Моя профессиональная деятельность на инженерном уровне (специальность 220200)
Моя профессиональная деятельность на инженерном уровне (специальность 220200)
1. Автоматизированные системы обработки информации и управления -
область науки и техники, которая включает совокупность средств, способов и
методов человеческой деятельности, направленных на создание и применение
систем обработки информации и управления.
Объекты профессиональной деятельности.
Объектами профессиональной деятельности инженера по специальности 220200 -
Автоматизированные системы обработки информации и управления являются
техническое, информационное, программное, математическое, лингвистическое,
эргономическое, организационное и правовое обеспечение автоматизированных
систем обработки информации и управления, а также структура систем в целом.
Виды профессиональной деятельности.
Инженер по специальности 220200 - Автоматизированные системы обработки
информации и управления в соответствии с фундаментальной и специальной
подготовкой может выполнять следующие виды профессиональной деятельности в
области автоматизированных систем обработки информации и управления:
- проектирование;
- производство;
- исследование;
Требования по математическим и общим естественнонаучным дисциплинам.
(МЕНД)
Инженер должен иметь представление:
- о математике как особом способе познания мира, общности ее понятий и
представлений;
- о математическом моделировании;
- об информации, методах ее получения, хранения, обработки и передачи;
знать и уметь использовать:
- основные понятия и методы математического анализа, аналитической
геометрии, линейной алгебры, теории функций комплексного переменного,
операционного исчисления, теории вероятностей и математической статистики,
дискретной математики;
- математические модели процессов в естествознании и технике;
- вероятностные модели для анализа и количественных оценок конкретных
процессов;
- базовые понятия информатики и вычислительной техники, предмет и
основные методы информатики, закономерности протекания информационных
процессов в системах управления, принципы работы технических и программных
средств;
- принципы согласования производительности источника с пропускной
способностью канала связи, информационные пределы избыточности при
построении систем передачи информации;
иметь опыт:
- использования математической символики для выражения количественных и
качественных отношений объектов;
- исследования моделей с учетом их иерархической структуры и оценки
пределов применимости полученных результатов;
- использования основных приемов обработки экспериментальных данных;
- аналитического и численного решения алгебраических уравнений;
- исследования, аналитического и численного решения обыкновенных
дифференциальных уравнений;
- аналитического и численного решения основных уравнений математической
физики;
- использования возможностей вычислительной техники и программного
обеспечения, методов проектирования в области информатики, методов
программирования;
- построения оптимальных кодов для каналов без шума, а также избыточных
кодов для каналов с шумом;
в области физики, химии и экологии
иметь представление:
- о Вселенной в целом как физическом объекте и ее эволюции;
- о фундаментальном единстве естественных наук, незавершенности
естествознания и возможности его дальнейшего развития;
- о дискретности и непрерывности в природе;
- о соотношении порядка и беспорядка в природе, упорядоченности
строения объектов, переходах в неупорядоченное состояние и наоборот;
- о динамических и статистических закономерностях в природе;
- о вероятности как объективной характеристике природных систем;
- об измерениях и их специфичности в различных разделах естествознания;
- о фундаментальных константах естествознания;
- о принципах симметрии и законах сохранения;
- о соотношениях эмпирического и теоретического в познании;
- о состояниях в природе и их изменениях со временем;
- об индивидуальном и коллективном поведении объектов в природе;
- о времени в естествознании;
- об основных химических системах и процессах; - о взаимосвязи между
свойствами химической системы, природой веществ и их реакционной
способностью; - о методах химической идентификации и определения веществ;
- об особенностях биологической формы организации материи, принципах
воспроизводства и развития живых систем;
- о биосфере и направлении ее эволюции;
- о целостности и гомеостазе живых систем;
- о взаимодействии организма и среды, сообществе организмов,
экосистемах;
- об экологических принципах охраны природы и рациональном
природопользовании, перспективах создания не разрушающих природу
технологий;
- о новейших открытиях естествознания, перспективах их использования
для построения технических устройств;
- о последствиях своей профессиональной деятельности с точки зрения
единства биосферы и биосоциальной природы человека;
знать и уметь использовать:
- основные понятия, законы и модели механики, электричества и
магнетизма, колебаний и волн, статистической физики и термодинамики,
химической термодинамики и кинетики, экологии;
- методы теоретического и экспериментального исследования в физике,
химии, экологии;
- уметь оценивать численные порядки величин, характерных для различных
разделов естествознания.
