Лекции по "Информатике"

HTML основан на тэгах.

<font color=77838A> Всем привет </font>

<TD><font color=red >О проекте</font></TD> TD – ячейка таблицы

Сейчас наиболее распространена версия 4.01. Но скоро будет принята  пятая версия.

2. Архитектура современного компьютера:

 

Вопрос: одна из основных характеристик любого железа – Производительность. Часто эту характеристику сопровождают – тактовая частота и скорость (байт/сек)

Интерфейс – совокупность средств и методов взаимодействия между элементами системы.

Интерфейс бывает программный и аппаратный.

Аппаратный из нескольких частей: механический интерфейс (разъём, сокет), электрический интерфейс (уровни напряжения, мощности) и протокол (правила обмена информацией)

Аппаратный интерфейс может быть синхронный или асинхронный; последовательный или параллельный

По отношению к компьютеру интерфейс бывает внешний и внутренний

1. Архитектура современного компьютера:

В настоящее время наибольшее распространение в ЭВМ получили 2 типа архитектуры:

• Машина фон Неймана:
• Принцип двоичности. (Для представления данных и команд используется двоичная система счисления.)
• Принцип однородности памяти. (Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти и кодируются в одной и той же системе счисления – чаще всего двоичной. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.)
• Принцип программного управления. (Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определённой последовательности.)
• Принцип адресуемости памяти. (Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.)
• Принцип последовательного программного управления. (Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой.)
• Принцип условного перехода. (Команды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые изменяют последовательность выполнения команд в зависимости от значений данных.
• Гарвардская. Отличительный признак – раздельное хранение и обработка команд и данных.

По перечисленным признакам  и их сочетаниям среди архитектур выделяют:

• По разрядности: 8-, 16-, 32-, 64-разрядные (ряд ЭВМ имеет и иные разрядности);
• По особенностям набора регистров, формата команд и данных: 
  Регистр процессора – сверхбыстрая память внутри процессора, предназначенная, прежде всего, для хранения промежуточных результатов вычисления (регистр общего назначения) или содержащая данные, необходимые для работы процессора – смещения базовых таблиц, уровни доступа и т. д. (специальные регистры).
• CISC – (англ. complex instruction set computer, – компьютер со сложным набором команд). Небольшое число специализированных регистров. Широкий набор команд.
• RISC – (англ. Restricted (reduced) instruction set computer – компьютер с сокращённым набором команд) Большое число универсальных регистров. Небольшое число команд.
• VLIW – (англ. very long instruction word – «очень длинная машинная команда») – архитектура процессоров с несколькими вычислительными устройствами. Характеризуется тем, что одна инструкция процессора содержит несколько операций, которые должны выполняться параллельно.
• По количеству центральных процессоров: однопроцессорные, многопроцессорные, суперскалярные; 
  Суперскалярность – архитектура вычислительного ядра, использующая несколько декодеров команд, которые могут нагружать работой множество исполнительных блоков. Планирование исполнения потока команд является динамическим и осуществляется самим вычислительным ядром.
• многопроцессорные по принципу взаимодействия с памятью: симметричные многопроцессорные (SMP), масcивно-параллельные (MPP), распределенные.

 

Классическая схема с  доступом к памяти через чипсет и  современная схема – с прямым доступом к памяти: контроллер памяти находится внутри процессора.

1. Характеристики  процессоров

• Фирма-производитель (для персональных компьютеров – два основных производителя – AMD и Intel). Для смартфонов, планшетов – основной игрок – фирма ARM. Она лишь разрабатывает процессоры и продаёт лицензии на их производство другим компаниям. Основные семейства процессоров: ARM7, ARM9, ARM11 и Cortex (A8, A9, A15)
• Поколение, ядро, ревизия
• Количество ядер
• Разрядность (32-х разрядный; 64-х разрядный)
• Тактовая частота и производительность на такт.
• Объём кэш-памяти (Первый, второй, третий уровень)
• Частота системной шины и ширина системной шины.
• Тип сокета

Поколения Intel:	Поколения AMD:
80086 (родоначальник архитектуры x86);  80186
80286; 386 (32-разрядный); 486	5x86 Клон i486
Pentium (интегрирован FPU, суперскалярный) Pentium MMX	K5
Pentium 2	K6,K6-2, K6-III, K6  K7 (Athlon)
Pentium 3 (SSE)
Pentium 4 (SSE2)	Athlon XP  Athlon 64
Core	Athlon 64
Core 2(Duo и Quad);	Athlon 64 X2  Phenom II
Core i3, Core i5, Core i7	Athlon II 64 X2 Phenom II
Core i3, Core i5, Core i7 (ядро Sandy Bridge)	Athlon II 64 X2, X3, X4 Phenom II X4 A4, A6, A8 FX

 

Intel для мобильных устройств:	AMD для мобильных устройств:
Atom (основан на Pentium)	Geode

2. Характеристики памяти

• Объём
• Скорость (определяется частотой и шириной шины)

Ширина шины в большинстве  модулей 64 бита.

