска потерянных бит в принятых данных, но с его помощью нельзя исправить найденную ошибку. Единственный способ — запросить данные повторно. При этом FEC содержит в передаваемых данных дополнительную информацию, с помощью которой на принимающей стороне можно исправить небольшое количество ошибок.

Практическая работа №2 «Компьютеры и их история»

Задание 1. Лента времени

1. Посетите Виртуальный музей информатики (http://informat444.narod.ru/museum/), другие Интернет-ресурсы и найдите там информацию о следующих выдающихся ученых и изобретателях, работы которых сделали возможным появление компьютеров:

Блез Паскаль,
Герман Холлерит.
Готфрид Вильгельм Лейбниц,
Джон Непер,
Жозеф Мари Жаккард,
Клод Шапп,
Пафнутий Львович Чебышев
Самуэль Морзе,
Чарлз Бэббидж.

2. Создайте ленту времени, на которой разместите портреты этих людей и укажите годы их жизни. Для создания ленты времени можно воспользоваться сервисомTimeRime 1 (http://timerime.com/), имеющимся в свободном доступе в сети Интернет. 

1 Методика работы с этим сервисом доступно изложена на сайте https://docs.google.com/document/pub?id=1VjMAv8wR46xk1Qf8s6DqYAtkV9i7qlbTIlvq5IDF9G4 
 

Задание 2 2. Кроссворд

1. В сети Интернет найдите информацию, необходимую для разгадывания кроссворда, составленного из фамилий людей, внесших значительный вклад в развитие вычислительной техники.

2. Разгадайте кроссворд.

Вопросы:

1. Ученый, имя которого связано с созданием лаборатории по разработке ЭВМ, названной МЭСМ (Малая электронная счетная машина); создатель первого компьютера в континентальной Европе.

2. Под его руководством были разработаны ЭВМ «Стрела», «Урал-1»

3. Он является одним из зачинателей теоретического и системного программирования, создателем Сибирской школы информатики. Его существенный вклад в становление информатики как новой отрасли науки и нового феномена общественной жизни широко признан в нашей стране и за рубежом.

4. Один из основоположников современных информационных технологий и мыслитель-футуролог, впервые предложивший механизм перекрестных ссылок, аналогичный используемому в гипертексте.

5. Один из первых исследователей человеко-машинного интерфейса и изобретатель мыши.

6. Автор проекта первой электронно-счетной машины

7. Изобретатель, впервые продемонстрировавший работу устройства под управлением перфокарт.

8. Изобретатель счетного устройства. В честь его назван язык программирования.

3. Придумайте и создайте свой интерактивный кроссворд по истории компьютера, состоящий не менее чем из 5 слов. Используйте онлайн инструмент Фабрика кроссвордов. 

2 Идея заимствована из разработки внеклассного мероприятия Серых С.Н. 
 

Задание 3. Архитектура фон Неймана

1. На сайте Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов (sc.edu.ru) найдите ресурс Программа-тренажер «Устройство компьютера — 1».

2. Выполните задание. Результат покажите учителю. 

Задание 4. Суперкомпьютеры

1. Зайдите на страницу https://www.youtube.com

2. Введите в окно поиска название видео «Сделано в России. Суперкомпьютер Ломоносов. РБК».

3. Посмотрите видеоролик.

4. Завершите работу с программами и компьютером (по указанию учителя). 

Теперь вы умеете:
• искать информацию в сети Интернет; 
• использовать онлайн-инструменты.

Cистемная шина материнской платы, устройство и функции системной шины

Устройство и функции системной шины.

Часто люди, интересующиеся компьютерной тематикой, встречают в интернете такой термин, как системная шина. Но что же это такое? Эта статья подробно расскажет об одном из важнейших элементов компьютерной системы.

Системная шина – это устройство которое связывает между собой различные функциональные блоки компьютера, а ее задачей является передача данных между ними. Строго говоря это магистраль, состоящая из проводниковых элементов, по которым информация передается в виде электрического сигнала. Соответственно, чем больше тактовая частота, на которой шина работает, тем быстрее осуществляется обмен данными между элементами компьютерной системы.