Требования по общепрофессиональным дисциплинам. (ОПД)
Инженер должен иметь представление:
- об основных закономерностях функционирования систем и возможностях их
системного анализа;
- о современных методах исследования, оптимизации и проектировании
автоматизированных систем обработки информации и управления (АСОИУ) и их
обеспечения;) - об автоматизации моделирования;
- об использовании основных положений теории управления в различных
областях науки и техники;
- о возможностях информационных технологий и путях их применения в
промышленности, научных исследованиях, организационном управлении и других
областях;
- о тенденциях развития микроэлектроники, о перспективных
схемотехнических решениях в области цифровой и аналоговой техники;
- о современном состоянии и тенденциях развития архитектур ЭВМ,
вычислительных систем, комплексов и сетей;
- об архитектуре и о возможностях микропроцессорных средств;
- о проблемах и направлениях развития системных программных средств;
- о проблемах и направлениях развития технологии программирования, об
основных методах и средствах автоматизации проектирования программного
обеспечения, о методах организации работы в коллективах разработчиков
программного обеспечения;
- об использовании пакетов и библиотек при программировании, о
современных алгоритмических языках, их области применения и особенностях;
- о методах анализа особо опасных, опасных и вредных антропогенных
факторов;
- о научных и организационных основах мер ликвидации последствий
аварий, катастроф, стихийных бедствий и других чрезвычайных ситуаций;
знать:
- качественные и количественные методы анализа систем, методы теоретико-
множественного описания систем;
- основы системного подхода, формальный аппарат анализа и синтеза
структур автоматизированной системы, а также идеологию ее построения;
- основные классы моделей и методы моделирования, принципы построения
моделей процессов, методы формализации, алгоритмизации и реализации моделей
систем на ЭВМ;
- основные положения теории управления, методы анализа и синтеза
линейных непрерывных и дискретных систем управления;
- содержание и основные задачи информационной технологии, модели
базовых информационных процессов;
- фундаментальные положения электротехники, важнейшие свойства и
характеристики электрических цепей, методы расчета цепей во временной и
частотной областях;
- современную аналоговую и цифровую элементную базу средств
вычислительной техники, методы проектирования и расчета элементов и узлов
электронных устройств обработки информации;
- основные принципы организации и функционирования отдельных устройств
и ЭВМ в целом, а также систем, комплексов и сетей ЭВМ; характеристики,
возможности и области применения наиболее распространенных классов и типов
ЭВМ;
- принципы построения архитектуры вычислительных систем;
- технологию, методы и средства производства программного продукта;
- принципы построения современной операционной системы и системного
программного обеспечения;
- архитектуру систем управления базами данных;
- основные модели, методы и инструментальные средства, используемые в
АСОИУ для автоматизации решения интеллектуальных задач;
- принципы построения и методы разработки экспертных систем;
- принципы организации, структуры технических и программных средств
систем компьютерной графики, основные методы и алгоритмы формирования и
преобразования изображений, методы графического диалога, функции
графических контроллеров и процессоров;
- принципы обеспечения условий безопасности жизнедеятельности при
разработке и эксплуатации автоматизированных систем различного назначения;
уметь использовать:
- методы системного анализа объектов и процессов, исследования операций
и принятия решений;
- формальный аппарат для анализа организационной, функциональной и
технической структур автоматизированных систем, определять состав задач,
решаемых системой;
- методы системного моделирования при исследовании и проектировании
систем, схемы моделирующих алгоритмов, языки моделирования и пакеты
прикладных программ моделирования дискретных систем;
- математические модели и методы для анализа, расчетов, оптимизации
детерминированных и случайных явлений и процессов в системах управления;
- методы информационной технологии и ее средства при разработке и
проектировании автоматизированных систем;
- методы анализа и синтеза электронных схем, микропроцессорных средств
при создании АСОИУ;
- возможности вычислительных систем при построении АСОИУ;
- методы и средства разработки алгоритмов и программ, приемы
структурного программирования, способы записи алгоритма на языке высокого
уровня, способы отладки, испытания и документирования программ;
- системные программные средства, операционные системы и оболочки,
обслуживающие сервисные программы;
- модели представления знаний и формализации задач при разработке
интеллектуальных компонент АСОИУ;
- основные инструментальные средства разработки экспертных систем;
- инструментальные средства компьютерной графики и графического
диалога;
иметь опыт:
- использования методов теории систем в практике проектирования АСОИУ;
- постановки задачи, использования моделей, методов и средств
информационных технологий при создании АСОИУ;
- использования языков моделирования для исследования и проектирования
АСОИУ и их подсистем;
- составления линейных математических моделей элементов систем
управления, расчетов систем управления при заданных внешних воздействиях и
описании их линейными непрерывными и дискретными моделями;
- анализа электрических цепей при разнообразных воздействиях во
временной и частотной областях аналитически и численно на ЭВМ;
- выполнения схемотехнических расчетов электронных элементов и
устройств ЭВМ, проектирования микропроцессорных контроллеров;
- комплексирования ЭВМ, систем, комплексов и сетей, анализа и оценки
архитектуры вычислительных систем;
- разработки, составления, отладки, тестирования и документирования
программы на языках высокого уровня для задач обработки числовой и
символьной информации;
- программирования в современных операционных средах и средах
управления базами данных;
- разработки интеллектуальных средств для решения задач АСОИУ и
экспертных систем;
- анализа условий безопасности и выбора технических и организационных
мероприятий по безопасности на стадии проектирования, изготовления и
эксплуатации средств АСОИУ.
Требования по специальным дисциплинам (СД).
