Информатика лекции


Оглавление
TOC \o "1-3" \h \z \u Основные понятия и определения информатики PAGEREF _Toc322333775 \h 3Виды и свойства информации PAGEREF _Toc322333776 \h 4Внутренние свойства информации PAGEREF _Toc322333777 \h 4Объект и предмет информатики PAGEREF _Toc322333778 \h 5Основные особенности информационного ресурса PAGEREF _Toc322333779 \h 5Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и хранения информации PAGEREF _Toc322333780 \h 6Сбор информации PAGEREF _Toc322333781 \h 6Передача информации PAGEREF _Toc322333782 \h 6Структурная схема канала передачи данных PAGEREF _Toc322333783 \h 7Обработка информации PAGEREF _Toc322333784 \h 8Обобщенная структура вычислительной системы PAGEREF _Toc322333785 \h 8Технология электронной обработки информации PAGEREF _Toc322333786 \h 8Определение и принципы организации информационных процессов в вычислительных устройствах PAGEREF _Toc322333787 \h 9Принципы фон Неймана PAGEREF _Toc322333788 \h 10Обобщенная структурная схема ЭВМ: PAGEREF _Toc322333789 \h 10Основные принципы функционирования ЭВМ с шинной и канальной организацией PAGEREF _Toc322333790 \h 11Функционирование ЭВМ с шинной организацией PAGEREF _Toc322333791 \h 11Устройство управления PAGEREF _Toc322333792 \h 12Функционирование ЭВМ с канальной организацией PAGEREF _Toc322333793 \h 14Основные функции канала PAGEREF _Toc322333794 \h 14Преимущество ЭВМ с канальной организацией PAGEREF _Toc322333795 \h 15Архитектура многопроцессорных вычислительных систем PAGEREF _Toc322333796 \h 15Схема организации ЭВМ с перекрестной коммутацией. PAGEREF _Toc322333797 \h 16Конвейерная организация PAGEREF _Toc322333798 \h 16Компьютерная сеть PAGEREF _Toc322333799 \h 16Особенности организации локальной вычислительной сети PAGEREF _Toc322333800 \h 17Управление взаимодействием устройств в сети PAGEREF _Toc322333801 \h 17Сеть с выделенным сервером PAGEREF _Toc322333802 \h 17Физическая передающая среда локальных вычислительных сетей PAGEREF _Toc322333803 \h 18Топология локальной вычислительной сети PAGEREF _Toc322333804 \h 18Антивирусные программы PAGEREF _Toc322333805 \h 21Классификация антивирусов в зависимости от их принципа действия PAGEREF _Toc322333806 \h 21Вредоносные программы PAGEREF _Toc322333807 \h 21Классификация программы по наличию материальной выгоды PAGEREF _Toc322333808 \h 21Классификация программ по цели разработки PAGEREF _Toc322333809 \h 21Сетевые черви PAGEREF _Toc322333810 \h 21Классические компьютерные вирусы PAGEREF _Toc322333811 \h 22Троянские программы PAGEREF _Toc322333812 \h 22Компьютерные вирусы PAGEREF _Toc322333813 \h 22Типы компьютерных вирусов PAGEREF _Toc322333814 \h 22Классификация файловых вирусов по способу заражения PAGEREF _Toc322333815 \h 23Перезаписывающие вирусы PAGEREF _Toc322333816 \h 23Вирусы компаньоны PAGEREF _Toc322333817 \h 23Файловые черви PAGEREF _Toc322333818 \h 23Вирусы звенья PAGEREF _Toc322333819 \h 23Паразитические вирусы PAGEREF _Toc322333820 \h 23Вирусы поражающие исходный код программы PAGEREF _Toc322333821 \h 23Троянская программа PAGEREF _Toc322333822 \h 23Классификация компьютеров по сферам применения PAGEREF _Toc322333823 \h 24Классификация ЭВМ по производительности PAGEREF _Toc322333824 \h 25Супер ЭВМ PAGEREF _Toc322333825 \h 25Мейнфрейм PAGEREF _Toc322333826 \h 25Мини ЭВМ PAGEREF _Toc322333827 \h 25Микро ЭВМ PAGEREF _Toc322333828 \h 25Материнская плата PAGEREF _Toc322333829 \h 26Процессор PAGEREF _Toc322333830 \h 26Сопроцессор PAGEREF _Toc322333831 \h 27Программное обеспечение PAGEREF _Toc322333832 \h 27Базовый уровень PAGEREF _Toc322333833 \h 28Системный уровень. PAGEREF _Toc322333834 \h 28Служебный уровень PAGEREF _Toc322333835 \h 28Прикладной уровень. PAGEREF _Toc322333836 \h 28Назначение, функции и состав ПО PAGEREF _Toc322333837 \h 29Классификация программных продуктов по сфере использования PAGEREF _Toc322333838 \h 29Система программирования PAGEREF _Toc322333839 \h 29

Основные понятия и определения информатикиИнформатика как наука началась не с создания ЭВМ, а с решения общих, методологических принципов построения и развития информационных модулей, с изучения структуры и общих свойств информации, закономерностей информационных процессов.
