Архитектура эвм

 

Оглавление

 

 

 

1.АРХИТЕКТУРА ЭВМ. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЧАСТИ ЭВМ, ИХ НАЗНАЧЕНИЕ И ВЗАИМОСВЯЗЬ.

 

1.1. Основные принципы построения ЭВМ.

Основные принципы построения ЭВМ были сформулированы американским учёным Джоном фон Нейманом в 40-х годах 20 века:

1. Любую ЭВМ образуют  три основных компонента: процессор, память и устройства ввода-вывода (УВВ).

2. Информация, с которой  работает ЭВМ делится на два типа:

набор команд по обработке (программы);

данные подлежащие обработке.

3. И команды, и данные  вводятся в память (ОЗУ) – принцип хранимой программы.

4. Руководит обработкой  процессор, устройство управления (УУ) которого выбирает команды из  ОЗУ и организует их выполнение, а арифметико-логическое устройство (АЛУ) проводит арифметические и  логические операции над данными.

5. С процессором и ОЗУ  связаны устройства ввода-вывода (УВВ).

1.2.Основы архитектуры ЭВМ.

Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе. Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через системную шину (другое название - системная магистраль).

Шина - это кабель, состоящий из множества проводников. По одной группе проводников - шине данных передаётся обрабатываемая информация, по другой - шине адреса - адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Третья часть магистрали - шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др).

Системная шина характеризуется тактовой частотой и разрядностью. Количество одновременно передаваемых по шине бит называется разрядностью шины. Тактовая частота характеризует число элементарных операций по передаче данных в 1 секунду. Разрядность шины измеряется в битах, тактовая частота – в мегагерцах.

Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине. Это может быть адрес ячейки памяти или адрес периферийного устройства. Необходимо, чтобы разрядность шины позволила передать адрес ячейки памяти. Таким образом, словами разрядность шины ограничивает объем оперативной памяти ЭВМ, он не может быть больше чем  , где n – разрядность шины. Важно, чтобы производительности всех подсоединённых к шине устройств были согласованы. Неразумно иметь быстрый процессор и медленную память или быстрый процессор и память, но медленный винчестер.

1.3. Устройство компьютера.

 

Ниже представлена схема устройства компьютера, построенного по магистральному принципу:

В современных ЭВМ реализован принцип открытой архитектуры, позволяющий пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости её модернизацию. Конфигурацией компьютера называют фактический набор компонентов ЭВМ, которые составляют компьютер. Принцип открытой архитектуры позволяет менять состав устройств ЭВМ. К информационной магистрали могут подключаться дополнительные периферийные устройства, одни модели устройств могут заменяться на другие.

Аппаратное подключение периферийного устройства к магистрали на физическом уровне осуществляется через специальный блок - контроллер (другие названия - адаптер, плата, карта). Для установки контроллеров на материнской плате имеются специальные разъёмы - слоты.

Программное управление работой периферийного устройства производится через программу - драйвер, которая является компонентой операционной системы. Так как существует огромное количество разнообразных устройств, которые могут быть установлены в компьютер, то обычно к каждому устройству поставляется драйвер, взаимодействующий непосредственно с этим устройством.

Связь компьютера с внешними устройствами осуществляется через порты – специальные разъёмы на задней панели компьютера. Различают последовательные и параллельные порты. Последовательные (COM – порты) служат для подключения манипуляторов, модема и передают небольшие объёмы информации на большие расстояния. Параллельные (LPT - порты) служат для подключения принтеров, сканеров и передают большие объёмы информации на небольшие расстояния. В последнее время широкое распространение получили последовательные универсальные порты (USB), к которым можно подключать различные устройства.

Минимальная конфигурация компьютера включает в себя: системный блок, монитор, клавиатуру и мышь.

 

 

 

2.ПРОЕКТИРОВАНИЕ, ПРОГРАМИРОВАНИЕ, ОТЛАДКА, ДОКУМЕНТИРОВАНИЕ, СОПРАВОЖДЕНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ. 

2.1 Проектирование программного обеспечения. Программирование.

 

Проектирование программного обеспечения — процесс создания проекта программного обеспечения (ПО), а также дисциплина, изучающая методы проектирования. Проектирование ПО является частным случаем Проектирования продуктов и процессов.

Целью проектирования является определение внутренних свойств системы и детализации её внешних (видимых) свойств на основе выданных заказчиком требований к ПО (исходные условия задачи). Эти требования подвергаются анализу. 
Первоначально программа рассматривается как чёрный ящик. Ход процесса проектирования и его результаты зависят не только от состава требований, но и выбранной модели процесса, опыта проектировщика.