Инженер должен уметь:
- формулировать основные технико-экономические требования к изучаемым
техническим объектам;
- описывать основные объекты, явления и процессы, связанные с
конкретной областью специальной подготовки, использовать методы их научного
исследования;
- формулировать и решать задачи проектирования АСОИУ с использованием
информационных технологий, основанной на функциональных спецификациях;
- проводить анализ и синтез топологической структуры и алгоритмов
управления информационными потоками в цифровых сетях интегрального
обслуживания;
- строить системы обработки информации и управления реального времени;
- количественно оценивать надежность АСОИУ;
- проводить выбор интерфейсных средств при построении АСОИУ;
- применять полученные специальные знания для решения частных задач
разработки АСОИУ конкретного (специального) назначения;
иметь опыт:
- конструирования проектных решений на основе спецификаций и их
реализации в заданной программной среде;
- выбора архитектуры узлов коммутации цифровых сетей интегрального
обслуживания для неоднородных потоков информации (оперативные данные и
файлы ЭВМ, речь в цифровой форме, видеопотоки, телеметрия и т.д.);
- разработки программ систем реального времени;
- решения задач по расчету показателей надежности АСОИУ;
- агрегатной компоновки АСОИУ на базе стандартных интерфейсов;
- применения системного подхода к проектированию подсистем и задач
автоматизированных систем для конкретного пользователя (заказчика системы);
владеть:
- методиками анализа предметной области и конструирования, прикладных
АСОИУ;
- умением и навыками выбора и верификации протоколов различных уровней
архитектуры цифровой сети интегрального обслуживания, методами оценки
эффективности конкретных вариантов интегральных сетей;
- методами и средствами программирования асинхронной обработки данных;
- методиками введения избыточности в проектируемые АСОИУ с целью
обеспечения заданных показателей надежности;
- методами системного анализа интерфейсов АСОИУ;
- пониманием основных научно-технических проблем и перспектив развития
областей техники, соответствующих специальной подготовке, их взаимосвязи со
смежными областями.
Дополнительные требования к специальной подготовке инженера устанавливаются
высшим учебным заведением с учетом особенностей специализации.
ГСЭ. Общие гуманитарные и социально-экономические дисциплины. Перечень
дисциплин и их основное содержание соответствует требованиям к минимуму
содержания и уровню подготовки выпускника высшей школы по циклу "Общие
гуманитарные и социально-экономические дисциплины", утвержденным
Государственным комитетом Российской Федерации по высшему образованию 18
августа 1993 г.
2. Из каких же основных элементов состоит современный ПК?
Хочу отметить, что разнообразие аппаратного обеспечения компьютера
настолько велико, что даже краткое описание каждого из устройств в данном
реферате не представляется возможным.
СИСТЕМНЫЙ БЛОК.
Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого
установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри
системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые снаружи
называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для
ввода, вывода и длительного хранения данных, называют также периферийными.
СИСТЕМНАЯ ПЛАТА.
К одному из самых главных устройств системного блока следует отнести
системную плату, или, как её ещё называют,- материнская плата.
На ней размещаются:
. Процессор - основная микросхема, выполняющая большинство
математических и логичес- ких операций;
. Микропроцессорный комплект (чипсет) - набор микросхем, управляющих
работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные
функциональные возможности материнской платы;
. Шины-наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами
между внутренними устройствами компьютера;
. Оперативная память (ОЗУ) - набор микросхем, предназначенных для
временного хранения данных, когда компьютер включен;
. ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) набор микросхем,
предназначенных для
длительного, хранения данных, в том числе и когда
компьютер выключен;
. Разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).
ПРОЦЕССОР
Процессор - основная микросхема компьютера, в которой и производятся
все вычисления. Конструктивно процессор состоит из
ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячей-ках данные
могут не только хранится, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора
называют регистрами. Важно также отметить, что данные, попавшие в
некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды,
управляющие обработкой данных в других регистрах. Среди регистров
процессора есть и такие, которые в зависимости от своего содержания
способны модифицировать исполнение команд. Таким образом, управляя
засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой
данных. На этом и основано исполнение программ. С остальными устройствами
компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан
несколькими группами проводников, называемых шинами . Основных шин три:
шина данных, адресная шина и командная шина.
У процессоров Intel Pentium адресная шина 32-разрядная, то есть
состоит из 32 параллельных линий. В зависимости от того, есть напряжение
на какой – то из линий или нет, говорят, что на этой линии выставлена
единица или ноль. Комбинация из 32 нулей и единиц образует 32 – разрядный
адрес указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. К ней и
подключается процессор для копирования данных из ячейки в один из своих
регистров.
Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из
оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В компьютерах,
собранных на базе процессоров Intel Pentium, шина данных 64 – разрядная,
то есть состоит из 64 линий, по которым за один раз на обработку
поступают сразу 8 байтов.
Шина команд. Для того, чтобы процессор мог обрабатывать данные,
ему нужны команды. Он должен знать, что следует сделать с теми байтами,
которые хранятся в его регистрах. Эти команды поступают в процессор тоже
из оперативной памяти, но не из тех областей, где хранятся массивы
данных, а оттуда где хранятся программы. Команды тоже представлены в виде
байтов. Самые простые команды укладываются в один байт, однако есть и
такие, для которых нужно 2, 3, и более байтов. В большинстве современных
процессоров шина команд 32- разрядная, хотя существуют 64-разрядные и
даже 128-разрядные.
Система команд процессора. В процессе работы процессор
обслуживает данные, находящиеся в его регистрах, в поле оперативной
памяти, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора. Часть
данных он интерпретирует непосредственно как данные, часть данных – как
адресные данные, а часть – как команды. Совокупность всех возможных
команд, которые может выполнить процессор над данными, образует так
называемую систему команд процессора. Процессоры, относящиеся к одному
семейству, имеют одинаковые или близкие системы команд. Процессоры
относящиеся к разным семействам, различаются по системе команд и
невзаимозаменяе- мы.
МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ ЧИПСЕТ
Вряд ли для кого-нибудь станет откровением тот факт, что основой любого
компьютера, его фундаментом служит системная плата. И от того насколько
прочен этот фундамент и насколько продумана его конструкция, во многом
будет зависеть функциональные возможности создаваемой вычислительной
системы. Также ни для кого не секрет, что основой любой материнской платы
является чипсет (Chipset), или набор микросхем системной логики. Именно
посредством чипсета происходит взаимодействие всех подсистем
персонального компьютера; его возможности во многом определяют
интерфейсы, предоставляемые пользователю для подключения различных
устройств.
На заре компьютерной эры чипсет представлял собой набор
значительного количества микросхем – контроллеров отдельных устройств.
Нынешние чипсеты, обладая высокой степенью интеграции, чаще всего
представляют собой две микросхемы (реже встречается однокристальное
решение), в которых реализованы интегрированные контроллеры,
обеспечивающие работу и взаимодействие основных подсистем компьютера.
Что же такое современный набор микросхем системной логики?
Согласно классической двухмостовой архтектуре, положенной в основу
практически всех современных чипсетов, набор системной логики состоит из
двух микросхем: северного и южного мостов. Такое название микросхем
обусловлено их положением относительно шины PCI: северный мост – выше,
южный – ниже . Слово «мост» очень точно передает назначение микросхем,
которые, как уже отмечалось выше, служат связующим звеном между
различными шинами и интерфейсами, наводят, так сказать, «мосты
взаимопонимания» между устройствами компьютера.Микросхема северного моста
обеспечивает работу с наиболее скоростными подсистемами. Северный мост
содержит контроллер системной шины, посредством которой происходит
взаимодействие с процессором, контроллер памяти, осуществляющий работу с
системной памятью, контроллер графической шины AGP, обеспечивающий
взаимодействие с графической подсистемой (сегодня большинством чипсетов
поддерживаются интерфейсы AGP 1x/2x/4x, но в ближайшее время будет
реализована поддержка уже анонсированная поддержка уже анонсированного
AGP 8x), и наконец, контроллер шины связи с южным мостом ( PCI – шины в
классическом понимании.)
К современному северному мосту предъявляются очень жесткие
требования: он должен представлять собой хорошо сбалансированную систему,
основная задача которой – с минимальными задержками организовать
обслуживание запросов к системной памяти. Для решения этой задачи
производители системной логики используют различные подходы, но все они
основаны на реализации контроллера памяти, позволяющего одновременно
обрабатывать большое количество запросов и
данных, расставляя приоритеты и создавая очередность доступа к основной
памяти. Для более эффективного использования шины памяти применяется
буферизация данных, обеспечивающая одновременную работу с памятью
нескольких устройств в режиме разделения времени доступа.
Теперь поговорим о том, как осуществляется взаимодействие
северного и южного мостов. Как уже упоминалось ранее, классический
вариант двухмостовой архитектуры подразумевает использование PCI – шины в
качестве канала связи между мостами. Но 32 – битная PCI – шина,
работающая на частоте 33 Мгц, имеет пиковую пропускную способность лишь
133 Мбайт/с, что уже недостаточно для обеспечения потребностей
современных периферийных устройств. Именно поэтому большинство
производителей системной логики сегодня, для связи микросхем чипсета
используют другие интерфейсы, что, в свою очередь, позволило вывести
контроллер PCI – шины из северного моста в южный. Пионером в этой области
стала хаб –архитектура, примененная инженерами компании Intel в 800 –
серии чипсетов. Суть её сводится к переходу на соединение мостов по схеме
«точка – точка» . При этом была использована специальная 8 – битная шина,
обеспечивающая полосу пропускания 266 Мбайт/с. Контроллер этой шины,
используя фирменные технологии, оптимизирует работу с запросами от
периферийных устройств к основной памяти. Все это делает работу хабов
(северного и южного мостов) более неависимой и снимает ограничения,
которые налагают использование PCI – шины в качестве связуещего звена.
Подобные технологии реализованы сегодня и в чипсетах компании VIA (V –
Link Hub – архитектура), и в двухпроцессорных решениях компании SIS
(MuTIOL – шина)
Южный мост обеспечивает работу с более медленными компонентами
системы и периферийными устройствами. Для южного моста современного
чипсета стандартом де – факто стало наличие следующих контроллеров и
устройств:
. двухканальный ( Primary и Secondary) IDE – контроллер,
обеспечивающий работу с внутренними (то есть оасположенными внутри
системного блока) накопителями, в частности жесткими дисками(HDD) и
оптическими дисководами (CD-ROM, DVD-ROM, CD-R/RW и.т.п. с
интерфейсом IDE)
. USB – контроллер (один или более), обеспечивающий работу с
устройствами, подключаемыми к универсальной последовательной шине.
. контроллер шины LPC (Low Pin Cout Interface)
Большинство современных чипсетов реализуют в своем южном мосту
аудиоконтроллер AC’97(A udio Codec). Спецификация AC’97
подразумевает разделение процессов обработки цифрового и аналогового,
каждый из которых выполняется отдельной микросхемой; при этом
определяется интерфейс для их взаимодействия – AC–
Link. Таким образом, в южном мосту осуществляется обработка звукового
сигнала в цифровом виде – иными словами. в нем реализована цифровая часть
(Digital AC'97 Controller).Для реализации всех возможностей,
предоставляемых спецификацией AC’97, в микросхему южного моста
интегрирован контроллер AMR. На поддерживаемых им AMR – картах (Audio/
Modem Riser Card) располагаются аналоговые цепи аудиокодека AC’97 и/или
модемного кодека ( MC’97 (Modem Codec).