Информатика – это отрасль науки, изучающая структуры и свойства информации, а так же вопросы, связанные с ее сбором, хранением, поиском, передачей, преобразованием, распространением и использованием в различных сферах человеческой деятельности.
Около 20% компьютеров в настоящее время используются для вычислений, и до 80% для обработки информации:
Обработка текстов, видео, звуков, выполнения графических работ, накопление и оперативная выдача разнообразных данных.
Основными разделами информатики являются: исследование и разработка информационных сред и технологий, программных средств и моделирование предметных областей.
Информатика это комплексная, научно техническая дисциплина, объединяющая комплекс наук, каждая из которых занимаемся изучением одного из аспектов.
Информация это любые сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования.
На практике информация представляется в виде сообщения.
Сообщение это информация, закодированная в символах.
Передача информационных сообщений осуществляется по следующей схеме:

В виде сигналов (электрические, звуковые, световые)
Сигнал может быть дискретным и непрерывным (аналоговым). Непрерывная информация характеризуется непрерывнной функцией от времени.
Источником аналоговой информации обычно является объекты природы и производственно механические процессы.
Дискретная информация характеризуется соответственно дискретной функцией от времени. Коренное отличие возможностей ЭВМ от другой информационной техники (средства связи, телевидение) в том виде, в каком она подается на входе и выходе. Количество на выходе и входе равно. Информация на выходе в сети ЭВМ отличается от информации на входе.
Компьютер это устройство преобразования информации по средством выполнения управляюшей программы в виде последовательных операций
По виду обрабатываемой информации компьютеры разделяются на:
Аналоговые (АВМ) – специализированные ЭВМ предназначенные для решения узкого спектра задач.
Цифровые (ЦВМ) – являются универсальным вычислительным средством, решающим широкий круг задач.
Виды информации:
Символьная
МультимедийнаяИнформация хранящаяся в памяти ЭВМ доступна для обработки и состоит из данных.
Данные – это информация, представленная в виде, пригодном для хранения, передачи и обработки с помощью технических средств.
Различают следующие основные операции с данными:
Сбор данных (накопление информации)
Формализация данных (приведение данных, поступающих из различных источников к одинаковой форме)
Фильтрация данных (уменьшение уровня шума, повышение уровня достоверности)
Сортировка данных (упорядочивание по заданному признаку с целью удобства)
Архивация данных (организация хранения в удобной и легкодоступной форме)
Защита данных (комплекс мер направленных на предотвращение утраты и модификации данных)
Транспортировка данных (Прием и передача данных между участниками инфомационного обмена)
Преобразование данных (перевод из одной формы в другую в связи с изменением вида носителя)
Виды и свойства информацииРевалентность – способность информации соответствовать запросам потребителя
Полнота – свойство информации исчерпывающим образом характериовать отображаемый объект или процесс
Своевременность
Достоверность – свойство информации не иметь ошибок
Доступность – возможность получать информацию данным потребителем
Защищенность – невозможность несанкционированного использования и изменения
Эргономичность – свойство, характеризующее удобство форм или объемов информации для потребителя
Адекватность – свойство информации однозначно соответствовать отображаемому объекту или явлению.