• Поколение SDRAM, DDR DRAM, DDR2, DDR3

SDRAM (англ. Synchronous Dynamic Random Access Memory – синхронная динамическая память с произвольным доступом) – тип запоминающего устройства, использующегося в компьютере в качестве ОЗУ.

В отличие от других типов DRAM, использовавших асинхронный обмен  данными, ответ на поступивший в  устройство управляющий сигнал возвращается не сразу, а лишь при получении  следующего тактового сигнала. Тактовые сигналы позволяют организовать работу SDRAM в виде конечного автомата, исполняющего входящие команды. При  этом входящие команды могут поступать  в виде непрерывного потока, не дожидаясь, пока будет завершено выполнение предыдущих инструкций (конвейерная  обработка): сразу после команды записи может поступить следующая команда, не ожидая, когда данные окажутся записаны. Поступление команды чтения приведёт к тому, что на выходе данные появятся спустя некоторое количество тактов – это время называется задержкой (англ. SDRAM latency) и является одной из важных характеристик данного типа устройств.

Циклы обновления выполняются  сразу для целой строки, в отличие  от предыдущих типов DRAM, обновлявших  данные по внутреннему счётчику, используя  способ обновления по команде CAS перед RAS.

DDR SDRAM (от англ. Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory –синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных) – тип компьютерной памяти используемой в вычислительной технике в качестве оперативной и видеопамяти. Пришла на смену памяти типа SDRAM.

При использовании DDR SDRAM достигается  удвоенная скорость работы, нежели в SDRAM, за счёт считывания команд и данных не только по фронту, как в SDRAM, но и  по спаду тактового сигнала. За счёт этого удваивается скорость передачи данных без увеличения частоты тактового сигнала шины памяти. Таким образом, при работе DDR на частоте 100 МГц мы получим эффективную частоту 200МГц.

Преимущества по сравнению с DDR

• Более высокая полоса пропускания
• Как правило, меньшее энергопотребление
• Улучшенная конструкция, способствующая охлаждению

Недостатки по сравнению с DDR

• Обычно более высокая CAS-латентность (от 3 до 6)
• Итоговые задержки оказываются выше

DDR2 SDRAM (англ. double-data-rate two synchronous dynamic random access memory – синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных, второе поколение) – это тип оперативной памяти используемой в вычислительной технике в качестве оперативной и видеопамяти. Пришла на смену памяти DDR SDRAM.

Как и DDR SDRAM, DDR2 SDRAM использует передачу данных по обоим срезам тактового  сигнала, за счёт чего при такой же частоте шины памяти, как и в  обычной SDRAM, можно фактически удвоить  скорость передачи данных (например, при  работе DDR2 на частоте 100 МГц эквивалентная  эффективная частота для SDRAM получается 200 МГц). Основное отличие DDR2 от DDR – вдвое большая частота работы шины, по которой данные передаются в буфер микросхемы памяти. При этом, чтобы обеспечить необходимый поток данных, передача на шину осуществляется из четырёх мест одновременно. Итоговые задержки оказываются выше, чем для DDR.

DDR3 SDRAM (англ. double-data-rate three synchronous dynamic random access memory – синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных, третье поколение) – это тип оперативной памяти, используемой в вычислительной технике в качестве оперативной и видео- памяти. Пришла на смену памяти типа DDR2 SDRAM.

У DDR3 уменьшено на 40 % потребление  энергии по сравнению с модулями DDR2, что обусловлено пониженным (1,5 В, по сравнению с 1,8 В для DDR2 и 2,5 В для DDR) напряжением питания ячеек памяти. Снижение напряжения питания достигается за счёт использования 90-нм (вначале, в дальнейшем 65-, 50-, 40-нм) техпроцесса при производстве микросхем и применения транзисторов с двойным затвором Dual-gate (что способствует снижению токов утечки).

3. Характеристики  чипсета

• Поддерживаемые  типы процессоров, памяти, системной  шины и интерфейсов.