Системная шина состоит из адресной шины, шины управления и данных. Каждая шина используется для передачи конкретной информации: по адресной передаются адреса (ячеек памяти и устройств), шина управления служит для передачи управляющих сигналов устройствам, а данные соответственно передаются посредством шины данных.

Типы системных шин.

В современных компьютерах используются шины нескольких видов. Материнские платы с процессорами Intel, оснащаются шинами QPB типа. Они способны передавать данные 4 раза за такт, а вот платы с процессорами AMD используют шины EV6, передающие данные 2 раза за один такт. Кстати, в последних моделях своих процессоров AMD вообще отказывается от стандартной системной шины, её роль будет выполнять технология HyperTransport.

Так как шина передает данные несколько раз за такт, её эффективная частота обычно в несколько раз выше реальной, то есть шина, имеющая фактическую частоту 200 мГц и передающая данные 4 раза за один такт, будет работать с эффективной частотой в 800 мГц

Это важно понимать для оценки производительности шины и расчета возможностей её разгона

Следует учитывать и тот факт, что системная шина имеет ограничения по разгону, потому что превышение допустимого уровня тактовой частоты может привести к неисправности и нарушениям в работе. В то же время системная шина будет нормально функционировать при показателях частоты, которые ниже указанных на упаковке, не превышающих допустимый уровень.

Пропускная способность системных шин.

Одним из важных параметров, который характеризует системную шину является пропускная способность. Она определяет максимальное количество информации, которая передается по шине данных за одну секунду (Бит/с). Для определения величины пропускной способности следует частоту шины (частота считывания данных) умножить на количество Бит, переданных за один такт. Количество данных за такт соответствует показателю разрядности процессора. На современных процессорах показатель разрядности составляет 64 Бит.

Используя формулу и известные данные получаем:

Это и будет величиной пропускной способности магистрали, соединяющей чипсет (или северный мост) с процессором

Связанные с материнской платой ОЗУ, видеоадаптер и жесткий диск между собой функционируют посредством магистралей, среди которых системная шина является самой важной

На деле системная шина фактически соединяет процессор и чипсет. А вот чипсет напрямую соединяется с различными устройствами компьютера (ОЗУ, видеоадаптер, USB) используя вспомогательные шины (шина памяти, графического контроллера, PCI, PCI Express и LPC), частоты которых отличаются от показателей системной шины.

Итак, данная статья отвечает на вопрос: что такое системная шина, каковы ее устройство и функции, какие виды системных шин существуют, а также как вычислить значение пропускной способности.

Применение и перспективы развития

Параллельная шина является существенным компонентом многих компьютерных систем. Она используется для передачи данных и сигналов между различными компонентами компьютера, такими как центральный процессор, оперативная память, графический контроллер, аудио-контроллер и другие. Благодаря параллельной шине, эти компоненты могут обмениваться информацией между собой, что позволяет эффективно выполнить различные операции и задачи.

Одним из самых распространенных применений параллельной шины является использование ее в системах передачи данных. Например, в сетевых коммуникациях параллельная шина используется для передачи данных между компьютерами в локальной сети. Это позволяет достичь высокой скорости передачи данных и обеспечить стабильное и надежное соединение.

Параллельная шина также активно применяется в сфере видеотехнологий. Графические контроллеры и видеокарты работают в параллельных шинах для передачи видеоданных от графического процессора к монитору или другому устройству вывода. Это позволяет обеспечить высокое качество и плавность изображения при воспроизведении видео, а также эффективно обрабатывать и отображать графику в играх и программных приложениях.

С развитием технологий и увеличением требований к скорости и производительности, параллельные шины продолжают развиваться и совершенствоваться. Такие новые технологии, как PCI Express и Thunderbolt, предлагают еще более высокую скорость передачи данных и большую пропускную способность по сравнению с традиционными параллельными шинами.

Будущее развитие параллельных шин предполагает увеличение скорости передачи данных, улучшение энергоэффективности и увеличение числа подключаемых устройств. Также ожидается появление новых стандартов и протоколов, которые позволят использовать параллельные шины в еще более широком спектре устройств и приложений, таких как интернет вещей (IoT), искусственный интеллект (AI) и транспортные системы будущего.

Преимущества и недостатки

Параллельная шина — один из наиболее распространенных способов передачи данных в компьютерных системах. И хотя у нее есть множество преимуществ, также существуют и некоторые недостатки.