Внутренние свойства информацииОбъем информации
Способ организации информации
Данные (логически неупорядоченный набор сведений)
Структура данных (логически упорядоченные, организованные наборы данных)
Свойства информации, связанные с процессом хранения.
Живучесть
Уникальность
Объект и предмет информатикиОбъектом познания с точки зрения информатики являются информационные технологии (ИТ).
Информационные технологии – это машинизированные способы обработки, хранения, передачи и использования информации, которые реализуется посредством автоматизированных информационных систем (АИС). Примеры АИС:
Автоматизированные системы научных исследований (АСНИ), геоинформационные системы (ГИС), системы автоматизированного проектирования (САПР), экспертные системы (ЭС)
Информационные технологии включают в себя технические средства, математическое, алгоритмическое, программное, лингвистическое обеспечение, средства связи.
Предметом информатики является информационный ресурс (ИР).
Информационный ресурс это семантическая информация, информация в виде понятийное знания.
Понятийное знание это отражение какой-либо стороны объективной реальности, выраженное в виде идей, понятий, представлений о каком либо предмете или идеи.
Основные особенности информационного ресурсаИнформационный ресурс практически не исчерпаем, по мере развития общества и роста потребления информационного ресурса его запасы растут.
Информационный ресурс это потенциал, который появляется как движущая сила только в соединении с другими ресурсами (энергия, сырье, различная техника).
Превращение знаний в информационный ресурс зависит от возможности коммуникационной системы общества.
Существует две формы информационного ресурса:
Пассивная форма информационного ресурса (книги, статьи, банки данных)
Активная форма информационного ресурса (алгоритм, модель, проект, программа, база знаний (БЗ))
Модель – описание системы, отображающее определенную группу ее свойств и позволяющая предсказывать поведение системы в определенном диапазоне условий.
Программа и проект – конечная стадия жизненного цикла информационной системы.
Информационное общество – это общество, в котором большинство работающих заняты производством, хранением, переработкой и реализацией информации.
Особую роль в активизации информационного потенциала общества играет преобразование традиционных баз данных в базы знаний, основанной на применении искусственного интеллекта (ИИ). В современном обществе информационный ресурс рассматривается как стратегический, аналогичный по значимости запасам сырья, энергии и прочим ресурсом.
Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и хранения информацииВосприятие информации это процесс преобразования сведений, которые поступили в информационную систему из внешнего мира в форму пригодную для дальнейшего использования.
Системы восприятия информации это комплекс программных и технических средств.
Этапы переработки информации:
Предварительная обработка (приведение входных данных к определенному стандартному виду для данной системы)
Выделение значимых информационных единиц (осуществляет с помощью специально разработанных алгоритмов)
Распознавание объектов и ситуаций (с помощью методов распознавания образов опознаются выделенные на предшествующем этапе объекты, и между ними устанавливается пространственные, временные и другие виды отношений)
Коррекция внутренней модели внешнего мира (осуществляется на основе полученных данных о текущей ситуации)
В развитой системе восприятия информация поставляется системой сбора информации.
Сбор информацииЭто процесс получения информации из внешнего мира и приведения ее к виду стандартному для данной информационной системы.
Сигнал это средство перенесения информации в пространстве и времени.
Носителями сигнала могут быть звук, свет, электрический ток, магнитное поле.
Технические системы приема сигналов оснащены специальными устройствами, которые производят его обработку.
Этапы типичного процесса обработки сигнала:
С помощью датчика исходный сигнал преобразуется в эквивалентный ему электрический сигнал.
Электрический сигнал оцифровывается с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП).
Дальше аналогово-цифровой преобразователь вместе составляют цифровой измерительный прибор (ЦИП)
Полученное число можно сохранять в регистре, а затем подвергать дальнейшей обработке.
Независимо от используемых технических средств сбора информации поступающая в ЭВМ информация, представленная в виде двоичного кода.