4. Характеристики  видеокарт

• Интегрированная или дискретная
• Интерфейс (PCI, AGP, PCI-E) (Если дискретная видеокарта)
• Графический чип (GPU). Сейчас два основных производителя GPU для дискретных видеокарт: Nvidia и AMD (ATI). Главная характеристика GPU – его производительность.
• Ширина шины
• Объём видеопамяти
• Тип видеопамяти
• Внешние интерфейсы

5. Характеристики  HDD.

• Объём
• Форм-фактор (3.5’, 2.5’, 1.8’ последние два – для ноутбуков)
• Плотность записи на пластину (современные 320 и 500 Гб на пластину) Производная характеристика – скорость линейного чтения на разных участках жёсткого диска
• Количество пластин
• Интерфейс подключения
• Объём кэш-памяти
• Среднее время доступа.

Производители HDD – Seagate, WesternDigital, IBM/Hitachi, Samsung

6. Накопители  на внешних носителях.

Характеристики:

• тип носителя
• возможность записи/перезаписи
• скорость чтения-записи
• CD – типовой размер– 700 Мб (1x= 150 кб/c) до 52x
• DVD – однослойный –4,7 Гб, двухслойный – 8,5 Гб. (1x= 1,5 Мб/c) до 12x
• HD-DVD – однослойный – 15 Гб, двухслойный – 30. (1x= 4,5 Мб/c) до 12x
• Blue Ray Disk – однослойный – 25 Гб, двухслойный – 50.

2. Интерфейсы

1. Внутренние

• PCI (33 МГц, 32 Бита = 133 Мб/с), синхронный
• AGP (то же, что и PCI), но 66 МГц (8X = 2 Гб/с)
• PCI express, PCEe, PCI-E (1x = 1 линия 2,5 Гбит/сек » 0,5 Гб/с, с учётом двунаправленности)
• PCI express 2.0, (1x = 1 линия 5 Гбит/сек)
• IDE (ATA) (ATA100, ATA133) – это Мб/сек
• SATA (SATA-150, SATAII-300, SATA-600 или SATA 6 Гбит/с) С появлением SATA ATA стал называться PATA

2. Внешние

1. Для подключения  периферийных устройств.

• USB (англ. Universal Serial Bus – «универсальная последовательная шина») 
  USB 1.1 – 1,5 и 12 Мбит/сек (1, 5Мбайт) 
  USB 2.0 – 480 Мбит/с = 60 Мб/с, 
  USB 3.0 – 4,8 Гбит/с = 600 Мбайт/с.
• Thunderbolt – новая технология передачи данных по оптическому волокну от Intel. Технология может стать заменой всем существующим сегодня (и ещё разрабатываемым) стандартам соединения различных электронных устройств из-за своих уникальных характеристик: дешевизны, миниатюрности и скорости передачи данных 10 Гбит/сек на расстояния до 3 метров по медному кабелю 
  В ближайшие десять лет Intel обещает увеличить скорость передачи данных по Thunderbolt до 100 Гбит/сек.
• IEEE 1394 (FireWire, i-Link) a,b,c наиболее распространены устройства до 400 Мбит/с, а последний стандарт 800 Мбит/с
• eSATA (разъёмы попрочнее), необходимо два кабеля – данных и питания
• Bluetooth (в честь Харальда I Синезубого). Class 1 – до 100 м., Class 2 – до 10 м.  
  Версии: 
  Bluetooth 1.1, 1.2 (до 723,2 Кбит/с) 
  Bluetooth 2.0 ( + EDR – до 2,1 Мбит/с), 2.1 (энергосбережение – якобы, лучше до 3-10 раз, ускоряется установление связи). 
  Bluetooth 3.0 + HS до 24 Мбит/с. Модули с поддержкой новой спецификации соединяют в себе две радиосистемы: первая обеспечивает передачу данных в 3 Мбит/с (стандартная для Bluetooth 2.0) и имеет низкое энергопотребление; вторая совместима со стандартом 802.11 и обеспечивает возможность передачи данных со скоростью до 24 Мбит/с (используется протокол сетей Wi-Fi). Выбор радиосистемы для передачи данных зависит от размера передаваемого файла. Небольшие файлы передаются по медленному каналу, а большие – по высокоскоростному.
• Bluetooth 4.0 Основное предназначение – миниатюрные беспроводные датчики. Главная особенность – низкое энергопотребление. Скорость передачи данных в 1 Мбит/с.
• COM – древний последовательный интерфейс. Максимальная скорость передачи, в обычном исполнении порта, составляет 115 200 бит/с.
• Parallel port (LPT) (режимы работы SPP, EPP и ECP; в режиме EPP скорость работы до 2 Мбайт/с. В ECP есть аппаратное сжатие данных и DMA)