В заключение хотелось бы привести еще один аргумент в пользу
двухкристального чипсета. Данный подход позволяет использовать различные
комбинации северных и южных мостов – разумеется, при условии что они
поддерживают один и тот же интерфейс. Это дает возможность создавать
наиболее производительные системы с минимальными затратами и в кратчайшее
время, поскольку для внедрения последних спецификаций достаточно
модернизировать лишь одну
ШИННЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЫ
Связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами
материнской платы выполняют её шины и логические устройства, размещенные
в микросхемах микропроцессорного чипсета. От архитектуры этих элементов
во многом зависит производительность компьютера.
. ISA. Историческим достижением компьютеров платформы IBM PC стало
внедрение 20 лет назад архитектуры, получившей статус
промышленного стандарта ISA (Industry Standard Architecture). Она
не только позволила связать все устройства системного блока между
собой, но и обеспечила простое подключение новых устройств через
стандартные разъемы (Слоты). Пропускная способность шины,
выполненной по такой архитектуре, составляет до 5,5 Мбайт/с, но,
несмотря на низкую пропускную способность, эта шина продолжает
использоваться в компьютерах для подключения сравнительно
«медленных» внешних уст - ройств, например звуковых карт и модемов.
. EISA. Расширением стандарта ISA стал стандарт EISA (Extended ISA),
отличающийся увеличенной производительностью (до 32 Мбайт/с). Как и
ISA, в настоящее время стандарт считается устаревшим. С 2000 года
выпуск материнских плат с разъемами ISA/EISA и устройств,
подключаемых к ним, прекращен.
. VLB Название интерфейса переводится, как локальная шина стандарта
VESA (VESA Local
Bus). Понятие «локальной шины» впервые появилось в конце 80-х годов.
Оно связано с тем, что при внедрении процессоров 3-го и 4-го поколений
(Intel386 и Intel486) частоты основной шины (в качестве основной
использовалась шина ISA/EISA) стало недостаточно для обмена между
процессором и оперативной памятью. Локальная шина, имеющая повышенную
частоту, связала между собой процессор и память в обход основной шины.
В последствии в эту шину «врезали» интерфейс для подключения
видеоадаптера, который тоже требует повышенной пропускной способности,-
так появился стандарт VLB , который позволил поднять тактовую
частоту локальной шины до 50 МГц и обеспечил пиковую пропускную
способность до 130 Мбайт/с. Основным недостатком интерфейса стало то,
что предельная частота локальной шины и, соответственно, её пропускная
способность зависят от числа устройств, подключенных к шине. Так,
например, при частоте 50 МГц к шине может быть подключено только одно
устройство (видеокарта). Для сравнения скажем, что при частоте 40МГц
возможно подключение 2-х, а при частоте 33МГц 3-х устройств.
. PCI Интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect- стандарт
подключения внешних компонентов) был введен в персональных
компьютерах, выполненных на базе процессоров Intel Pentium. По
своей сути это тоже интерфейс локальной шины, связывающей процессор
с оперативной памятью, в которую врезаны разъемы для подключения
внешних устройств. Для связи с основной шиной компьютера (ISA/EISA)
используются специальные интерфейсные преобразователи – мосты PCI
(PCI Bridge).В современных компьютерах функции моста PCI выполняют
микросхемы чипсета. Данный интерфейс поддерживает частоту шины
33МГц и обеспечивает пропускную способность 132 Мбайт/с для 64
разрядных данных. Важным нововведением, реализованным этим
стандартом, стала поддержка так называемого режима plug-and-play,
впоследствии оформившегося в промышленный стандарт на
самонастраивающиеся устройства
. FSB Шина PCI, появившаяся в компьютерах на базе процессоров Intel
Pentium как локальная шина, предназначенная для связи процессора с
оперативной памятью, но недолго оставалась в этом качестве. Сегодня
она используется только как шина для подключения внешних устройств,
а для связи процессора с оперативной памятью сейчас используется
специальная шина, получившая название FSB (Front Side Bus). Эта
шина работает на очень высоких частотах 100-125 МГц. В настоящее
время внедряются материнские платы с частотой шины FSB 133МГц и
ведутся разработки плат с частотой до 200 МГц. Пропускная
способность шины FSB является
. одним из основных потребительских параметров - именно он и
указывается в спецификации материнской платы. Пропускная
способность шины FSB при частоте 100МГц составляет порядка
800Мбайт/с.
. AGP (Advanced Graphic Port- усовершенствованный графический порт)
Видеоадаптер- устройство, требующее особенно высокой скорости
передачи данных. Как при внедрении локальной шины VLB , так и при
внедрении локальной шины PCI видеоадаптер был первым устройством,
«врезаемым» в новую
. шину. Сегодня параметры шины PCI уже не соответствуют требованиям
видеоадаптеров, поэтому для них разработана отдельная шина,
получившая название AGP частота этой шины соответствует частоте
шины PCI (33-66 МГц), но она имеет более высокую пропускную
способность - до1066 Мбайт/с (В режиме 4-х кратного умножения)
. PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association –
стандарт международной ассоциации производителей плат памяти для
персональных компьютеров). Этот стандарт определяет интерфейс
подключения плоских карт памяти небольших размеров и используется в
портативных персональных компьютерах.