Современная развитая система сбора информации это совокупность:
Технических средств ввода информации в ЭВМ
Программ, управляющих комплексом технических средств
Программ обеспечивающих ввод информации с отдельных устройств ввода (драйвера устройств)
Передача информацииМожет осуществляться различными способами:
С помощью курьера
Пересылкам по почте
Дистанционная передача по каналам связи (Информационно вычислительные сети (ИВС))
Структурная схема канала передачи данныхВ непрерывном канале связи элементы данных передаются в виде физических сигналов, которые описываются непрерывными функциями времени. Для согласования информационного сигнала и сигнала переносчика используется специальное устройство – модем. Модем состоит из модулятора и демодулятора. С помощью модулятора спектр сигнала переносчика под воздействием информационного сигнала смещается в область частот, для которых наблюдается наименьшее затухание в данном непрерывном канале связи.

Способом повышения достоверности является контроль на четность.
На входном сообщении представленном виде двоичного кода устройство подготовки данных (УПД) производит подсчет числа один, если оно не четно, то в конец входа разряд контрольной суммы добавляется единица, в противном случае – ноль. На выходе производятся аналогичные действия, и проверяется контрольная сумма. Если оно оказалось не четным, то произошло искажение информации. Если вероятность искажения велика, то применяется помехоустойчивое кодирование. Помехоустойчивые коды позволяют не только проверять правильность передачи информации, но и в ряде случаев восстановить часть информации.
В непрерывном канале связи элементы данных передаются в виде физических сигналов, которые описываются непрерывными функциями времени. Для согласования информационного сигнала и сигнала переносчика используется специальное устройство – модем. Модем состоит из модулятора и демодулятора. С помощью модулятора спектр сигнала переносчика под воздействием информационного сигнала смещается в область частот, для которых наблюдается наименьшее затухание в данном непрерывном канале связи.
В качестве УВДС может использоваться специальная аппаратура, ЭВМ или специальная программа. Простейшим случаев производить исправления.
В вычислительной системе выделяют систему диспетчирования (которая определяет организацию вычислительного процесса) и ЭВМ (одну или несколько, обеспечивающую обработку информации). Для оптимальной организации вычислительного процесса в структуру вычислительной системы включаются накопители и устройства диспетчирования.
Обработка информацииВ современных информационно вычислительных системах (ИВС) машинная обработка информации предусматривает последовательно параллельное во времени решение задач. Это обеспечивает наличие определенной организации вычислительного процесса в ИВС
В вычислительно системе выделяют
Диспетчирование, которая определяет организацию вычислительного процесса
ЭВМ (одну или несколько) Обеспечивает обработку информации.
Для оптимальной организации вычислительного процесса в структуру вычислительного процесса включаются накопители и устройства диспетчирования.
Обобщенная структура вычислительной системы
На вход системы поступают ИВЗ, диспетчер 1 отправляет ее в одну из очередей (1 - n), которые реализуются на ячейках оперативной памяти. Заявки ожидают начало обслуживания в зависимости т информации взаимосвязи между задачами, диспетчер 2 выбирает из очередей заявку на обслуживание и передает для обработки на ЭВМ
Диспетчеры 1 и 2 представляет собой управляющие программы, а процесс выборки заявки из множества называется диспетчеризацией
Технология электронной обработки информацииТехнология электронной обработки информации – это человеко-машинный процесс исполнения взаимосвязанных операций, протекающих в установленной последовательности с целью преобразования исходной информации в результатную.
Операция представляет собой комплекс совершаемых технологических действий, в результате которых информация преобразуется.
На технологический процесс автоматизированной обработки информации влияет много факторов, один из них – режимные возможности ЭВМ.
Различают следующие режимы взаимодействия пользователя с ЭВМ:
Пакетный - распространен при централизованный обработке экономической и бухгалтерской отчетности. Формируется пакет, который включает в себя задания (последовательность управляющих операторов), программы, исходные данные
Интерактивный - предусматривает непосредственное взаимодействие с ИВС)Запросный режим: взаимодействие пользователя с системой носит характер запроса и осуществляется через значительное число абонентских терминальных устройств, удаленных от центра обработки. Пример: банкоматы
Диалоговый режим: открывает пользователю возможность непосредственного взаимодействия с вычислительной системой в приемлемом темпе, при этом ЭВМ сама может инициировать диалог, сообщая пользователю последовательность шагов для получения результата
Интерактивный режим обеспечивается операционными системами разделения времени или реального времени.
Системы разделения времени могут одновременно обслуживать несколько пользователей путем выделения каждому из них кванта (части) времени устройства. Пример: многозадачность в процессоре.