Модель предметной области накладывает ограничения на бизнес-логику и структуры данных.

Программирование — процесс создания компьютерных программ.

В узком смысле (так называемое кодирование) под программированием понимается написание инструкций (программ) на конкретном языке программирования (часто по уже имеющемуся алгоритму — плану, методу решения поставленной задачи). Люди, которые этим занимаются, называются программистами (на профессиональном жаргоне — кодерами). А те, кто разрабатывают алгоритмы — алгоритмистами, специалистами предметной области, математиками.

В более широком смысле под программированием понимают весь спектр деятельности, связанный с созданием и поддержанием в рабочем состоянии программ — программного обеспечения ЭВМ. Иначе это называется «программная инженерия» («инженерия ПО»). Сюда входят анализ и постановка задачи, проектирование программы, построение алгоритмов, разработка структур данных, написание текстов программ, отладка и тестирование программы (испытания программы), документирование, настройка (конфигурирование), доработка и сопровождение.

Программирование для ЭВМ основывается на использовании языков программирования, на которых записывается программа. Чтобы программа могла быть понята и исполнена ЭВМ, требуется специальный инструмент — транслятор.

 

2.2.Отладка. Документирование.

Отладка — этап разработки компьютерной программы, на котором обнаруживают, локализуют и устраняют ошибки. Чтобы понять, где возникла ошибка, приходится:

• узнавать текущие значения переменных;
• выяснять, по какому пути выполнялась программа.

Существуют две взаимодополняющие технологии отладки.

• Использование отладчиков — программ, которые включают в себя пользовательский интерфейс для пошагового выполнения программы: оператор за оператором, функция за функцией, с остановками на некоторых строках исходного кода или при достижении определённого условия.
• Вывод текущего состояния программы с помощью расположенных в критических точках программы операторов вывода — на экран, принтер, громкоговоритель или в файл.

 

 Документирование — процесс отбора, классификации, использования и распространения документов. Работа специалиста по подбору документации относится к сфере услуг и образования, особенно если речь идёт о преподавателях, заведующих библиотеками школ и училищ, у которых преобладает педагогический уклон в сфере поиска и использования информации.

Документирование связано с делопроизводством (документационным обеспечением управления), отраслью деятельности, обеспечивающая документирование и организацию работы с официальными документами. (ГОСТ Р 51141-98. Делопроизводство и архивное дело. Термины и определения. Утв. постановлением Госстандарта РФ от 27 февраля 1998 г. N 28)

 

2.3.Сопровождение и эксплуатация программных средств.

Сопровождение программного обеспечения — процесс улучшения, оптимизации и устранения дефектов программного обеспечения (ПО) после передачи в эксплуатацию. Сопровождение ПО — это одна из фаз жизненного цикла программного обеспечения, следующая за фазой передачи ПО в эксплуатацию. В ходе сопровождения в программу вносятся изменения, с тем, чтобы исправить обнаруженные в процессе использования дефекты и недоработки, а также для добавления новой функциональности, с целью повысить удобство использования и применимость ПО.

В модели водопада, сопровождение ПО выделяется в отдельную фазу цикла разработки. В спиральной модели, возникшей в ходе развития объектно-ориентированного программирования, сопровождение не выделяется как отдельный этап. Тем не менее, эта деятельность занимает значительное место, учитывая тот факт, что обычно около 2/3 жизненного цикла программных систем занимает сопровождение.

 

 

 

 

3.ОСНОВНЫЕ УСЛУГИ, ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫЕ ГЛОБАЛЬНЫМИ СЕТЯМИ.

 

 
 
3.1.Виды компьютерных систем

Компьютерная сеть  – это совокупность компьютеров, между которыми возможен информационный обмен без промежуточных носителей информации. Взаимодействие между абонентами сети осуществляется на базе волоконно-оптических, спутниковых или телефонных каналов.  
 
Все компьютерные сети можно классифицировать по нескольким признакам: 

1. Территориальная распространенность;
2. Ведомственная принадлежность;
3. Скорость передачи информации;
4. Тип среды передачи;

 
Учитывая тему данной курсовой работы, нас будет интересовать только территориальный признак. По территориальной распространенности сети могут быть локальными (в пределах 10-20 м), региональными (2-2,5 км) и глобальными.  
 