Преимущества параллельной шины:

1. Высокая скорость передачи данных. Параллельная шина предоставляет возможность передачи нескольких бит информации одновременно, что позволяет достичь высокой скорости передачи данных.
2. Простота подключения. Параллельную шину можно легко подключить к компьютеру или другому устройству без необходимости применения сложных специальных драйверов или настроек.
3. Отсутствие задержек передачи. Благодаря возможности передачи нескольких бит одновременно, параллельная шина обеспечивает минимальные задержки при передаче данных.

Недостатки параллельной шины:

• Сложность проектирования. Параллельная шина требует более сложного проектирования и синхронизации, чем другие методы передачи данных.
• Высокие требования к компонентам. Для эффективной работы параллельной шины необходимы высококачественные и совместимые компоненты, что может увеличить стоимость системы.
• Ограниченная длина кабеля. Параллельная шина обладает ограниченной длиной кабеля, что ограничивает расстояние между устройствами, между которыми передается информация.
• Возможность интерференции. Из-за большого количества сигналов, передаваемых одновременно по параллельной шине, существует возможность возникновения интерференции, что может привести к ошибкам в передаче данных.

Параллельная шина является надежным и широко применяемым методом передачи данных, однако перед ее выбором необходимо учесть как преимущества, так и недостатки данного способа передачи информации.

Основные принципы функционирования

Параллельная шина — это система передачи данных, в которой несколько бит информации передаются одновременно. Основными принципами функционирования параллельной шины являются:

1. Параллельная передача данных: Вся информация разбивается на отдельные биты и передается по сигнальным проводам параллельно, то есть каждый бит передается одновременно.
2. Синхронизация передачи: Для обеспечения правильной передачи данных по параллельной шине необходима синхронизация всех устройств. Синхронизация осуществляется с помощью тактового сигнала, который определяет момент передачи каждого бита информации.
3. Разделение данных на каналы: Параллельная шина обычно имеет несколько каналов для передачи данных. Каждый канал может передавать определенное количество бит информации.
4. Блокировка шины: Чтобы избежать конфликтов при одновременном доступе к шине, используется механизм блокировки шины. Различные устройства могут получать доступ к шине только по очереди.

В результате использования параллельной шины можно достичь более высокой скорости передачи данных, так как несколько бит передаются одновременно. Однако параллельная шина требует большего количества сигнальных проводов и может быть сложнее в реализации по сравнению с последовательной шиной.

Преимущества последовательной шины

Последовательная шина – это технология передачи данных, в которой информация передается по одному биту за раз по одному проводу. В отличие от параллельной шины, где несколько бит передаются одновременно по нескольким проводам, последовательная шина имеет ряд преимуществ.

• Меньше проводов: Поскольку информация передается по одному биту за раз, в последовательной шине не требуется большое количество проводов для передачи большого объема данных. Это позволяет снизить стоимость и сложность системы передачи данных.

• Большая длина кабеля: Последовательная шина способна передавать данные на большие расстояния без потери качества сигнала. Это особенно полезно в тех случаях, когда требуется передавать данные на большие расстояния, например, в сетях передачи данных или в промышленных системах контроля и управления.

• Высокая скорость передачи данных: Последовательная шина позволяет достигать очень высоких скоростей передачи данных. При использовании специальных протоколов и интерфейсов, таких как USB, SATA или Ethernet, можно достичь скоростей передачи данных от нескольких мегабит в секунду до нескольких гигабит в секунду.

• Простота расширения: Поскольку передача данных осуществляется по одному биту за раз, добавление новых устройств или расширение существующей системы не требует сложной перенастройки или изменений в архитектуре. Достаточно подключить новое устройство к существующей последовательной шине, что делает ее очень гибкой и удобной для использования.

В итоге, последовательная шина обладает рядом преимуществ перед параллельной шиной, таких как меньшее количество проводов, возможность передачи данных на большие расстояния, высокая скорость передачи данных и простота расширения системы. Все это делает последовательную шину очень привлекательным вариантом для передачи данных в различных областях, от компьютерных сетей до систем управления.