Системы реального времени используются для обработки внешних сигналов от управляемого объекта (Например, поступающих с датчиков) и быстрого ответа на них путем выделения максимум вычислительных ресурсов. Такие системы работают синхронно с управляемым объектом, и имеют жесткие ограничения на время ответа.
Определение и принципы организации информационных процессов в вычислительных устройствахАрхитектура ЭВМ – это описание основных функциональных модулей, машинного языка и используемых структур данных.
К архитектуре ЭВМ относят следующие общие принципы построения:
Структура памяти ЭВМ
Способы доступа к памяти и внешним устройствам
Возможность изменения конфигурации компьютера
Система команд
Форматы данных
Организация интерфейса
Архитектура не определяет особенности реализации аппаратной части ЭВМ, Времени выполнения команд, степени параллелизма, ширины шин и других аналогичных характеристик, то есть термин «архитектура» используется для описания возможностей, предоставляемых ЭВМ.
Конфигурация ЭВМ – это компоновка вычислительного устройства с четким определением характера, количества взаимосвязей и основных характеристик его функциональных элементов.
Организация ЭВМ – это непосредственная реализация возможностей ЭВМ.
Команда – это совокупность сведений необходимых процессору для выполнения определенного действия при выполнении программы.
Команда состоит из:
Кода операции, указывающего ту операцию, которую необходимо выполнить
Нескольких адресных полей, указывающих место расположения в памяти операндов команды.
Способом вычисления адреса по информации, содержащейся в адресном поле команды называется режим адресации
Система команд ЭВМ – это вся совокупность команд, реализованных в данной ЭВМ.
Принципы фон НейманаБольшинство ЭВМ строится на базе принципов сформулированных в 1946 году группой ученых под руководством фон Неймана.
Основными блоками фон Неймовской машины являются:
Блок управления
Арифметическо-логическое устройство
Память
Устройство ввода вывода
Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы, называемые словами.
Алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов (команд), которые определяют смысл операции.
Программы и данные хранятся в одной и той же памяти, и кодируются одним и тем же способом, различаясь лишь по способу использования
Устройство управления и арифметико-логическое устройство обычно обьеденяют в одно и называют Центральным процессором (ЦП). ЦП определяет действия, подлежащие выполнению путем считывания команд из оперативной памяти.
Обобщенная структурная схема ЭВМ:
Основные принципы функционирования ЭВМ с шинной и канальной организациейФункционирование ЭВМ с шинной организацией
Центральный процессор - функциональная часть ЭВМ, выполняет основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков.
Арифметико-логическое устройство обрабатывает информацию, хранящуюся в оперативной памяти. АЛУ формирует по двум входным переменным одну выходную, выполняя заданную операцию (сложение, вычитание, сдвиг и т.д.). Выполнение операций определяется микрокомандой, полученной от устройства управления.
Разряды флагового регистра АЛУ содержат информацию, характеризующую результат операции. Равенство нулю, знак плюс, или минус, правильность выполнения операции. Программный анализ флагов позволяет производить операции ветвления в зависимости от конкретных значений данных.
Регистровая память (регистры процессора). Это набор программно доступных быстродействующих ячеек памяти. К регистрам процессора относятся:
Регистр данных – служит для хранения промежуточных результатов
Регистр аккумулятор – регистр временного хранения, который используется в процессе вычислений (например, в нем формируется результат команды умножения)
Регистр указатель стека – используется при операциях с такой структурой данных, где последнее записанное в него значение извлекается из него первым. Стеки используются для организации работы подпрограмм.
Индексные, указательные и базовые регистры – используются для хранения и вычисления адресов операндов в памяти.
Регистры счетчики – используются для организации циклических участков в программах
Регистры общего назначения – могут использоваться для любых целей, которые определяет программист при написании программы.
Количество регистров и связи между ними влияют на сложность и стоимость процессора, но большое количество регистров с богатым набором возможностей упрощает программирование и повышает возможности программного обеспечения
Устройство управленияВырабатывает последовательность внутренних и внешних управляющих сигналов, обеспечивающих выборку и выполнение команд. Устройство управления интерпретирует команду выбранную из программной памяти, и формирует для АЛУ и других устройств требуемый набор команд низкого уровня – микрокоманд.