. USB (Universal Serial Bus –универсальная последовательная
магистраль). Это одно из последних нововведений в архитектурах
материнских плат. Этот стандарт определяет способ взаимодействия
компьютера с периферийным оборудованием. Он позволяет подключить до
256 различных устройств, имеющих последовательный интерфейс.
Устройства могут включаться цепочками (каждое из устройств
подключается к предыдущему). Производительность шины невелика и
составляет до 1,5 Мбит/с, но для таких устройств, как клавиатура,
мышь, модем, джойстик и.т.д. этого достаточно. Собственно, она и
предназначена для того, чтобы заменить устаревшие внешние
интерфейсы, такие как последовательный RS – 232( COM – порт) и
параллельный IEEE – 1284 (LPT – порт).Удобство шины состоит в том,
. что она практически исключает конфликты оборудования, позволяет
подключать и отключать устройства в «горячем режиме» (не выключая
компьютер) и позволяет объединить несколько компьютеров в
простейшую локальную сеть без применения специального оборудования
и программного обеспечения.
. LPC (Low Pin Cout Interface), пришедшая на смену устаревшей ISA.
Шина LPC имеет 4 – битный интерфейс, соединенный с чипом ввода –
вывода (Super I/Q chip), который поддерживает работу внешних портов
( COM, LPT, PS/2 и инфракрасного) а также контроллера флоппи
дисковода.
ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ (ОЗУ)
Оперативная память (RAM – Random Access Memory)- это массив
кристаллических ячеек, способных хранить данные. Существует много
различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического
принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую
(SRAM).
Ячейки динамической памяти можно представить в виде
микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках.
Недостатки этого типа связаны, во-первых, с тем, что как при заряде,
так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, то есть
запись данных происходит сравнительно медленно. Второй важный
недостаток связан с тем, что заряды ячеек имеют свойство рассеиваться
в пространстве, причем весьма быстро. Если оперативную память
постоянно не подзаряжать, утрата данных происходит через несколько
сотых долей секунды. Для борьбы с этим явлением в компьютере
происходит постоянная регенерация (подзарядка) ячеек памяти.
Регенерация осуществляется несколько десятков раз в секунду и вызывает
непроизводительный расход ресурсов системы.
Ячейки статической памяти можно представить как электронные
микроэлементы- триггеры,
состоящие из нескольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а
состояние (включен/ выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает
более высокое быстродействие.
. Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который выражается числом. В
настоящее время в процессорах Intel Pentium и нескольких других
принята 32- разрядная адресация, а это значит, что всего
независимых адресов может быть [pic].Таким образом, в современных
компьютерах возможна непосредственная адресация к полю памяти
размером [pic]=4 294 967 296 байт(4,3 Гбайт). Однако это отнюдь не
означает, что именно столько оперативной памяти непременно должно
быть в компьютере. Предельный размер оперативной памяти,
установленной в компьютере, определяется микропроцессорным
комплектом (чипсетом) материнской платы и обычно составляет
несколько сот байт. Оперативная память в компьютере размещается на
стандартных панельках, называемых модулями. Модули оперативной
памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате.
Если к разъемам есть удобный доступ, то оперативную память можно
установить самому, в противном случае, если требуется частичная
разборка системного блока, операцию установки можно поручить
специалисту. Основными характеристиками модулей оперативной памяти
являются объем памяти и время доступа. Время доступа измеряется в
миллиардных долях секунды (наносекундах, нс.). Типичное время
доступа к оперативной памяти для SIMM- модулей – 50-70нс. Для
современных DIMМ – модулей оно составляет
7-10 нс.
МИКРОСХЕМА ПЗУ И СИСТЕМА BIOS.
В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет
ничего – ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может
ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но
процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения.
Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется
стартовый адрес. Это происходит аппаратно. Процессор обращается по
выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать
по программам.
Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память,
в которой пока ничего нет. Он указывает на другой тип памяти – постоянное
запоминающее устройство. Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить
информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ,
называют «зашитыми» - их записывают туда на этапе изготовления
микросхемы.
Комплект программ, находящийся в ПЗУ, образует базовую систему
ввода - вывода ( BIOS- Basic Input Output System). Основное назначение
программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и
работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с
клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков.
Программы, входящие в BIOS позволяют нам наблюдать на экране
диагностические сообщения, сопровождающие запуск ком - пьютера, а также
вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.
ВИДЕОАДАПТЕР
Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему персонального
компьютера. Видеокарта не всегда была компонентом ПК. На заре развития
персонального компьютера в общей области существовала небольшая
выделенная экранная область памяти, в которую процессор заносил данные об
изображении. Специальный контроллер экрана считывал данные об яркости
отдельных точек экрана из ячеек памяти этой области и в соответствии с
ними управлял разверткой горизонтального луча электронной пушки монитора.
С переходом от черно-белых мониторов к цветным и с
увеличением разрешения экрана области видеопамяти стало недостаточно для
хранения графических данных, а процессор перестал справляться с
построением и обновлением изображения. Тогда и произошло выделение всех
операций, связанных с управлением экраном, в отдельный блок, получивший
название видеоадаптер. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной
дочерней платы, которая вставляется в один из
слотов материнской платы. Видеоадаптер взял на себя функции
видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти.