Потребность в высокоскоростном последовательном интерфейсе

Потребители постоянно нуждаются в устройствах со все более высокой производительностью, меньшим размером и с еще меньшим энерго­потреблением. В мире Big Data с начала 2000-х гг. происходило радикальное изменение принципа работы шин обмена данными (рис. 1). Этот переход от параллельных шин к высокоскоростным последовательным позволил разработать устройства с гораздо меньшими размерами, более высокой скоростью передачи данных и с меньшими требованиями к питанию. Это дало возможность внедрить много различных технологий, которыми теперь пользуются потребители, – таких как SATA, USB и PCI Express.

Рис. 1. Процесс перехода от параллельных стандартов обмена данными к последовательным

4.1. Что такое компьютер

Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами.

Существует два основных класса компьютеров:

• цифровые компьютеры, обрабатывающие данные в виде двоичных
  кодов;
• аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся
  физические величины (электрическое напряжение, время и т.д.), которые являются
  аналогами вычисляемых величин.

Поскольку в настоящее время подавляющее большинство компьютеров являются
цифровыми, далее будем рассматривать только этот класс компьютеров и слово
«компьютер» употреблять в значении «цифровой компьютер«.

Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare) — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций.

Любая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных
команд.

Команда — это описание операции, которую должен выполнить компьютер. Как правило, у команды есть свой код (условное обозначение), исходные данные (операнды) и результат.

Например, у команды «сложить два числа» операндами являются слагаемые,
а результатом — их сумма. А у команды «стоп» операндов нет, а результатом
является прекращение работы программы.

Результат команды вырабатывается по точно определенным для данной команды
правилам, заложенным в конструкцию компьютера.

Совокупность команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд этого компьютера.

Компьютеры работают с очень высокой скоростью, составляющей миллионы — сотни
миллионов операций в секунду.

Определение и назначение

Параллельная шина — это электрическое соединение, которое позволяет передавать данные и сигналы между различными компонентами компьютерной системы одновременно, то есть по нескольким проводам одновременно.

Главное назначение параллельной шины заключается в организации быстрой передачи данных между различными устройствами компьютера, такими как процессор, оперативная память, жестикий диск и другие. Она позволяет эффективно и надежно передавать большие объемы данных за короткое время.

Параллельная шина использует принцип параллельной передачи информации, что означает одновременное передачу битов данных по разным проводам. Количество проводов в параллельной шине определяет ее пропускную способность. Чем больше проводов, тем выше пропускная способность и скорость передачи данных.

Основными преимуществами параллельной шины являются:

• высокая скорость передачи данных;
• широкая пропускная способность;
• параллельная передача данных;
• возможность одновременной работы нескольких устройств;
• надежная передача данных.

Однако, параллельная шина имеет и некоторые недостатки, такие как большое количество проводов, требующихся для передачи данных, проблемы синхронизации и возможность возникновения помех при передаче данных на большие расстояния. В связи с этим, с развитием технологий, параллельная шина постепенно вытесняется более современными и эффективными интерфейсами, такими как Serial ATA и PCI Express.

Заключение

Актуальность курсовой работы связана со значительным распространением процесса информатизации и заключается в необходимости знать, каким образом осуществляется управление между элементами компьютера. Эта задача возлагается на унифицированные системы сопряжения – интерфейсы.

Интерфейс – это совокупность средств, обеспечивающих непосредственное взаимодействие составных элементов вычислительной системы.

По мере развития вычислительной техники и роста активности ее применения, возрастала актуальность создания удобного интерфейса позволяющего оперативно, не выключая компьютер подключать и отключать всевозможные внешние устройства (режим plug and play). Работы по созданию и модификации таких интерфейсов продолжаются до сих пор.

Целью курсовой работы является изучение основных интерфейсов современного компьютера. Для достижения указанной цели перед нами были поставлены следующие задачи: раскрыть понятие “интерфейс”, рассмотреть классификации интерфейсов, исследовать  основные конкретные интерфейсы компьютера. В данной курсовой работе мы рассмотрели следующие интерфейсы: ISA, MCA, EISA,  VLB,  PCI, FSB, PCMCIA, AGP, USB, IEEE 1394 (FireWire), SCSI, IDE, Centronics, RS-232C. В ходе выполнения данной работы задачи были решены в полном объеме, цель достигнута.