Микрокоманды задают последовательность элементарных низкоуровневых операций (микроопераций) (пересылка данных, сдвиг данных, установка и анализ признаков, запоминание результатов и т.д.)
Последовательность микрокоманд соответствующая оной команде называется микропрограммой.
В состав управляющего устройства входят три устройства:
Регистр команды – содержит код команды во время ее выполнения
Программный счетчик – в нем содержится адрес очередной подлежащей выполнению команды.
Регистр адреса – в нем вычисляются адреса операндов, находящихся в памяти.
Пульт управления – предусмотрен для связи пользователя с ЭВМ и позволяет производить сброс в начальное состояние, просматривать регистры и ячейки памяти, записывать адрес в программный счетчик, пошагово выполнять программу при ее отладке и т.д.
Память – устройство предназначено для запоминания, хранения и выборки программ и данных. Она состоит из конечного числа ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес (номер), доступ к ячейке осуществляется путем указания ее адреса. Память способна выполнять два вида операций над данными:
Чтение с сохранением содержимого
Запись нового значения со стиранием предыдущего
Минимальным адресуемым элементом памяти является байт. Совокупность битов которые АЛУ может одновременно поместить в регистр или обработать называется машинным словом. Классификация запоминающих устройств (ЗУ):
По способу организации доступа к информации:
ЗУ с последовательным доступом – блоки в памяти считываются в том порядке, в котором они физически записаны, пока не будет найден нужный элемент (магнитная лента)
ЗУ с прямым (произвольным) доступом – Доступ к элементу осуществляется по его физическому адресу (магнитный диск)
По способу хранения информации:
ПЗУ – энергозависимое запоминающее устройства для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Из ПЗУ информацию можно только считывать, а выборка осуществляется
ППЗУ (перепрограммируемое запоминающее устройство) – разновидность ПЗУ, которое можно неоднократно перепрограммировать.
ОЗУ – энергозависимое, в нем хранятся программные команды, данные и результаты вычислений, требует регенерации (освежения) содержимого памяти.
По информационным характеристикам:
По времени выборки из отдельных ячеек (быстродействию)
По объему информации, который может храниться в данном ЗУ (емкость)
По удельной стойкости хранения одинакового объема информации
Для рационального использования и достижения эффективности и экономичности распределяют по нескольким иерархическим уровням
Иерархия – это система памяти из нескольких ЗУ с различным быстродействием и емкостью
Уровни иерархии:

Регистр ЦП – в регистрах размещается функциональное слово (4 байта)
Кэш – Память, содержащая группы слов
ОП – отдельные слова связанного контекста, группы таких слов пересылаются между Кэш и ОП в соответствии с алгоритмом, реализуемом в конкретном устройстве
ВЗУ – В нем хранятся блоки слов
Кэш – при наличии кэш памяти обмен данными между центральным процессором и ОП и ВЗУ осуществляется через Кэш. Использование Кеш дает значительный выигрыш во времени при выполнении программы.
ОП – делятся на статические и динамические, в статистических содержимое не меняется до тех пор, пока не будет сделана новая запись в эту ячейку. В динамических дл запоминания используют заряд конденсаторы. Из-за наличия токов утечки содержимое ячеек необходимо регулярно обновлять. Динамические ЗУ по сравнению со статическими имеют большую плотность ячеек, меньшую потребляемую мощность, но меньшую скорость выборки информации, так как во время регенерации данных ЦП не может обратиться к оперативной памяти.
Периферийные устройства
Устройства внешней памяти
Коммуникационные устройства
Обмен данными с внешними устройствами осуществляется через порты ввода-вывода, которые имеют уникальные номера, которые называются адресами портов ввода-вывода
Функционирование ЭВМ с канальной организациейВ основе канальной организации ЭВМ лежит множественность каналов связи между устройствами и функциональная специализация узлов.