Глобальная сеть (WAN – Wide Area Net) – сеть компьютеров, распределенных по всему миру и постоянно связанных каналами с очень высокой пропускной способностью, на которых имеется большой объем разнообразной информации, доступной на коммерческой основе всем желающим . Наиболее известной глобальной компьютерной сетью является Internet, хотя существуют и другие. В России крупнейшими глобальными сетями считаются Спринт сеть (современное название Global One), сеть Инфотел, сети Роснет и Роспак, работающие по протоколу Х.25, а также Relcom работающая по протоколу TCP/IP. В США крупнейшей глобальной сетью является ANSnet (Advanced Network & Services Network), на основе которой предоставляются услуги NSFNET и коммерческой ANS CO+RE. В Европе в качестве примера можно назвать eBbone, панъевропейскую опорную IP-сеть, а также NORDUnet, EUROPANet и EUnet, обеспечивающие сетевые соединения по всему материку. Каждая из этих сетей отвечает за трафик, который циркулирует внутри нее, и может маршрутизировать его. 
 
А сейчас еще теснее становится связь между Internet и такими коммерческими сетями, как CompuServe и Prodigy, пользователи которых теперь могут обмениваться электронной почтой со своими друзьями из Internet. Некоторые держатели коммерческих сетей, таких, как Delphi и America Online, работают над тем, чтобы дать своим абонентам прямой выход на услуги Internet окончательно уничтожить всю хранящуюся на нем информацию.

 

3.2. История создания глобальных сетей

 

Глобальные компьютерные сети изначально создавались для военного использования. В 1958 году для проведения исследований в научной области при Министерстве обороны США было создано Агентство Передовых Исследовательских Проектов (Advanced Research Projects Agency – ARPA). В 1967 году для создания сети передачи данных было решено использовать разбросанные по всей стране компьютеры ARPA, соединив их телефонными проводами. Первая глобальная компьютерная сеть получила название ARPANet (см. рис.1). В сентябре 1969 года состоялась передача первого компьютерного сообщения. В сентябре 1971 года эта сеть уже насчитывала 15 узлов. А в 1974 году было открыто первое коммерческое приложение ARPANet – Telnet, обеспечивающее доступ к удаленным компьютерам в режиме терминала.  
 
1 января 1983 года были приняты единые Протоколы Обмена Данными – TCP/IP (Transfer Control Protocol / Internet Protocol). С их помощью разнородные сети получили возможность производить обмен данными друг с другом. Фактически же была создана Internet – сеть, объединяющая глобальные компьютерные сети.  
 
Одной из важнейших сетей была NSFNet, разработанная по инициативе Национального Научного Фонда (National Science Foundation – NSF). До 1995 года NSFNet составляла основу Internet в Соединенных Штатах – была «хребтом» (backbone) американской части глобальных компьютерных сетей. 
 
Вся военная часть выделилась в MILNet, которая отошла исключительно в ведение американских военных организаций.

 
  3.3 Характеристика глобальных компьютерных сетей

 

Рассмотрим характеристики глобальных компьютерных сетей на примере Internet, как наиболее распространенной. 
 
С технической точки зрения Internet сегодня представляет собой миллионы находящихся в разных частях планеты компьютеров, связанных между собой волоконно-оптическими, спутниковыми или телефонными каналами. В основе передачи данных в глобальных сетях лежит технология «коммутации пакетов» (packet switching): каждый передаваемый файл разбивается на небольшие порции, которые помещаются в пакет, содержащий адреса как отправляющего, так и принимающего компьютера. Эта технология дает возможность пользователям работать по одной и той же линии связи одновременно. 
 
Глобальные компьютерные сети изначально разрабатывались таким образом, чтобы выход из строя их отдельных участков не приводил к полной остановке всей системы. Поэтому в этих сетях отсутствует «главный» компьютер – все узлы Сети имеют равные права относительно друг друга. Устойчивость работы достигается в основном за счет системы маршрутизации, которая лежит в основе управления потоками данных в глобальных сетях. Ее основные элементы – маршрутизаторы. Они располагаются на узлах Сети и содержат постоянно актуализируемую информацию о текущем состоянии компьютеров сетевого окружения и каналов связи. Потоки данных направляются к цели оптимальными на данный момент путями в обход поврежденных участков. 
 
Для подключения к Internet пользователь должен заключить договор с провайдером. Поставщик услуг Интернета предоставляет телефонный номер, имя пользователя, пароль и другие сведения, необходимые пользователям для подключения их компьютеров к компьютерам поставщика услуг Интернета. 
Существует пять типов сетевых подключений и подключений удаленного доступа. В таблице 1 (см. приложение) показаны все типы подключений, описаны используемые ими способы связи и приведены примеры этих подключений.