ВИНЧЕСТЕР
Жесткий диск - основное устройство для долговременного хранения данных и
программ. На самом деле это не один диск, а группа соосных дисков,
имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Таким
образом, этот «диск» имеет не две поверхности, как должно быть у обычного
диска, а 2n поверхностей, где n – число отдельных дисков в группе. Над
каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения-
записи данных. При высоких скоростях вращения дисков(90 об/с) в зазоре
между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка и
головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей
несколько тысячных долей миллиметра. При изменении силы тока протекающего
через головку,
происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в
зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле
ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется
запись на магнитный диск. Операция считывания происходит в обратном
порядке Намагниченные частицы покрытия, проносящиеся на высокой скорости
вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Электромагнитные сигналы,
возникающие при этом, усиливаются и передаются на обработку. Управление
работой жесткого диска управляет контроллер жесткого диска находящийся
как правило в микропроцессорном чипсете. Важными характеристиками HDD
следует считать ёмкость диска и его производительность.
Привод CD-ROM, SD-R, SD-RW
Хотя CD-ROM и не является необходимой для функционирования компьютера
частью, но становится всё более и более популярным в связи с растущими
размерами программного обеспечения. Недостатком CD-ROM является
невозможность перезаписи данных на диск, но параллельно с ним существуют и
устройства однократной записи CD-R и устройство многократной записи CD-RW.
Устройства ввода-вывода информации
Монитор – устройство визуального представления данных. Это не
единственно возможное, но главное устройство вывода. Его основными
потребительскими параметрами являются: размер, шаг маски экрана,
максимальная частота регенерации изображения,. класс защиты.
Изображение на экране монитора получается в результате облучения
люминофорного покрытия остронаправленным пучком электронов, разогнанных в
вакуумной колбе. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие
имеет точки или полоски трех типов, светящиеся красным, зеленым и синим
цветом. Чтобы на экране все три луча сходились строго в одну точку и
изображение было четким, перед люминофором ставят маску- панель с
регулярно расположенными отверстиями или щелями. Часть мониторов оснащена
маской из вертикальных проволочек, что усиливает яркость и насыщенность
изображения.
КЛАВИАТУРА - клавишное устройство управления персональным компьютером.
Служит для ввода алфавитно-цифровых данных. Клавиатура относится к
стандартным средствам персонального компьютера. Ее основные функции не
нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами).
Необходимое программное обеспечение для начала работы с компьютером уже
имеется микросхеме ПЗУ, и потому компьютер реагирует на нажатия клавиш
сразу после включения.
Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс
пользователя.
Под архитектурой ОЗУ принято понимать совокупность представлений о составе
его компонентов, организации обмена информацией с внешней средой, а также о
функциональных возможностях, реализуемых посредствам команд.
Все персональные компьютеры используют три вида памяти: оперативную,
постоянную и внешнюю (различные накопители). Память нужна как для исходных
данных так и для хранения результатов. Она необходима для взаимодействия с
периферией компьютера и даже для поддержания образа, видимого на экране.
Вся память компьютера делится на внутреннюю и внешнюю. В компьютерных
системах работа с памятью основывается на очень простых концепциях. В
принципе, всё, что требуется от компьютерной памяти, - это сохранять один
бит информации так, чтобы потом он мог быть извлечён оттуда.
Оперативная память предназначена для хранения переменной информации,
так как она допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения
микропроцессором соответствующих операций.
В компьютерах с архитектурой фон Неймана (к этому классу относятся
практически все ЭВМ, в том числе и РС)оперативная память играет очень
важную роль. Именно в ней хранятся все выполняемые
программы и их данные. Работа осуществляется центральным процессором и
оперативной памятью, остальные же компоненты любой вычислительной системы
напрямую в процессе вычисления не участвуют.
ОЗУ предназначено для хранения переменной информации, оно допускает
изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных
операций с данными. Это значит, что процессор может выбрать (режим
считывания) из ОЗУ код команды и данные и после обработки поместить в ОЗУ
(режим записи) полученный результат. Причём возможно размещение в ОЗУ новых
данных на месте прежних, которые в этом случае перестают существовать.
таким образом, ОЗУ может работать в режимах записи считывания и хранения
информации. Все программы, в том числе и игровые, выполняются именно в
оперативной памяти.
Первоначально термин информация охватывал совокупность сведений,
передаваемых между людьми устным, письменным или каким – либо другим
способом; обычно это были сведения о каких либо событиях, явлениях или
предметах. Затем содержание термина было расширено – теперь информацией
называют любые сведения, являющиеся объектом следующих операций: передачи,
распределения, преобразования, хранения или непосредственного
использования. Следует также отметить, что понятие информации подразумевает
обработанные данные. То есть данные несут в себе информацию о каких – либо
событиях, но без правильного метода эти данные невозможно будет распознать.
Хорошим примером является чтение английской книги человеком, не знающим
английский язык. Данными следует называть зарегистрированные сигналы. Все
виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов, то есть, все сигналы
имеют в своей основе материальную энергетическую природу. При
взаимодействии сигналов с физическими телами в последних возникают
определенные изменения свойств – это явление называется регистрацией
сигналов. Такие изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать иными
способами – при этом возникают и регистрируются новые сигналы, то есть
образуются данные.Таким образом можно считать, что сигналы являются
основополагающими не только в радиотехнике и информатике, но и в нашей
повседневной жизни.
Сигналы и их детерминированные модели.
Любой электрический сигнал можно рассматривать как меняющуюся во времени
электрическую величину (напряжение, ток). Например на рис р. приведен
график, иллюстрирующий изменение электрического тока i. Такой ток i можно
называть функцией времени t, а изображение ее на рисунке р. – графиком этой
функции или временной диаграммой. Переменная t называется аргументом
функции i (t). В данном примере функция i (t) представлена графиком на
интервале от момента t=0 до t=t1, однако для дальнейшего изложения важно
иметь не только график функции, который дает наглядное представление о
форме этой функции, но и математическое выражение, по которому можно было
бы построить (восстановить) её график. Такое математическое выражение
позволяет вычислить значение функции для любого задаваемого значения
аргумента. Аналогичные понятия можно ввести при рассмотрении и напряжения,
меняющегося во времени, которое в дальнейшем будем обозначать символом u(t)
и называть электрическим сигналом.
i(t)
рис.р.
t
Математическое выражение, по которому для любого задаваемого момента
времени можно вычислить значение электрического сигнала, будем называть
математической детерминированной моделью сигнала. Выбор наиболее
подходящего для каждого конкретного сигнала математического выражения есть
выбор математической модели этого сигнала. Наиболее часто такой выбор
осуществляется на основе анализа временной диаграммы электрического
сигнала.
Периодические сигналы.
Сигнал u(t) называется периодическим с периодом Т, если его значение в
произвольный момент времени t' совпадает со значениями в моменты t'+ kT,
где k – может быть любым целым числом, т.е. для периодического сигнала
справедливо u(t'+ kT)=u(t') где k= ±1, ±2,... Из этого определения
следует , что периодические сигналы определены на всей оси времени, т.е.
на бесконечном интервале -?
периодического сигнала достаточно задать его значения лишь на любом
конечном интервале времени, длительность которого совпадает с периодом Т.
Пример графика периодического сигнала приведены ниже.
u1(t )
t
В данном случае рассмотрен самый элементарный случай гармонического сигнала
– синусоида. Для гармонического сигнала u1(t) период равен Т1.
Непериодические сигналы.
Сигналы, не являющиеся периодическими, называются непериодическими.
Таковыми оказываются многие реальные электрические сигналы. Для таких
сигналов нельзя указать период, через который значения сигнала повторяются.
По этому непериодические сигналы необходимо описывать с помощью
математических выражений (функций времени) на всей оси времени от -? до
+?. Рассмотрим одиночный прямоугольный импульс длительностью Ј, имеющего
амплитуду Um. Такой импульс описывается функцией времени
Um, - Ј/2 ? t?Ј/2
u(t ) =
0, -?
u(t )
t
-?/2 0 ?/2
Непрерывные и дискретные сигналы. Теорема Котельникова.
Сигналы, которые описываются непрерывными функциями времени, называются
непрерывными. Мгновенные значения таких сигналов изменяются во времени
плавно, без резких скачков (разрывов). Примеры временных диаграмм
непрерывных сигналов приведены ниже. Многие реальные сигналы являются
непрерывными. К таковым можно отнести, например, электрические сигналы при
передачи музыки, изображений и.т.д. Некоторые из непрерывных сигналов имеют
ограниченный спектр. Для таких сигналов справедлива следующая теорема
Котельникова: непрерывный сигнал с ограниченным спектром полностью
определяется своими значениями в дискретные моменты времени, отстоящими
друг от друга на время 2?/2?в,где?в – верхняя граничная частота спектра
этого сигнала. На основе теоремы Котельникова непрерывный сигнал с
ограниченным спектром может быть передан путем передачи его мгновенных
значений, отсчитываемых в дискретные моменты времени – дискретных отсчетов,
т.е. фактически задача сводится к передаче последовательности чисел. В
простейшем случае такой сигнал можно передавать путем передачи
последовательности прямоугольных импульсов длительностью ? с периодом
следования ?t и амплитудами, совпадающими со значениями передаваемого
непрерывного сигнала в соответствующие моменты времени, как это показано на
рис.2. Переход от непрерывного сигнала u(t) к последовательности импульсов
v(t) называется дискретизацией по времени. Сигнал v(t) при этом часто
называется импульсным или дискретным по времени.
u(t)
t
?t 2?t 3?t 4?t 5?t
рис.1
u(t) 7.6
6.8
4.8
3.4
3.4 3.2
2.0 2.6
2.2
t
?t 2?t 3?t 4?t 5?t
рис.2
Таким образом, теорема Котельникова лежит в основе импульсной передачи
непрерывных сигналов; эта теорема указывает следующие условия, при которых
передача непрерывных сигналов может быть сведена к передаче отдельных
импульсов:
а) спектр передаваемого сигнала должен быть ограничен верхней граничной
частотой ?в;
б) частота следования импульсов – отсчетов, или тактовая частота
?с=2?fc=2?/?t=2?/??в= 2?в
Реальные непрерывные сигналы, подлежащие передаче, как правило, имеют
спектры, хотя и довольно быстро стремящиеся к нулю с ростом частоты, но все
же ограниченные.Такие сигналы могут быть восстановлены по своим дискретным
отсчетам лишь приближенно. Однако выбирая шаг дискретизации ?t достаточно
малым, можно обеспечить пренебрежимо малое значение ошибки восстановления
непрерывного сигнала по его отсчетам в дискретные моменты времени.