Канал это специализированный процессор организующий обмен данными между оперативной памятью и внешними устройствами и управляющий процессами ввода-вывода
Контроллер осуществляет управление информацией и осуществляет следующие функции:
Преобразует сигналы
Синхронизирует работу устройств
Обеспечивает буферизацию информации на время реализации цикла
Канал ввода-вывода – включает в свой состав запоминающие устройства (регистры) и логические схемы, которые выполняют упаковку, распаковку и подсчет данных, модификацию адреса данных, и передачу информации из ОЗУ в периферийные устройства и в обратном направлении. Канал работает под управлением канальной программы, которая хранится в специально отведенной области основной памяти ЭВМ
Основные функции каналаПрием команд управления работы канала из ЦП
Адресация внешнего устройства
Прием управляющих сигналов, поступающих от периферийных устройств
Установка управляющих сигналов на шинах интерфейса ввода-вывода
Непосредственная передача информации между ОП и ПУ
Контроль передаваемой информации на четность
Подсчет количества передаваемых байт информации
Прием и анализ информации о состоянии ПУ
Формирование запросов в ЦП на прерывание
Управление последовательностью прерываний от ПУ и выполнение прерываний
Канал ввода-вывода (Кв/в) реализует функции управления обменом информации, общие для всех устройств
Контроллер выполняет управление обменом для группы ПУ одного типа
Интерфейс осуществляет электрическую связь между каналом и контроллером, подключенным к этому каналу, и подготавливает сигналы в/в таким образом, чтобы любое ПУ могло подключиться к каналу.Периферийные устройства группируется по быстродействию, и подключаются к соответствующим каналам. Быстродействующие устройства подключаются к селекторным каналам, получая его в монопольное пользование на все время выполнения операции обмена данными
Низкоскоростные устройства подключают к мультиплексным каналам.
Мультиплексный канал разделяется между несколькими устройствами, при этом возможен одновременный обмен данными с несколькими устройствами
Обмен информацией с использованием Кв/в выполняется в следующем порядке:
ЦП, получив команду в/в, передает ее в канал.Канал из определенной ячейки памяти считывает начальный адрес канальной программы и начинает ее выполнять.
Канал, выполняя команды обмена, обращается к тем или иными периферийным устройствам, читает или записывает слова информации, обращаясь в ОЗУ, при необходимости производит изменение формата вводимых и выводимых данных и т.д.
Для управления очередностью доступа центрального процессора или одного из каналов к оперативной памяти используется Контроллер Оперативной Памяти. Наименьший приоритет имеет центральный процессор, среди каналов больший приоритет имеют медленные каналы. О своем состоянии канал информирует процессор с помощью прерываний, то есть канал вырабатывает сигнал прерывания. Например, по окончании операции обмена данными, при возникновении исключительной ситуации, и т. д. Операционная система анализирует код прерывания, и вызывает соответствующую подпрограмму – обработчик прерывания.
Преимущество ЭВМ с канальной организациейПроцессор освобождается от большого объема работы по организации ввода-вывода
Наличие нескольких путей передачи данных (процессор -оперативная память, канал-оперативная память) снимает трудности связанные с блокировкой единственного тракта передачи данных (системной шиной), что повышает скорость обмена
Все это дает возможности производить обмен данными с внешними устройствами параллельно с основной вычислительной работой центрального процессора.
В результате общая производительность системы существенно возрастает, удорожание схемы окупается.
Архитектура многопроцессорных вычислительных системДля решения задач с большим объемом вычислений с гораздо более высоким быстродействием, чем ПВМ на существующей элементной базе используются архитектуры, в которых процесс обработки информации распараллеливается.
Три основных подхода к построению архитектур таких компьютеров
Многопроцессорные
Магистральные
Матричные
Схема организации ЭВМ с перекрестной коммутацией.
Все связи между узлами осуществляются с помощью специального устройства – коммутирующей матрицы.
Коммутирующая матрица может связывать между собой любую пару узлов, причем таких пар может быть сколько угодно. Связи не зависят друг от друга. В таких схемах нет конфликта из-за связей, но есть конфликты только из-за ресурсов. Возможность одновременной связи нескольких пар устройств позволяет достичь очень высокой производительности комплекса.
Конвейерная организацияЭВМ разделяется на последовательно включенные операционные блоки, каждый из которых специализирован на выполнении строго определенной части операции.

Приложенные файлы

  • docx 757680
    Размер файла: 174 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий